環(huán)境空氣中氨的平均本底濃度在0.1-5 nmol/mol（0.1-5 ppb）范圍內(nèi)，在農(nóng)業(yè)設施或活動的直接附近，氨的平均濃度增加到100 nmol/mol。盡管氨的含量很低，但環(huán)境空氣中氨的測定是環(huán)境科學中的一個關(guān)鍵問題。氨可以通過影響自然水體和土壤的酸性，向生態(tài)系統(tǒng)提供過量的氮輸入，對生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性產(chǎn)生有害影響，并通過影響二次氣溶膠的形成對人類健康產(chǎn)生有害影響。

但環(huán)境空氣中氨的濃度較低，且潛在干擾大氣成分的濃度相對較高，因此測量具有挑戰(zhàn)性。近幾十年來研發(fā)出一批新的分析技術(shù)和監(jiān)測儀器，用于校準測量儀器的參考氣體混合物的質(zhì)量和可用性也明顯提高。然而，最近的相互比較測量顯示出明顯的差異，表明大多數(shù)新開發(fā)的裝置和標準物質(zhì)需要進一步的徹底驗證。MetNH3（Metrology for ammonia in ambient air）是歐洲計量研究計劃（EMRP）框架內(nèi)的一個三年項目，旨在將計量溯源性引入環(huán)境氨氣0.5-500 nmol/mol濃度范圍的測量。包括三個方面的研究：1）提高靜態(tài)和動態(tài)參考氣體混合物的精度和穩(wěn)定性，2）研究光學測量標準，3）建立高精度計量標準和現(xiàn)場測量之間的聯(lián)系。請參見發(fā)表文章A metrological approach to improve accuracy and reliability of ammonia measurements in ambient air。

眾所周知，溫度升高會降低氨氣吸附，因此加熱采樣線或測量池是防止冷凝并進一步降低吸附損失的常用方法。然而，在環(huán)境空氣測量的情況下，有人擔心，溫度升高會導致氣態(tài)氣溶膠（如NH4NO3）在NH3和HNO3中的分配，從而導致測量中的正偏差。在進入加熱取樣管線之前，使用過濾器和沖擊器去除氣流中的氣溶膠是一種廣泛的方法，可以減少這種正偏差，并防止測量單元受到污染。在這種情況下，必須定期更換過濾器，以防止氣相氨與過濾器上捕獲的氣溶膠相發(fā)生反應，或捕獲的氣溶膠揮發(fā)。

MetNH3項目探討了從采集、傳輸、測量和標校系統(tǒng)全過程，包括介質(zhì)表面吸附性、吸收光譜優(yōu)化、水汽干擾、ISO、溫度/壓力干擾等因素。發(fā)現(xiàn)通過適當選擇氣體處理系統(tǒng)的材料、加熱氣體取樣管線和采用較高的流速，可以明顯降低吸附損失。在本實驗中，聚四氟乙烯入口管線和顆粒過濾器的流速至少為1 slm。

MetNH3項目選用PICARRO公司G2103氨分析儀作為光譜類分析儀的代表，進行了全面的穩(wěn)定性、可追溯性測試。PICARRO G2103氨氣分析儀充分考慮到NH3特性，進行專項優(yōu)化升級，包括：優(yōu)化測量光譜：1）6548 cm-1 近紅外工作波段確保NH3測量精度，2）包括H2O、CO2吸收峰，用以計算消除H2O干擾，3）CH4、O3等氣體在工作波段無吸收，不會產(chǎn)生干擾。見Figure 6。

Figure 6: Measured raw data points with the fitted spectrum (a) and residuals (b) in 100 nmol/mol NH3 and 2 % H2O in N2. The measurements were performed using a Picarro G2103 spectrometer. (colour online)

內(nèi)部氣體管路和測量腔選擇低吸附性材料，減少NH3吸附，達到較快響應速度。

內(nèi)置水汽校正，可以直接測量空氣，報道NH3-dry值。

在測量范圍高度線性，通過外標可以進一步提高測量準確性。見Figure 7。

Figure 7: a) Calibration curves of a Picarro G2103 instrument using dry (closed squares) and humidified (open circles) test gases of ammonia in air, and b) measurement results in air and nitrogen matrix gases, obtained by the manufacturer’s data evaluation algorithm (closed squares) and that developed in MetNH3 (open triangles),where instrument response is normalized to the average of the ratio of the measured and reference ammonia amount fractions in air and error bars refer to estimated expanded uncertainty.

大氣低氨背景環(huán)境與農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)生高氨排放監(jiān)測如此重要，那選擇理想的準確測量工具必不可以！Picarro公司主要為科學家、政府部門、非營利組織以及企業(yè)有能力提供高精度便攜式分析儀。

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