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）一直是全球各國關(guān)注的環(huán)境污染焦點，它是一種對我們的環(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源、影響以及常用的監(jiān)測技術(shù)。
二氧化碳主要通過各種自然和人類活動進入大氣：
自然來源：二氧化碳通過火山噴發(fā)、動植物呼吸以及有機物腐爛等過程自然地釋放到大氣中。
人類活動：能源生產(chǎn)、交通運輸和工業(yè)過程的化石燃料（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)百萬年里植物通過光合作用從大氣中吸收而來的，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)中葉開始，每個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)測和精準(zhǔn)定量是大氣中的二氧化碳濃度，對于評估溫室氣體減排和應(yīng)對氣候變化的進展而言至關(guān)重要。目前的監(jiān)測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：
非色散紅外（NDIR）傳感器：
較常見的二氧化碳監(jiān)測傳感器可能是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器前面的濾光片（非色散元件），來消除除目標(biāo)波長以外的所有光線。這種傳感器經(jīng)濟實惠，易于獲取，可提供連續(xù)、實時的二氧化碳濃度測量。NDIR傳感器通常具有較長的使用壽命，但靈敏度有限，需要定期校準(zhǔn)，以保持精度。這種簡單的測量方法僅適用于檢測特定波長對應(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，會與其發(fā)生反應(yīng)，從而影響導(dǎo)電性。測得的半導(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單、廉價且非常靈敏的二氧化碳監(jiān)測技術(shù)。主要缺點是，線性測量范圍較小，并且容易受到其他氣體的干擾。
氣相色譜法：
氣相色譜法通過色譜柱將樣品中的不同氣體分離開來，再根據(jù)二氧化碳分子與檢測器（通常是熱導(dǎo)檢測器（TCD）或氫火焰離子化檢測器（FID））的相互作用，對二氧化碳分子進行高精度檢測。主要缺點在于，這種方法需要具備專門的設(shè)備和專業(yè)的知識，通常在實驗室環(huán)境中使用，因此限制了它在實時現(xiàn)場監(jiān)測中的使用。
光聲光譜法：
光聲光譜法利用光在特定波長下激發(fā)二氧化碳分子。當(dāng)二氧化碳分子吸收光時，會發(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，并且可以被檢測出來。光聲光譜法在微量氣體測量方面具有很高的靈敏度（達ppt級）。主要缺點在于，由于該技術(shù)對環(huán)境噪聲和影響非常敏感，因此必須進行定期校準(zhǔn)和維護，并且需要具備專門的設(shè)備和專業(yè)知識。
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)，這會產(chǎn)生一個電信號。該電信號可以是電流、電位差或電阻值，具體取決于這個外形小巧、使用壽命較長的電化學(xué)傳感器是什么類型。通過將該信號與通過第二電極獲得的參照電位進行比較，便可將信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二氧化碳濃度，從而實現(xiàn)較高的靈敏度。主要缺點是，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，重量增加來進行測量的。這種方法可以極其精確地測量出重量的變化，從而計算出二氧化碳的濃度。這種復(fù)雜的技術(shù)不適合實時測量，并且需要維護和校準(zhǔn)。
二氧化碳（CO2）是一種對我們的氣候、環(huán)境具有重大影響的分子。通過準(zhǔn)確監(jiān)測并更好地了解其來源和影響，我們可以采取有益的措施，來減輕其影響，努力邁向可持續(xù)的未來。
圖：MIRO Analytical多合一氣體分析儀MGA能夠以高精度同時監(jiān)測多達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)，來監(jiān)測二氧化碳以及其他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別度，是一種出色的二氧化碳監(jiān)測技術(shù)。它通過檢測分子的振動吸收譜線，直接測量二氧化碳濃度，以提供實時監(jiān)測功能和優(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)測以及工業(yè)領(lǐng)域中的各種應(yīng)用。此外，它還能進行同位素分析，對于在復(fù)雜環(huán)境系統(tǒng)中追蹤碳源具有重要價值。
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