ODS5-pro 高精度环境空气ODS和含氟温室气体监测系统

[背景资料]

消耗臭氧层物质，英文名称Ozone-Depleting Substances，简称ODS，包含6大类卤代烃，如氟氯碳化物（CFCs）、氢氯氟碳化物（HCFCs）、哈龙（Halon）、（CCl4）、甲基氯仿（CH3CCl3）和甲基溴（CH3Br）等。这些化合物主要由工业生产，用于制冷、清洗和发泡等领域。它们能在平流层释放出卤素原子，催化臭氧光解反应，使平流层臭氧量减少，形成南极臭氧空洞，导致过量紫外线辐射到达地球表面，危及人类和地球生物圈的安全。为了保护人类生存环境，1987年世界各国共同签订《蒙特利尔议定书》，在范围内限制ODS的使用和排放。

含氟温室气体，简称F-gas，包括《气候变化框架公约》（UNFCCC）之《京都议定书》包含的7类温室气体中的4类，即氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（ SF6）和三氟化氮（NF3）。含氟温室气体具有的增温潜势（GWP），如NF3的GWP100高达15750，而SF6的GWP100高达23500。因此，尽管大气中的含氟温室气体浓度极低，但含氟温室气体和ODS占长寿命温室气体辐射强迫的11%，对变暖起着重要作用。

为了证明《蒙特利尔议定书》等国际公约的履约成效，需要对大气环境中的ODS和含氟温室气体浓度进行长期监测。这些物种在环境空气中的含量在ppt（万亿分之一）级别，部分物种浓度甚至低于1 ppt。由于大气浓度变化相对较小，对监测系统检测限和精度的要求远超常规VOC监测方法所能达到的水平。目前国际大气ODS和含氟温室气体监测主要有大气实验网（AGAGE）和美国国家海洋及大气管理局（NOAA）两个性网络，所用监测仪器均由科学家们自行研发组装，在世界范围内尚无商业化产品。

[系统特点]

天霁ODS5-PRO是国内商品化的高精度环境空气ODS和含氟温室气体监测系统，采用双捕集阱超低温预浓缩进样系统，以气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）为分析仪器，配合全自动化控制系统和软件平台，可实现大气中约50种ODS和含氟温室气体的高精度自动化观测。系统监测物种数量、检测限和精度与AGAGE的Medusa系统同处于水平。

天霁ODS5-PRO高精度环境空气ODS和温室气体监测系统具有监测物种数量多、检测限低、精度高、可监测气体浓度范围宽、自动化程度高的优点，适用于以下场景：

•     背景站洁净大气ODS和含氟温室气体高精度监测

•     城市大气ODS和含氟温室气体高精度监测

•     大气监测中心站点空气样品ODS和含氟温室气体的自动化分析

•     工业园区空气ODS和含氟温室气体全要素监测

  

系统主要特点：

1.　大体积进样

采用高精度质量流控制器控制进样体积，样品量可达2L甚至更高，极大提高分析精度。

2.　双捕集阱设计

采用具有宽线性温度范围的双捕集阱，多次进行热解析和浓缩，可使目标物从干扰组分中得到进一步分离和纯化，从而保证样品分析的高灵敏度和重现性。

3.　超低温捕集与急速变温系统

系统内置超级制冷系统，温度达-180℃，可以冷凝大气中绝大多数含卤气体组分，甚至包括沸点极低的含氟气体。因此可以扩大检测气体范围，也能够避免不同气体组分在较高的温度下在捕集阱中相互反应，从而提高了气体组分的分析准确度。

急速变温系统可实现从-180℃至100℃，以及从100℃至-160℃的急速变温，极大提高吸附解析效率。

4.　智能化控制，全自动结果解析

系统配有自主开发的流程控制软件和数据处理软件，可以实现系统的全自动化运行和远程操作、诊断与监控。

流程控制软件可通过预设程序，自动控制阀门位置、捕集阱温度等重要参数以及气相色谱和质谱的运行，实现系统的全自动智能化运行。具备阈值报警功能，在外界环境或系统运行出现故障时时间通知技术人员并采取保护性措施，保障硬件和实验室安全。

数据处理软件可自动完成谱图积分、数据处理、结果比对、浓度标定等功能，能够实现分析结果的自动化处理、人工质量控制、自动浓度计算和本底值筛分。

[可监测物种与精度]

可监测物种 ：

（1）《蒙特利尔议定书》管控的ODS：

•     氟氯碳化物（CFCs）: CFC-11、CFC-12、CFC-13、CFC-112、CFC-113、CFC-114、CFC-115

•     氢氟氯碳化物（HCFCs）：HCFC-22、HCFC-141b、HCFC-142b、HCFC-124、HCFC-133a、HCFC-132b

•     哈龙（Halons）: H-1301、H-1211、H-2402

•     

•     甲基氯仿（三氯乙烷）

•     甲基溴

（2）《京都议定书》管控的含氟温室气体：

•     氢氟碳化物（HFCs）：HFC-32、HFC-23、HFC-125、HFC-134a、HFC-152a、HFC-227ea、HFC-143a、HFC-236fa、HFC-365mfc、HFC-245fa

•     全氟化碳（PFCs）:CF₄、PFC-116、PFC-218、PFC-318、C6F14

•     SF₆

•     NF₃

（3）其他：

•     甲烷氯化物：CH₃Cl、CH₂Cl₂、CHCl₃

•     甲烷溴化物：CH₂Br₂、CHBr₃

•     三氯乙烯（TCE）、四氯乙烯（PCE）

•     硫酰氟SO₂F₂、羰基硫（COS）

监测精度*：

•     20ppt以上物种：优于1%

•     1~20ppt物种：1%~3%

•     0.1~1ppt物种：3%~10%

检出限

•     优于0.05 ppt

浓度范围：

•     0.05ppt ~ 100 ppb

*典型值，不同物种不同浓度可能略有差异

[背景站大气在线观测系统]

在线观测系统由采样管路、在线采样进样模块、ODS5-PRO分析系统主机、标气组、气体钢瓶组（氦气+氮气）组成。采样管路一端安装于梯度进气塔塔顶，另一端连接于在线采样进样模块入口。在线采样进样模块内置常开抽气泵，用于向分析系统提供连续的新鲜采样气体。为了保证在大气背景浓度下的分析精度，系统配有专用标气瓶，还配有氦气和氮气钢瓶组。

ODS5-PRO分析系统可将每天新生成的监测数据形成压缩数据包，自动通过相关业务数据传输系统上传至数据处理中心。数据处理中心的综合数据处理和显示分析系统，可自动完成压缩数据包的加解压缩和数据入库、色谱积分、标气信息导入、空气样品浓度计算，并提供长期运行精度分析、质量保证和质量控制、异常数据处理、大气浓度序列本底值筛分、月均和年均本底浓度值分析等功能，经过质控后提交最终数据。

[配套产品]