實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，碳監(jiān)測(cè)一直是我國(guó)生產(chǎn)生活的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在碳監(jiān)測(cè)方面，尤其是對(duì)放射性碳（14C）的檢測(cè)，可為空氣污染控制、碳減排政策提供有力的科學(xué)依據(jù)。
談及14C，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所張干研究員說道：“雖然我國(guó)科學(xué)家已逐漸認(rèn)識(shí)到14C是研究人類活動(dòng)影響大氣環(huán)境和氣候變化的利器，且取得了許多重要進(jìn)展，但目前我國(guó)這方面的數(shù)據(jù)積累仍然比較薄弱，譬如我國(guó)還沒有建立針對(duì)性的全國(guó)或重點(diǎn)地區(qū)14C觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)?？上驳氖牵瑸榱烁行Х?wù)我國(guó)碳減排行動(dòng)和碳中和目標(biāo)，在中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站于今年5月發(fā)布的典型城市大氣碳監(jiān)測(cè)技術(shù)指南中，已納入了大氣Δ14CO2的測(cè)量任務(wù)。這無疑將極大地促進(jìn)我國(guó)大氣14C觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”
圖1放射性碳（14C）示蹤化石源碳排放示意圖
? ? ? 意大利ppqSense是INO-CNR(意大利國(guó)家光學(xué)研究所)的一個(gè)分支，成立于2016年4月，核心成員主要來自INO－CNR（意大利國(guó)家光學(xué)研究所）、LENS（歐洲非線性光譜實(shí)驗(yàn)室）和佛羅倫薩大學(xué)，目前旗下的產(chǎn)品包括QubeCL系列控制器（目前市面上電流噪聲最小的QCL激光控制器）和放射性碳分析儀C14-SCAR。
C14-SCAR是全球首臺(tái)基于飽和吸收腔衰蕩技術(shù)SCAR（Saturated-Absorption Cavity Ring-Down(SCAR)，Cavity Ring Down Spectroscopy(CRDS)）的放射性碳分析儀，也是目前為止市面上精度最高的放射性碳（14C）分析儀，探測(cè)靈敏度達(dá)到ppq級(jí)別（4×10-15，千萬億分之一）。首臺(tái)設(shè)備已交付瑞典RISE科學(xué)技術(shù)研究院使用。
圖2 放射性碳分析儀C14-SCAR實(shí)物圖
? ? ? C14-SCAR內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置有兩個(gè)4527nm中心波長(zhǎng)的QCL激光器，輸出功可高達(dá)100mW，QCL的作用是在目標(biāo)放射性二氧化碳轉(zhuǎn)變周圍提供穩(wěn)定的頻率參考，這套激光系統(tǒng)采用了一個(gè)具有兩個(gè)鎖環(huán)的頻率穩(wěn)定鏈，有效地縮小和控制激光器頻率，搭配一個(gè)長(zhǎng)度為1m的高精度光學(xué)諧振腔，其光程可達(dá)到7km。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)旨在提高儀器的靈敏度、采集時(shí)間和所需碳樣本數(shù)量方面的性能，另一方面，大幅降低成本、功耗和最終儀器的尺寸，從而設(shè)想了未來的可移植性。
圖3 放射性碳分析儀C14-SCAR原理圖
儀器原理 |
飽和吸收腔衰蕩(SCAR） |
精度
? |
2 pMC* in ~1 |
動(dòng)態(tài)范圍 |
0-106 pMC* |
樣本大小 |
<4 mg C (CO2) |
價(jià)格 |
<500 k€(AMS> 1M€) |
尺寸 |
<500 kg, 1.5 m2(AMS 3.0×2.3=7 m2) |
功耗 |
3 kW，220V ac line（AMS約200KV） |
表1 放射性碳分析儀C14-SCAR性能指標(biāo)
RISE實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果：AMS（紅）和SCAR（綠）對(duì)生物柴油與普通柴油的混合組分測(cè)定對(duì)比
從測(cè)定結(jié)果可以看出，從低混合度的1%逐漸趨向于幾乎等比例混合的102%，C14-SCAR的測(cè)定精度都要明顯高于傳統(tǒng)的AMS方法，并且測(cè)定結(jié)果與其實(shí)際混合度相差十分微小，近乎能夠做到百分百的準(zhǔn)確測(cè)量。
放射性碳（14C）是一種放射性化學(xué)元素，作為生命的標(biāo)志由于在自然界中的含量極低，其天然豐度約為1萬億個(gè)碳原子中有1個(gè)原子，因此檢測(cè)難度極大。目前，高靈敏度的放射性碳檢測(cè)是加速器質(zhì)譜(AMS)的專利，但傳統(tǒng)的質(zhì)譜法檢測(cè)體積大，購(gòu)置成本高，檢測(cè)成本較大。而ppqSense推出的這款C14-SCAR是基于飽和吸收腔衰蕩SCAR(saturated-absorption cavity ring-down)的新型光譜技術(shù)的分析儀。
