《溫室氣體碳同位素手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》 （征求意見稿）編制說明

1準制修訂項目計劃的通知》（陜市監(jiān)函〔2023〕410號），下達了《溫室氣體手動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》標準制修訂項目任務(wù)，項目編號為SDBXM044-2023。項目承擔單位：陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站和中國聯(lián)合國政府間氣候變化委員會相關(guān)報告指出，與1850~1900年相比全球平均溫升幅度已高達1.1°C，陸地生態(tài)系統(tǒng)和北半球高緯度地區(qū)升溫更加明顯，日益加劇的全球氣候暖化導(dǎo)致極地冰川消融、海平面上升、極端天氣頻發(fā)、物種加速滅絕，嚴重威脅人類生存發(fā)展。然而，世界人口數(shù)量的不斷上升和各國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致全球溫室氣體排放總量有增無減，最新的聯(lián)合國氣候報告指出2019年全球二氧化碳（CO2）排放已高達380億噸。中國作為全球最大的化石能源消費國和溫室氣體排放國，面臨著巨大的國際減排壓力。早在2015年《巴黎協(xié)定》談判過程中，我國就向聯(lián)合國遞交了關(guān)于溫室氣體減排的“國家應(yīng)對氣候變化自主貢獻”目標，承諾“碳排放總量在較2005年下降60%~65%”，初步形成了碳排放強度下降和總量達峰的“雙重”目標，之后，為積極響應(yīng)聯(lián)合國關(guān)于更新與強化各國“國家應(yīng)對氣候變化自主貢將在2060年前實現(xiàn)碳中和。在同年12月召開的氣候雄心峰會上宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，力爭2030年前二氧化碳中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰2碳中和工作的意見》，使得我國在推進碳達峰、碳中和工作方面有了明確的頂層思路、清晰的發(fā)展目標和具體的任務(wù)安排，也將為推進全球氣候治理、構(gòu)建人類命運共同體提供重要支撐。生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《“十四五”生態(tài)保護監(jiān)管規(guī)劃》明確指出，“推進減污降碳協(xié)同增效。提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能，強化生態(tài)保護與降碳協(xié)同增效。落實碳達峰、碳中和目標要求”。生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《“十四五”生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃》明確指出，“要補齊談監(jiān)測技術(shù)短板。構(gòu)建溫室氣體監(jiān)測技術(shù)體系，加強主要溫室氣體及其同位素監(jiān)測分析技術(shù)研究政府印發(fā)《關(guān)于深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)的若干措施》要求，構(gòu)建全省碳達峰碳監(jiān)測技術(shù)是掌握其分布特征、變化趨勢以及源和匯的構(gòu)成、性質(zhì)和強度等的基礎(chǔ)，是效應(yīng)評估的依據(jù)和減排措施制定的標尺，也是全面掌握碳排放及其環(huán)境、氣候效應(yīng)，預(yù)測其未來變化的重要保障。此外，隨著國家“碳達峰”和“碳中和”戰(zhàn)略的實施，碳排放量核算法存在計算誤差大、數(shù)據(jù)延后等的問題，為了提高核算精度，碳的準確監(jiān)測與評估將成為降碳目標的根本前提。目前國內(nèi)尚未建立碳監(jiān)測技術(shù)體系，擬起草的碳同位素手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范可填補該領(lǐng)域空白。可在自動監(jiān)測設(shè)備出現(xiàn)故障時，及時彌補監(jiān)測數(shù)據(jù)的缺失，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性；同時還是用于區(qū)分人為源與自然源，并實現(xiàn)減小外來源對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響不可替代的方法。只有完善的手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范作為保障，才能更好的發(fā)揮碳同位素手工監(jiān)測技術(shù)的基準性、數(shù)據(jù)的準確性。