2023年9月，二氧化碳創(chuàng)下了全球平均濃度的年度最低值（419.7 ppm），作為主要的溫室氣體，二氧化碳（CO2）一直是全球各國(guó)關(guān)注的環(huán)境污染焦點(diǎn)，它是一種對(duì)我們的環(huán)境、氣候和健康有著深遠(yuǎn)影響的分子。下述文章中，我們將探討大氣中二氧化碳的來(lái)源、影響以及常用的監(jiān)測(cè)技術(shù)。
二氧化碳主要通過(guò)各種自然和人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)入大氣：
自然來(lái)源：二氧化碳通過(guò)火山噴發(fā)、動(dòng)植物呼吸以及有機(jī)物腐爛等過(guò)程自然地釋放到大氣中。
人類(lèi)活動(dòng)：能源生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和工業(yè)過(guò)程的化石燃料（煤炭、石油和天然氣）燃燒是二氧化碳的主要人為來(lái)源。
大氣中二氧化碳濃度的急劇增加是人為造成的。我們現(xiàn)在燃燒的化石燃料所包含的碳，是數(shù)百萬(wàn)年里植物通過(guò)光合作用從大氣中吸收而來(lái)的，而我們現(xiàn)在正在數(shù)百年內(nèi)將這些碳釋放回大氣中。從二十世紀(jì)中葉開(kāi)始，每個(gè)十年的二氧化碳年排放量都在增加：從二十世紀(jì)六十年代的每年近110億噸，增加到2022年的約366億噸。
準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)定量是大氣中的二氧化碳濃度，對(duì)于評(píng)估溫室氣體減排和應(yīng)對(duì)氣候變化的進(jìn)展而言至關(guān)重要。目前的監(jiān)測(cè)和量化二氧化碳的技術(shù)有很多，每種技術(shù)都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)：
非色散紅外（NDIR）傳感器：
較常見(jiàn)的二氧化碳監(jiān)測(cè)傳感器可能是NDIR傳感器。通常而言，NDIR傳感器利用廣譜紅外光源和置于檢測(cè)器前面的濾光片（非色散元件），來(lái)消除除目標(biāo)波長(zhǎng)以外的所有光線。這種傳感器經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，易于獲取，可提供連續(xù)、實(shí)時(shí)的二氧化碳濃度測(cè)量。NDIR傳感器通常具有較長(zhǎng)的使用壽命，但靈敏度有限，需要定期校準(zhǔn)，以保持精度。這種簡(jiǎn)單的測(cè)量方法僅適用于檢測(cè)特定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的氣體。
半導(dǎo)體式氣體傳感器：
半導(dǎo)體材料（通常是金屬氧化物）在接觸二氧化碳時(shí)，會(huì)與其發(fā)生反應(yīng)，從而影響導(dǎo)電性。測(cè)得的半導(dǎo)體材料的電阻變化與二氧化碳濃度成正比。這種方法提供了一種簡(jiǎn)單、廉價(jià)且非常靈敏的二氧化碳監(jiān)測(cè)技術(shù)。主要缺點(diǎn)是，線性測(cè)量范圍較小，并且容易受到其他氣體的干擾。
氣相色譜法：
氣相色譜法通過(guò)色譜柱將樣品中的不同氣體分離開(kāi)來(lái)，再根據(jù)二氧化碳分子與檢測(cè)器（通常是熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）或氫火焰離子化檢測(cè)器（FID））的相互作用，對(duì)二氧化碳分子進(jìn)行高精度檢測(cè)。主要缺點(diǎn)在于，這種方法需要具備專(zhuān)門(mén)的設(shè)備和專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，通常在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用，因此限制了它在實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中的使用。
光聲光譜法：
光聲光譜法利用光在特定波長(zhǎng)下激發(fā)二氧化碳分子。當(dāng)二氧化碳分子吸收光時(shí)，會(huì)發(fā)生熱膨脹，并產(chǎn)生壓力波。這些壓力波的振幅與二氧化碳的濃度成正比，并且可以被檢測(cè)出來(lái)。光聲光譜法在微量氣體測(cè)量方面具有很高的靈敏度（達(dá)ppt級(jí)）。主要缺點(diǎn)在于，由于該技術(shù)對(duì)環(huán)境噪聲和影響非常敏感，因此必須進(jìn)行定期校準(zhǔn)和維護(hù)，并且需要具備專(zhuān)門(mén)的設(shè)備和專(zhuān)業(yè)知識(shí)。
電化學(xué)法：
電化學(xué)法利用傳感器內(nèi)部的電極與二氧化碳發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。該電信號(hào)可以是電流、電位差或電阻值，具體取決于這個(gè)外形小巧、使用壽命較長(zhǎng)的電化學(xué)傳感器是什么類(lèi)型。通過(guò)將該信號(hào)與通過(guò)第二電極獲得的參照電位進(jìn)行比較，便可將信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二氧化碳濃度，從而實(shí)現(xiàn)較高的靈敏度。主要缺點(diǎn)是，這種方法容易受到其他氣體干擾，并且容易受到環(huán)境條件的影響。
?重量法/吸收法：
重量法/吸收法是通過(guò)將吸收劑（例如，氯化鈣）暴露于一定量的氣體中，使吸收劑吸收二氧化碳，重量增加來(lái)進(jìn)行測(cè)量的。這種方法可以極其精確地測(cè)量出重量的變化，從而計(jì)算出二氧化碳的濃度。這種復(fù)雜的技術(shù)不適合實(shí)時(shí)測(cè)量，并且需要維護(hù)和校準(zhǔn)。
二氧化碳（CO2）是一種對(duì)我們的氣候、環(huán)境具有重大影響的分子。通過(guò)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)并更好地了解其來(lái)源和影響，我們可以采取有益的措施，來(lái)減輕其影響，努力邁向可持續(xù)的未來(lái)。
圖：MIRO Analytical多合一氣體分析儀MGA能夠以高精度同時(shí)監(jiān)測(cè)多達(dá)10種不同的氣體
MIRO Analytical使用中紅外區(qū)域的直接激光吸收光譜技術(shù)，來(lái)監(jiān)測(cè)二氧化碳以及其他9種氣體。中紅外直接激光吸收光譜由于具有較高的靈敏度和識(shí)別度，是一種出色的二氧化碳監(jiān)測(cè)技術(shù)。它通過(guò)檢測(cè)分子的振動(dòng)吸收譜線，直接測(cè)量二氧化碳濃度，以提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能和優(yōu)異的精度。該方法是非破壞性的，覆蓋了廣泛的二氧化碳濃度動(dòng)態(tài)范圍，并且不容易受到其他氣體的干擾，因此適用于研究、大氣和環(huán)境監(jiān)測(cè)以及工業(yè)領(lǐng)域中的各種應(yīng)用。此外，它還能進(jìn)行同位素分析，對(duì)于在復(fù)雜環(huán)境系統(tǒng)中追蹤碳源具有重要價(jià)值。
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