實現碳達峰、碳中和，是以習近平同志為核心的黨中央經過深思熟慮作出的重大戰略決策，碳監測一直是我國生產生活的一個重要環節。在碳監測方面，尤其是對放射性碳（14C）的檢測，可為空氣污染控制、碳減排政策提供有力的科學依據。
談及14C，中國科學院廣州地球化學研究所張干研究員說道：“雖然我國科學家已逐漸認識到14C是研究人類活動影響大氣環境和氣候變化的利器，且取得了許多重要進展，但目前我國這方面的數據積累仍然比較薄弱，譬如我國還沒有建立針對性的全國或重點地區14C觀測網絡。可喜的是，為了更有效服務我國碳減排行動和碳中和目標，在中國環境監測總站于今年5月發布的典型城市大氣碳監測技術指南中，已納入了大氣Δ14CO2的測量任務。這無疑將極大地促進我國大氣14C觀測技術的發展與應用”
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(意大利國家光學研究所)的一個分支，成立于2016年4月，核心成員主要來自INO－CNR（意大利國家光學研究所）、LENS（歐洲非線性光譜實驗室）和佛羅倫薩大學，目前旗下的產品包括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是全球首臺基于飽和吸收腔衰蕩技術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，探測靈敏度達到ppq級別（4×10-15，千萬億分之一）。首臺設備已交付瑞典RISE科學技術研究院使用。
圖2 放射性碳分析儀C14-SCAR實物圖
? ? ? C14-SCAR內部結構配置有兩個4527nm中心波長的QCL激光器，輸出功可高達100mW，QCL的作用是在目標放射性二氧化碳轉變周圍提供穩定的頻率參考，這套激光系統采用了一個具有兩個鎖環的頻率穩定鏈，有效地縮小和控制激光器頻率，搭配一個長度為1m的高精度光學諧振腔，其光程可達到7km。這種結構的設計旨在提高儀器的靈敏度、采集時間和所需碳樣本數量方面的性能，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 |
動態范圍 |
0-106 pMC* |
樣本大小 |
|
價格 |
1M€) |
尺寸 |
2(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
RISE實驗測定結果：AMS（紅）和SCAR（綠）對生物柴油與普通柴油的混合組分測定對比
從測定結果可以看出，從低混合度的1%逐漸趨向于幾乎等比例混合的102%，C14-SCAR的測定精度都要明顯高于傳統的AMS方法，并且測定結果與其實際混合度相差十分微小，近乎能夠做到百分百的準確測量。
放射性碳（14C）是一種放射性化學元素，作為生命的標志由于在自然界中的含量極低，其天然豐度約為1萬億個碳原子中有1個原子，因此檢測難度極大。目前，高靈敏度的放射性碳檢測是加速器質譜(AMS)的專利，但傳統的質譜法檢測體積大，購置成本高，檢測成本較大。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)的新型光譜技術的分析儀。
相較于美國Planetary Emissions Management Inc（PEM）研發的基于CRDS技術的放射性14C同位素分析儀，C14-SCAR是基于飽和吸收腔衰蕩技術（SCAR）,利用外差光譜系統測量放射性二氧化碳濃度，該系統配有兩個4527nm的量子級聯QCL激光器、一個參考池和一個高精細腔，樣品氣體冷卻到170K，設備緊湊，對放射性碳檢測的精度可到達4 x 10-15次方。
應用范圍：
環境監測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上衡量、估價和交換的產品。因此，C14-SCAR對于14C的高探測率對于地區準確測量14CO2具有極大的推動作用。
燃料中生物/化石組分的測定
石油的化學組成與物理性質有著密切的聯系，兩者的特征有利于研究石油形成、運移、聚集、保存、次生改造和分布，區分化石源排放和現代源排放的能力對油品質量評價和環境影響評價具有重要意義。C14-SCAR可以幫助有效測定出石油中的組成成分。
碳捕獲和儲存(CCS)監測
碳捕獲與封存技術是指將CO2從工業或相關排放源中分離出來，輸送到封存地點，并長期與大氣隔絕的過程，這種技術被認為是未來大規模減少溫室氣體排放、減緩全球變暖最經濟、可行的方法。
放射性碳年代測定法
放射性碳定年本質上是一種用來測量剩余放射能的方法，通過了解樣品中殘留14C含量，就可以知道有機物死亡的年齡。隨著樣品時間保存時間越久遠，其反射性碳含量就越低，這就意味著測試儀器需要追求更高的精度，C14-SCAR在放射性碳監測的目前最高精度能有效得發揮作用。
監測核場所
核電站/廢物儲存庫周圍地區的放射性二氧化碳濃度較高，其放射性可能會給居民帶來健康問題，因此其周圍的放射性碳的持續監測十分重要。
儀器特點：
設備的緊密度高，其體積要比AMS小10-100倍，使用的場所限制變小。
14C檢測運行成本低，不需要高壓、高真空的環境條件。
操作簡單快捷，無需十分專業的訓練。
可采樣數量多，無需專門的實驗室，每天分析約10個樣品。
具有豐富的功能性，C14-SCAR可作為一種多功能同位素比質譜儀，可定制靈敏檢測不同氣體種類(N2O, CO，…)
目前國內能進14C檢測的主要有核物理與核技術國家重點實驗室（北京大學）,中科院地球環境研究所，中科院廣州地化所，還有著名的BETA實驗室，這幾所機構都屬于商業化實驗室，其中BETA實驗室測定速度最快但也要大概14個工作日，測定成本較高，而且近幾年來隨著成本增加，價格多在兩三千元甚至更高的價位。而ppqSense研制的C14-SCAR取樣簡單，在實際應用中整個14C樣本的制備和檢測過程極其簡單快捷，不到30min的前期取樣制備后再到樣品的測定完成，整個過程根據實際情況只要一小時內到幾個小時不等。
隨著政策需求和環境問題的日益突出，碳監測將會是我國研究生產的一個重要方面，隨著未來市場不斷增長的需求將推進碳元素更為精密的檢測，相信ppqSence的C14-SCAR的卓越性能會進一步推進碳監測市場的發展。深圳市唯銳科技有限公司作為唯一授權代理商，將推進這款高精度低成本碳監測儀器在中國的應用，我們可以為您提供前提的樣品檢測服務，以便您更好地了解C14-SCAR的卓越性能，歡迎您的咨詢。