綜上，該技術(shù)規(guī)范最終將成為CO2是影響全球氣候變化的最大貢獻者。天然放射性碳（14C）是由高層大氣中的宇宙射線產(chǎn)生的，其放射性半衰期為5730±40年。在化石燃料(如煤和石油)中的放射性碳（14C）在化石燃料中已經(jīng)完全衰變，監(jiān)測大氣中14CO2的濃度的變化情況，能夠客觀反映出化石源CO2排放強度。使用14CO2追蹤人為排放源有助于空氣質(zhì)量的改善，同時可以持續(xù)減少碳排放。加速器質(zhì)譜法是一種3高度靈敏和精確的分析技術(shù)，用于測量給定樣本中稀有同位素的豐度。它特別適用于探測和定量天然豐度極低的同位素，如放射性碳(14C)和其他放射性同位放射性碳(14C)監(jiān)測已廣泛應(yīng)用于環(huán)境空氣中的二氧化碳源分析。1954年新西蘭建立首個用于監(jiān)測大氣14CO2的背景點觀測站，1959年在歐洲建立14CO2的背景觀測站。截至目前，美國國家海洋大氣局、海德堡大學(xué)環(huán)境物理學(xué)研究所（海德堡大學(xué)）、歐洲綜合碳觀測系統(tǒng)、新西蘭國家水和大氣研究所、世界氣象組織全球大氣監(jiān)測網(wǎng)以及中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所等機構(gòu)和組織已經(jīng)在全球范圍內(nèi)建設(shè)30余個14CO2監(jiān)測背景點。隨著采用無人機采樣技術(shù)的發(fā)展，隨著溫室氣體二氧化碳監(jiān)測在我國10數(shù)個城市試點全面開展，大氣中二氧化碳溯源成為碳監(jiān)測的重要目標?；?4CO2放射碳監(jiān)測的標準方面，1996年由中國核工業(yè)總公司制定了空氣中14C的取樣與測定方法核行業(yè)標準（EJ/T1008-96），2021年由中國石油化工集團制定了），監(jiān)測國家標準、行業(yè)標準以及地方標準發(fā)布?？傊?，溫室氣體14CO2手工監(jiān)測技術(shù)相關(guān)標準在我國屬于技術(shù)空白，需要進一步明確規(guī)范，為溫室氣體14CO22023年3月，編制組根據(jù)計劃通知，結(jié)合陜西省實際情況對任務(wù)進行調(diào)研分析和研究。同時綜合分析國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料和研究成果，及編制組溫室氣體碳同位素手工監(jiān)測的實踐經(jīng)驗，確定了本指南制定的技術(shù)路線和分工，并在2023年5月，陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站接到此項標準制修訂任務(wù)后，成立了由環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境管理、樣品采集等專業(yè)領(lǐng)域研究人員組成的編制組，收集國內(nèi)外14C監(jiān)測相關(guān)資料，對提出的技術(shù)路線、工作內(nèi)容等多次研討。2023年7月至9月標準編制組根據(jù)確定的技術(shù)方案和論證意見，開展課題14CO2同位素4地面采樣和無人機采樣比對監(jiān)測工作實驗研究工作，對方法各項技術(shù)參數(shù)和條件進行優(yōu)化實驗，確定具體的技術(shù)內(nèi)容等特性指標，在此基礎(chǔ)上編寫方法標準2023年9月，編制組就《溫室氣體碳同位素手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》的草案，組織參與標準編寫的各家單位對草案的框架和內(nèi)容進行了多次討論。編制單位根據(jù)討論征集的意見對草案和編制說明進行了修改。2023年12月，編制組完成技術(shù)規(guī)范草案和編制說明的編制工作，并提交至陜西省生態(tài)環(huán)境標準化委員會進行地方標準技術(shù)審查。陜西省生態(tài)環(huán)境標準化委員會組織杜新黎、陳潔、孫峰，師耀龍和柴麒敏專家組成標準審查專家組對《溫室氣體碳同位素手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》進行技術(shù)審查。專家通過審查一致認為，該標準按照GB/T1.1-2020的要求組織編寫，結(jié)構(gòu)合理，內(nèi)容滿足溫室氣體碳同位素14CO2手工監(jiān)測要求，并就標準中部分內(nèi)容提出了修改意見，待2024年7月根據(jù)技術(shù)審核專家的意見，完善標準名稱為《溫室氣體14CO2手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，并按照其他技術(shù)審查意見的完成技術(shù)規(guī)范的修改，并提交陜西省生態(tài)環(huán)境標準化委員會進行《溫室氣體14CO2手工監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）》公開意見征求。