Ampling and analysing the gas

Analyser af gasprøver

Først skæres prøven fra iskernen, og den yderste del af overfladen fjernes for at undgå forurening af prøven. Derefter placeres isen i en beholder, som forsegles og tømmes for luft. Gassen i luftboblerne frigives nu ved en tør eller våd udvindingsmetode. Med en strøm af helium transporteres gassen fra beholderen og hen til analyseapparaterne. På vejen splittes prøvestrømmen op i flere strømme, der løber til hver sit analyseapparat. Målinger af koncentrationen af forskellige gasser kan udføres vha. gaskromatografi (GC), mens isotopforhold bestemmes vha. et massespektrometer (f.eks. et isotope ration mass spectrometer (IRMS)). Nye laserbaserede teknikker til spektroskopi har vist lovende resultater og vil måske blive mere og mere anvendt i den nærmeste fremtid.

Gaslab

Gaslaboratoriet ved Center for Is og Klima. To massespektrometre er forbundet til beholderen, hvor gassen udvindes og til fordelingslinier til CH4 og N2O (til venstre) og til CO2 (til højre).

Udvinding af gassen

Der findes forskellige teknikker til at frigive luften fra isen. Afhængig af hvilken gas, man skal måle på, anvender man enten en tør eller en våd metode. Dette er for at undgå forurening fra in-situ produktion af gas (dvs. dannelse i målesystemet af den gastype, der skal måles på). Tag nu CO2 som eksempel. I flydende vand kan der dannes CO2 ved en kemisk reaktion mellem f.eks. opløst organisk materiale, der findes som urenheder i isen. Når man skal måle på CO2 er det derfor nødvendigt at gassen udvindes fra isen under tørre forhold. Det sker ved at beholderen med prøven holdes afkølet, mens isprøven knuses til bittesmå stykker hvorved luften i boblerne frigives. Hvis der skal måles på andre gasser som f.eks. CH4 eller N2O kan isprøven smeltes (og genfryses) for at frigive luften.

Udvinding

Udvinding af gassen i isen. (a) Våde forhold. Prøvebeholder med isprøve. Isen smeltes for at luften i boblerne i isen kan frigives. (b-c) Tørre forhold. (b) Den nedre del af prøvebeholderen med en isprøve i. (c) Nåle til at knuse isen og derved frigive luften i boblerne. Knusningen foregår efter beholderen er forseglet og tømt for luft.

Adskillelse og detektion af gasser og isotoper

Gasserne adskilles vha. gaskromatografi (GC), som benytter, at de forskellige gasser har forskellige fysiske og kemiske egenskaber. Man bruger helium til at pumpe luften kontinuert gennem forskellige måleinstrumenter. Disse instrumenter er enten holdt ved en veldefineret lav temperatur (en specifik gas fryses ud), fyldt med et materiale, som reagerer på en bestemt måde med hver enkelt gas eller en kombination af de to ting.

En måde at detektere de adskilte gasser på er at måle ændringerne i heliumgassens termiske ledningsevne. Denne afhænger nemlig af indholdet af andre gasser, der er blandet i og af disses egenskaber. Udfra sådanne målinger kan man beregne koncentrationerne af de forskellige gasser, hvis systemet er ordentligt kalibreret. Der eksisterer også andre detektionsmetoder (f.eks. laserabsorptionsspektroskopi).

Hvis der sideløbende med GC foretages massespektroskopi, kan man bestemme gassernes isotopiske sammensætning. Fordelen ved et samlet setup er, at alle trin inkl. adskillelse og detektion kan foretages online i en kontinuert strøm af helium. Det hjælper med til at holde forholdene så konstante som muligt fra en prøve til den næste.

Læs mere om