甲烷團(tuán)簇同位素是區(qū)分甲烷排放源、追溯生成環(huán)境溫度、厘清油氣、濕地、凍土等生源與非生源甲烷循環(huán)過程的關(guān)鍵指標(biāo)，但傳統(tǒng) IRMS 設(shè)備檢測流程繁瑣、樣品耗量大、檢測周期漫長，且難以高效區(qū)分低豐度團(tuán)簇同位素分子信號。本研究聯(lián)合 Aerodyne 研發(fā)團(tuán)隊優(yōu)化中紅外激光光路、氣體吸收池結(jié)構(gòu)與光譜擬合算法，針對性調(diào)制激光器工作波段，精準(zhǔn)拆分 Δ13CH?D 與 Δ12CH?D?微弱紅外吸收譜線，規(guī)避常規(guī)光譜檢測中的峰重疊干擾。整套檢測體系大幅縮減樣品消耗量，單組樣品測試時長相較于質(zhì)譜法縮短70% 以上，同時穩(wěn)定提升測量重復(fù)性與長期精度，可滿足微量甲烷氣體樣品的連續(xù)觀測需求。

本文研究通過標(biāo)準(zhǔn)氣體梯度標(biāo)定、不同成因甲烷樣品比對測試，驗證了該 TILDAS 儀器系統(tǒng)的可靠性。設(shè)備可穩(wěn)定捕獲不同溫度和壓力條件下甲烷團(tuán)簇同位素分餾特征，實測數(shù)據(jù)與同位素質(zhì)譜經(jīng)典結(jié)果具備良好一致性。相較于大型同位素質(zhì)譜，Aerodyne 這套激光光譜設(shè)備運營維護(hù)成本更低、體積小巧緊湊，既能夠放置于實驗室開展批量樣品前處理檢測，也可搭載于野外站點實現(xiàn)大氣甲烷原位實時同位素觀測。實驗成果補全了激光光譜技術(shù)在團(tuán)簇同位素領(lǐng)域的應(yīng)用體系，拓展了 Aerodyne 同位素儀器的適用范疇，為濕地碳循環(huán)、油氣勘探溯源、大氣溫室氣體源匯解析等方向提供了輕量化、高效的新型檢測手段，也為后續(xù)氫同位素、碳同位素同步聯(lián)用檢測奠定了方法基礎(chǔ)。

這是客戶定制化的系統(tǒng)多路進(jìn)樣系統(tǒng)，通過閥9和VICI選擇閥進(jìn)氣。采用螺桿泵與渦輪分子泵依次串聯(lián)工作，完成腔體抽真空作業(yè)。

這是吸收池在7.5 Torr壓力條件下，純甲烷在激光1、激光2 掃描波段范圍內(nèi)的吸收光譜實測數(shù)據(jù)（散點）與擬合曲線（實線），實現(xiàn)擬合，測量精度有保證。

這是不同吸收池壓力（即不同甲烷樣品進(jìn)樣量）條件下，各同位素δ值對應(yīng)的艾倫 - 韋爾偏差曲線。

綜上所述，相對于 IRMS技術(shù)，Aerodyne 公司定制化中紅外 TILDAS 可調(diào)諧激光吸收光譜同位素檢測系統(tǒng)，建立了一套高靈敏、快速測定甲烷兩類團(tuán)簇同位素 Δ13CH?D、Δ12CH?D?的全新分析方案，突破了傳統(tǒng)同位素質(zhì)譜儀在甲烷團(tuán)簇同位素檢測中的諸多局限。分析速度快，自動化程度高，適合大批量樣品。測量精度高。系統(tǒng)操作簡單，測量方式可按實際需求自行定制，精度媲美IRMS。

Aerodyne雙激光同位素系統(tǒng)：

可測量δ13CH4、CH4中的δ12CH3D或可測量δ13CH4、CH4中的δ12CH3D、δ13CH3D

Aerodyne雙重團(tuán)簇同位素監(jiān)測儀離散樣品精度指標(biāo)：

所有測量結(jié)果均經(jīng)過工作參考?xì)鈿w一化校正，該歸一化耗時已計入標(biāo)注的總測量時長內(nèi)。工作參考?xì)獾臍怏w配比濃度、腔體壓力以及基體組分均與待測樣品保持相近。

甲烷 Δ13CH?D、Δ12CH?D?團(tuán)簇同位素研究的相關(guān)突破，不只是儀器分析手段的迭代升級，更打通了氣候治理、大氣碳循環(huán)、油氣勘探、微生物地球化學(xué)、極地凍土研究等多個領(lǐng)域的研究瓶頸，補全了全球甲烷收支解析體系。隨著理論和分析技術(shù)的進(jìn)步，這個新視角和新技術(shù)（TILDAS）為全球應(yīng)對氣候變化、能源資源開發(fā)提供了不可替代的新型技術(shù)工具。