2024年9月，完成對標準文本和編制說明所有征監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）》進行專題審查，隨后根據(jù)審查意見進行標準文本標準由陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站、中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所、銅川市環(huán)境監(jiān)測站和陜西省標準化研究院等單位負責起草。起草小組成員為楊震、范智超、牛振川、王利東、曹磊、張霖琳、呂婧、王啟元、陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站負責標準的起草、整體協(xié)調(diào)和組織工作；銅川市環(huán)境監(jiān)測站負責溫室氣體14CO2樣品的采集、中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所負責溫室5氣體碳同位素手工監(jiān)測方法測試的科學(xué)性指導(dǎo)；陜西省標準化研究院負責標準本技術(shù)規(guī)范依據(jù)《標準化工作指南》GB/T1.1-2022給出的規(guī)則，遵循科學(xué)性、整體性、針對性原則，參考國內(nèi)同行業(yè)已使用的較成熟的參考文獻編制起科學(xué)性原則。參考現(xiàn)有的國家標準、行業(yè)標準和相關(guān)技術(shù)文件，充分借鑒整體性原則。考慮系統(tǒng)規(guī)定溫室氣體碳同位素手工監(jiān)測技術(shù)的方法原理、樣品采集、樣品處理、分析測試、質(zhì)量保證和針對性原則?？偨Y(jié)現(xiàn)有文獻資料及溫室氣體碳同位素手工監(jiān)測的實際應(yīng)用經(jīng)驗基礎(chǔ)上，規(guī)范內(nèi)容與指標明確。可操作性強，具有普遍的適用性，易于推6本文件規(guī)定了溫室氣體14CO2手工監(jiān)測的方法原理、點位布設(shè)、樣品采集、HJ664環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站點布設(shè)技術(shù)QX/T67本底大氣二氧化碳濃度溫室氣體碳同位素手工監(jiān)測中涉及一些專業(yè)詞匯術(shù)語，為規(guī)范術(shù)語應(yīng)用，列出技術(shù)中的重要術(shù)語并給出定義。編制組查閱了引用的規(guī)范性文件以及其他法律、法規(guī)和標準規(guī)范等，對于已經(jīng)頒布實施的法律、法規(guī)和標準中有明確定義的術(shù)語，在本技術(shù)規(guī)范中不再重復(fù)。本技術(shù)規(guī)范只規(guī)定其他規(guī)范性文件中明本技術(shù)規(guī)定給出了5條術(shù)語和定義，包括14CO2、手工監(jiān)測、瓶采樣、氣袋大氣中的CO2經(jīng)低溫分離純化后，在鐵粉催化下，使用鋅粒或氫氣等還原劑將CO2還原成石墨，制成碳靶，將碳靶樣品和同位素標準品以一定的順序置于加速器質(zhì)譜進行分析，經(jīng)過同一樣品的13C測定值分餾校正后，得到大氣樣品7鋅還原法是將大氣CO2收集管與還原反應(yīng)裝置相連接，使用電爐對還原反應(yīng)管進行加熱，使純化的CO2氣體與Zn粒管中的Zn粒加熱生成CO，然后在Fe粉管中與Fe粉表面發(fā)生還原反應(yīng)，將CO2還原成石墨，氫還原法是將純化好的CO2氣體用液氮冷阱轉(zhuǎn)移入已放入Fe粉并預(yù)抽真空的石英玻璃管回路中，混入一定比例的H2，進行加熱催化反應(yīng)，形成的石墨附）：CO2C石墨2b）氫還原法（簡稱氫法）：CO27.5.1.1標準樣品14C主標樣，一般為國際草酸OX-II，用于加速器質(zhì)譜法（AMS）測量2.14C次級標樣，選擇中國糖碳（CS），8高塔采樣系統(tǒng)應(yīng)包括除水裝置、采樣泵、壓力表、采樣容器、供電設(shè)備（包括蓄電池、外接電源）以及安全裝置（如安全閥）和流量控制裝置（如轉(zhuǎn)子流量計）等采樣設(shè)備，同時要建設(shè)地面高塔采樣必須的高塔及相關(guān)設(shè)施。采樣高塔為滿足獲得高空均勻混合溫室氣體樣品而架設(shè)的設(shè)施，以減少局地溫室氣體源匯對監(jiān)測的影響，主要用于室外監(jiān)測設(shè)備安裝、采樣管線架設(shè)等。采樣塔采樣口距塔基的相對高度在50m以上，采樣口周圍水平面保證360°的捕集空間。地面采樣系統(tǒng)可購置商品化設(shè)備，也可自組裝。