相較于美國(guó)Planetary Emissions Management Inc（PEM）研發(fā)的基于CRDS技術(shù)的放射性14C同位素分析儀，C14-SCAR是基于飽和吸收腔衰蕩技術(shù)（SCAR）,利用外差光譜系統(tǒng)測(cè)量放射性二氧化碳濃度，該系統(tǒng)配有兩個(gè)4527nm的量子級(jí)聯(lián)QCL激光器、一個(gè)參考池和一個(gè)高精細(xì)腔，樣品氣體冷卻到170K，設(shè)備緊湊，對(duì)放射性碳檢測(cè)的精度可到達(dá)4 x 10-15次方。
應(yīng)用范圍：
環(huán)境監(jiān)測(cè)和二氧化碳排放交易
二氧化碳排放交易已成為全球金融市場(chǎng)上衡量、估價(jià)和交換的產(chǎn)品。因此，C14-SCAR對(duì)于14C的高探測(cè)率對(duì)于地區(qū)準(zhǔn)確測(cè)量14CO2具有極大的推動(dòng)作用。
燃料中生物/化石組分的測(cè)定
石油的化學(xué)組成與物理性質(zhì)有著密切的聯(lián)系，兩者的特征有利于研究石油形成、運(yùn)移、聚集、保存、次生改造和分布，區(qū)分化石源排放和現(xiàn)代源排放的能力對(duì)油品質(zhì)量評(píng)價(jià)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)具有重要意義。C14-SCAR可以幫助有效測(cè)定出石油中的組成成分。
碳捕獲和儲(chǔ)存(CCS)監(jiān)測(cè)
碳捕獲與封存技術(shù)是指將CO2從工業(yè)或相關(guān)排放源中分離出來，輸送到封存地點(diǎn)，并長(zhǎng)期與大氣隔絕的過程，這種技術(shù)被認(rèn)為是未來大規(guī)模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖最經(jīng)濟(jì)、可行的方法。
放射性碳年代測(cè)定法
放射性碳定年本質(zhì)上是一種用來測(cè)量剩余放射能的方法，通過了解樣品中殘留14C含量，就可以知道有機(jī)物死亡的年齡。隨著樣品時(shí)間保存時(shí)間越久遠(yuǎn)，其反射性碳含量就越低，這就意味著測(cè)試儀器需要追求更高的精度，C14-SCAR在放射性碳監(jiān)測(cè)的目前最高精度能有效得發(fā)揮作用。
監(jiān)測(cè)核場(chǎng)所
核電站/廢物儲(chǔ)存庫(kù)周圍地區(qū)的放射性二氧化碳濃度較高，其放射性可能會(huì)給居民帶來健康問題，因此其周圍的放射性碳的持續(xù)監(jiān)測(cè)十分重要。
儀器特點(diǎn)：
設(shè)備的緊密度高，其體積要比AMS小10-100倍，使用的場(chǎng)所限制變小。
14C檢測(cè)運(yùn)行成本低，不需要高壓、高真空的環(huán)境條件。
操作簡(jiǎn)單快捷，無需十分專業(yè)的訓(xùn)練。
可采樣數(shù)量多，無需專門的實(shí)驗(yàn)室，每天分析約10個(gè)樣品。
具有豐富的功能性，C14-SCAR可作為一種多功能同位素比質(zhì)譜儀，可定制靈敏檢測(cè)不同氣體種類(N2O, CO，…)
目前國(guó)內(nèi)能進(jìn)14C檢測(cè)的主要有核物理與核技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京大學(xué)）,中科院地球環(huán)境研究所，中科院廣州地化所，還有著名的BETA實(shí)驗(yàn)室，這幾所機(jī)構(gòu)都屬于商業(yè)化實(shí)驗(yàn)室，其中BETA實(shí)驗(yàn)室測(cè)定速度最快但也要大概14個(gè)工作日，測(cè)定成本較高，而且近幾年來隨著成本增加，價(jià)格多在兩三千元甚至更高的價(jià)位。而ppqSense研制的C14-SCAR取樣簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用中整個(gè)14C樣本的制備和檢測(cè)過程極其簡(jiǎn)單快捷，不到30min的前期取樣制備后再到樣品的測(cè)定完成，整個(gè)過程根據(jù)實(shí)際情況只要一小時(shí)內(nèi)到幾個(gè)小時(shí)不等。
隨著政策需求和環(huán)境問題的日益突出，碳監(jiān)測(cè)將會(huì)是我國(guó)研究生產(chǎn)的一個(gè)重要方面，隨著未來市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的需求將推進(jìn)碳元素更為精密的檢測(cè)，相信ppqSence的C14-SCAR的卓越性能會(huì)進(jìn)一步推進(jìn)碳監(jiān)測(cè)市場(chǎng)的發(fā)展。深圳市唯銳科技有限公司作為唯一授權(quán)代理商，將推進(jìn)這款高精度低成本碳監(jiān)測(cè)儀器在中國(guó)的應(yīng)用，我們可以為您提供前提的樣品檢測(cè)服務(wù)，以便您更好地了解C14-SCAR的卓越性能，歡迎您的咨詢。