背景簡介：

穩定同位素的測定廣泛應用于多種研究項目中，而其中¹³C/¹²C，D/H和¹⁸O/¹⁶O比率的研究則可以廣泛應用在生態學、水文水利、碳循環、植物水分利用、氣候變化等研究方向。也正因為此，同位素比質譜儀等設備得到了廣泛的應用。然而同位素比質譜儀存在以下幾個方面的不足：①環境條件要求穩定一致，因此無法應用在野外研究，從而造成了數據代表性和滯后性的問題；②無法進行連續測定，從而無法實時了解同位素比率的動態變化；③儀器成本非常高，操作與運行成本也給科學家應用其進行廣泛的研究帶來了困難。

為了解決以上問題，1994年美國LGR公司**研發了激光分析儀，解決了低濃度氣體無法測定的難題。此后又將該技術應用于同位素研究，在世界上**次推出了激光同位素分析儀，在經過室內和野外的長期測試之后，技術上取得了很大的突破，并將氣體測量頻率提高到了1 Hz，從而基本解決了氣體同位素的連續同時監測的技術難題，為這方面的研究奠定了堅實的基礎。可以預見，在儀器設備與技術改進的同時，該領域的科學研究也將取得長足的進步與突破。

主要特點：

傳統的氣體分析技術往往采用紅外吸收光譜技術，利用CO₂和H₂O對紅外線的吸收比例來決定氣體的濃度（例如Li-cor公司的Li-7000氣體分析儀、PP公司的EGM-4多氣體分析儀）。其測量的準確度更多的受紅外線的光路長短所決定（光路越長，紅外線被氣體吸收的強度就越大），25 cm的光路已經足夠達到1%的測量準確度。這些分析技術對于測量CO₂（大氣濃度360~400 ppm）和H₂O（大氣濃度5~20 ppt）等濃度比較高的氣體是足夠的。在測量CH₄、CO以及同位素氣體時，我們可以選擇的方法是極大的加長光路，由于痕量氣體濃度非常低（經常在1~2 ppm左右，甚至低于1 ppm），要想同樣取得1%的準確度甚至需要幾千米的光路長度才能積累到足夠的吸收強度。然而由于紅外線色散比較大（即使所謂非色散的紅外分析儀也是如此），如此長的吸收光路顯然無法實現，尤其是為了實現這樣長的光路，我們往往要采用光學鏡面進行上千次的反射，才能達到減小儀器尺寸的目標，采用色散嚴重的紅外線顯然無法實現這一目標。

激光光源由于存在色散小、穩定和發射損失少的優點，成為痕量氣體測量的**技術。LGR首先采用了空腔衰蕩光譜技術（CRDS）來設計激光分析儀。在經過長期測試之后，發現其存在噪聲大、漂移、穩定性差以及環境條件要求高等問題（盡管其也存在成本低、設計難度小等優點），因而*終研發了離軸積分光腔輸出光譜技術（OA-ICOS），以改進其精度和野外測量的穩定性。

OA-ICOS利用一個精細的光腔作為吸收室，可有效的捕獲激光光子，使之在離開光路室前，通過高效反射鏡上千次的反射后，有效光路長度達幾千米。因此當它通過光腔時，光吸收明顯增強。例如，2個間距為25 cm的99.99%反射鏡組成光路，有效路徑長度是2500 m。路徑長度僅取決于光腔中的光的損耗，而不是依靠某一獨特光束軌道，便于野外穩定操作。與傳統的調諧激光吸收光譜方法一樣，激光的波長被調節以選擇目標氣體的吸收波段，然后記錄吸收光譜，結合氣體溫度、壓力、有效光路長度來計算目標氣體濃度，而不需要進行外部校準。

在單點同位素氣體測定無法滿足實驗需求的情況下，增加多路氣體測定配件，從而實現多點氣體采集測量以及垂直梯度的廓線測量。同時系統還考慮了進氣口氣體冷凝、多路采集的時滯和數據采集與集成與整合等問題。

CCIA性能指標：

重復性/精度（1σ，60秒 / 5分鐘）：

δ¹³C：0.2‰ / 0.1‰

δ¹⁸O：2‰ / 1‰

[¹²CO₂]：100 ppb / 50 ppb

[¹³CO₂]：5 ppb / 3 ppb

[CO¹⁸O]：1 ppb / 0.5 ppb

[H₂O]：100 ppm / 50 ppm

測量速度：

所有參數測量頻率均能達到1 Hz

測量范圍（全量程線性，滿足所有技術指標）：

CO₂：300 ~ 25000 ppm

H₂O：4000 ~ 60000 ppm

可選測量范圍：

CO₂：0 ~ 50000 ppm

H₂O：0 ~ 70000 ppm，無冷凝

響應時間：

1秒（流速響應<6秒需要配置可選外置泵）

**漂移（1小時平均，標準溫度壓力，24小時）：

δ¹³C: < 0.5‰

WVIA性能指標：

重復性/精度（1σ，10 秒/100秒）：

δ²H：0.5‰ / 0.2‰

δ¹⁷O：0.15‰ / 0.05‰（model 911-0034）

δ¹⁸O：0.15‰ / 0.05‰

[H₂O]：0.2% / 0.07%

**漂移（15分鐘平均，標準溫度壓力，24小時）

δ²H：0.8‰

δ¹⁷O：0.2‰（model 911-0034）

δ¹⁸O：0.2‰

[H₂O]：0.1%

測量速率：

*快可達2 Hz（5 Hz可定制）

準確度：

不確定性< 0.1%（連接WVISS）

測量范圍：

1000 ~ 60000 ppm，非冷凝（小于100 ppm可定制）

系統指標：

環境條件：

樣品溫度：-20~50 ℃

操作溫度：0~45 ℃

環境濕度：0~100% RH，無冷凝

溫度控制精度：

0.003 ℃

壓力控制精度：

0.001 torr

輸出：

數字（RS 232）、以太網、USB

電力需求：

115/230 VAC，50/60 Hz，350 W+200 W

尺寸與重量：

二氧化碳同位素分析儀：27.9cm（H）x 96.5cm（W）x 55.9cm（D），50 kg

水汽同位素分析儀（臺 式）：27.9cm（H）x 96.5cm（W）x 55.9cm（D），40 kg

水汽同位素分析儀（機架式）：35.6 cm（H）x 48.3 cm（W）x 61 cm（D），36 kg

訂貨信息：

型號（Model）：

912-0003（臺 式，δ¹³C， δ¹⁸O， CO₂， H₂O）

912-0004（臺 式，δ²H， δ¹⁸O， H₂O）

911-0004（機架式，δ²H， δ¹⁸O， H₂O）

912-0034（臺 式，δ²H， δ¹⁷O， δ¹⁸O， H₂O）

911-0034（機架式，δ²H， δ¹⁷O， δ¹⁸O， H₂O）

可選附件：

1.908-0003-9001或MIU-377-16：16道多路器

2.908-0003-9002或MIU-374-8：8道多路器

3.908-0001-9011：N940 真空泵（氣體更新時間1秒）

4.907-0005-9002：動態稀釋系統，可自動進行稀釋并擴展量程100倍

5.908-0005-9002：間斷注入系統，可通過手動進樣，測量氣袋內樣品

6.904-0002：數據采集軟件（包含USB/RS 232線纜），可記錄并同步多臺LGR分析儀或者其他設備（如GPS、風速計等）輸出的數據

制造商：

美國Los Gatos Research