地面采樣高塔建設(shè)受地理軟管、無人機等?？少徶蒙唐坊O(shè)備，也可自組裝用滿足采樣需求的無人機，同時無人機的使用應(yīng)滿將壓縮氣泵固定于無人機機體上，并與氣動軟管（材氣動軟管中流動；待無人機勻速上升（參照GB42590-2023）到達所需的高度9采氣玻璃瓶的進氣口密封聯(lián)接，玻璃瓶出氣口開放，進），氣動軟管的出氣口。室外高空無人機空氣采樣完成），用于采樣流量控制、壓力調(diào)節(jié)，一般由流量控制設(shè)備、壓力調(diào)節(jié)裝置等部用于去除樣氣中的水汽，避免水汽對溫室氣體監(jiān)測產(chǎn)生影響。制冷工作溫（瓶體外側(cè)應(yīng)有防爆保護層），如樣品CO2濃度較高且采樣容器壓力較大，可可由實驗室自行搭建，也可購置商品化設(shè)備。主要部件包括機械泵、真空計、壓力計、真空管道、無油脂閥門、各種口徑連接件、氣體流量控制器、針閥、液氮冷阱(≤-196℃)、除水冷阱（-90℃~-78℃)等。該系統(tǒng)主要用于分離大氣中的CO2氣體，收集提純到的CO2氣體，測量收集到的CO2氣體壓力，根據(jù)壓力計算碳質(zhì)量，將收集到的適量CO2氣體轉(zhuǎn)移至石墨合成管或還原反應(yīng)14C同位素分析系統(tǒng)即加速器質(zhì)譜系統(tǒng)（AMS），用于測量14C，測量精度 高能質(zhì)譜分析系統(tǒng)、探測器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成等?？捎蓪嶒炇易灾髟O(shè)計，各裝置在細節(jié)處有一定差異，但基本原理一致，也可購置一體化系統(tǒng)。參考加速圖1加速器質(zhì)譜系統(tǒng)構(gòu)造示意圖按照HJ664中相關(guān)要求確定點位，至少需設(shè)置一個城市點位。采樣口周圍水平面盡可能保證360°以上的捕集空間，優(yōu)先布置在開放式采樣塔上，也可布監(jiān)測選取大氣混合均勻、對流最旺盛、混合層高度最高的時段，一般可在地面采樣系統(tǒng)：地面處采樣管連接采樣泵、流速測量裝置、采樣容器等。每次采樣前，封閉采樣泵至采樣容器的氣路及部件檢查氣密性。對于雙口采樣容器，設(shè)置平行樣的串聯(lián)采集氣路；對于單口采樣容器，設(shè)置平行樣的并聯(lián)采無人機采樣系統(tǒng)：將采樣泵固定于無人機機體上，與氣動軟管、壓力表、流速測量裝置、采樣容器等密封聯(lián)接，在無人機啟動時，氣泵啟動，保證氣體正常在氣動軟管中流動，封閉采樣泵至采樣容器的氣路及部件檢查氣密性。對于雙口采樣容器，設(shè)置平行樣的串聯(lián)采集氣路；對于單口采樣容器，設(shè)置平行首先啟動采樣泵，打開采樣容器的進氣口和出氣口的密封旋塞。在采樣系統(tǒng)氣路完全開通情況下，在一定流速下（樣品從采樣口至采樣容器的駐留時間不超過5min）對采樣容器和連接管路進行充分沖洗，沖洗體積一般不小于采樣沖洗結(jié)束后，關(guān)閉采樣容器的出氣口，利用采容器。采樣容器內(nèi)氣量達到預(yù)定量（根據(jù)采樣采樣系統(tǒng)上卸下采樣容器，標注樣品標識，放回裝運箱監(jiān)測點位信息、采樣設(shè)備運行狀況、采樣容器信息、采員信息、采樣過程中的天氣條件和污染活動等相關(guān)信息環(huán)境溫度、氣壓和相對濕度，有條件的可觀測風(fēng)向和風(fēng)泄漏和污染，樣品應(yīng)盡快送至實驗室，氣袋采樣樣品應(yīng)在3天內(nèi)完成制樣，瓶采樣品分析前，根據(jù)實驗室的儀器配置情況，選擇光腔輸出光譜、氣相色譜、非色散紅外光譜等方法對同一樣品測定方法有光腔衰蕩光譜法、離軸積分腔輸出光譜法外光譜法等，這些測試原理的實驗室分析儀器性能應(yīng)2)離軸積分腔輸出光譜法，參考GB/T液氮-乙醇冷阱：根據(jù)低溫溫度儀讀數(shù)，利用液氮將乙醇調(diào)溫至-90℃~-78℃左右備用。除水冷阱是進行氣體樣品去氣體通過真空管道抽出系統(tǒng)；隨后在除水冷阱（-90℃~-78℃)將樣品中的CO2阱將CO2冷凍，同時通過壓力表顯示的讀數(shù)，根據(jù)壓力差計算CO2鋅還原法是將大氣CO2收集管與還原反應(yīng)裝置相連接，使用電爐對還原反應(yīng)管進行加熱，使純化的CO2氣體與Zn粒管中的Zn粒加熱生成CO，然后在Fe粉管中與Fe粉表面發(fā)生還原反應(yīng)，將CO2還原成石墨，附著在Fe粉表面。氫還原法是將純化好的CO2氣體用液氮冷阱轉(zhuǎn)移入已放入Fe粉并預(yù)抽真空的石英玻璃管回路中，混入一定比例的H2，進行加熱催化反應(yīng)，石墨會在Fe表面形成。石墨化反應(yīng)結(jié)束后，小心取出生成的石墨，并將其轉(zhuǎn)移至壓靶機中壓實，待使用大氣14CO2AMS測量，需要按表1要求插入主標樣、次級標樣與本底樣品。當靶盤為30個時，每批次樣品測定時，主標樣為6個，次級標樣為