气体扩散系定仪

黄石公园蒸汽船间歇泉喷发前、中、后期CH4和CO2扩散气体排放背景图片背景介绍：几十年来，像黄石国家公园这样的热液环境中气体的释放一直是热门研究方向。先前在黄石公园进行的研究量化了火山口和大气之间交换的二氧化碳量，强调了黄石公园如何通过火山口每年排放约4.4×107公斤的二氧化碳。诺里斯间歇泉盆地(Norris Geyser Basin, NGB)位于黄石公园的西北部，是蒸汽船间歇泉的所在地。蒸汽船间歇泉在公园的数百个间歇泉中脱颖而出，是因为它向空气中喷射的流体-气体混合物可以超过115米的高度，使其成为世界上最高的喷发活跃间歇泉。气体主要由可冷凝蒸汽和不可冷凝CO2组成，还有少量其它不可冷凝气体，如CH4。虽然蒸汽船并不定期喷发，但间歇泉最近变得非常活跃。2000年至2017年期间，发生了11次火山喷发；然而，在2018年3月至2021年2月24日期间，蒸汽船喷发了129次。为了研究气体排放的变化是否可以作为间歇泉喷发的前兆，2019年6月12日，我们连续测量了间歇泉在一次喷发事件前后30米处甲烷和二氧化碳的扩散排放。实验方法：本研究使用了两台仪器来测量地表通量。Eosense自动呼吸室(AC)被安装在距离间歇泉约30米的地面上，在间歇泉和蓄水池泉之间。AC被编程为关闭15分钟，允许气体从地下逸出积聚，打开5分钟冲洗一次，完成一个周期，期间共进行17次测试，其中喷发前完成了7次测量(包括前兆测量)，喷发后进行了10次测量。自动呼吸室(AC)通过管路连接到Picarro G2201-i CO2、CH4浓度及同位素分析仪，组成CRDS-AC通量及同位素观测系统，该系统可以测量CH4和CO2的浓度及其碳同位素组成，δ13C-CH4和δ13C-CO2大约每4s测量一次。在浓度-时间曲线稳定1 - 2分钟后的前3 - 4分钟，用斜率乘以自动呼吸室(AC)内部体积和底座横截面积的商来估算通量。CRDS仪器放置在多功能车(GorrillaCarts® GORMP-12)上。在车上，由两节12V直流深循环船用电池并联连接，通过直流-交流电源逆变器为分析仪供电。期间还使用了仅测量CO2通量的单个便携式呼吸室(PAC)。该PAC是一个闭路EGM-5便携式CO2气体分析仪(PP Systems, Amesbury, MA)，腔室直接连接到分析仪，提供二氧化碳浓度的高频繁测量(10赫兹)。使用线性模型计算CO2通量。PAC系统在另外三个标有标记的位置进行移动测量，这增加了本研究期间测量的空间足迹。图1所示：诺里斯间歇泉盆地东南部的地图。蒸汽船间歇泉(六边形)位于酸性到中性的地热区域。地图上还标注了20世纪初钻探的三口井。气体通量测量结果：在单次蒸汽船间歇泉喷发前~3 h、喷发中和喷发后~ 2 h测量了地表CO2和CH4通量以及其碳同位素组成。以观察扩散排放活动的变化是否与喷发的特定阶段有关，从而揭示诺里斯间歇泉盆地中地下气体的运移机制。在喷发之前和整个喷发过程中，我们使用Picarro CRDS分析仪测量弥漫性气体排放，我们将其报告为地表通量。对于CH4，喷发前后的通量在误差范围内相同，平均值分别为42.3±1.3和42.3±1.6 mg m&minus 2 day&minus 1。同样，CO2在喷发前(50.3±1.8 g m&minus 2 day&minus 1)和喷发后(52.3±2.2 g m&minus 2 day&minus 1)表现出相似的通量。然而，在喷发之前(不到25分钟)，与之前6次Picarro CRDS分析仪测量的平均值有偏差。这第七组测量发生在从静息期阶段到预演期阶段的过渡期间，显示CH4和CO2的通量分别下降了58%和50%。这种偏离发生在静息期(a)的结束和预演期(b)的开始，在绘制的时间序列中清晰地说明了这一点，该阶段称为前体测量(图2)。图2所示：测量期间CH4和CO2通量的时间序列(左y轴)和平滑的1分钟平均连续浓度测量值(右y轴)。当气体室关闭时，气体浓度开始增加，然后在通量测量结束时打开，气体浓度恢复到环境浓度，形成锯齿状图案。浅阴影区域表示喷发前(b)和小喷发(c)阶段。较暗的阴影区域描绘了主要的喷发，倒数第二个区域突出了液体主导阶段(d)，最暗的阴影区域显示了主要喷发的蒸汽主导阶段(e)。稳定碳同位素测量结果连续的CRDS-AC δ13C测量表明，重同位素在每个腔体中都有富集。在每个气室围封期间最后10次δ13C测量值的平均值作为δ13C源值。结果得出δ13C-CH4 = - 27.5±0.3‰，δ13C-CO2 = - 3.9±0.1‰(图4a)。这些源组成比各自的大气端元(CH4≈&minus 47‰和CO2≈&minus 8‰)的同位素重。唯一的例外是一组前体测量，其中δ13C-CH4为&minus 35.7±2.1‰，δ13C-CO2为&minus 6.2±0.4‰(图4b)。前驱体测量值明显比非前驱体测量值轻，并且更接近大气成分。将测量到的通量和气源同位素组成结合在一个图中(图3b)，突出了前驱体测量的异常性质。图左下角的基准面表示在图2所示的时间序列中也可以观察到的前兆信号。图3所示：(a)测量期间的碳同位素值。阴影区域表示喷发开始后的时期。两幅图中黑色的水平虚线表示大气的碳同位素组成，而浅灰色的虚线表示地幔源。(b)配对δ13C和通量测量。δ13C数据(左图为δ13C- CH4，右图为δ13C- CO2)利用近10次测量的平均值估算了气源气体的稳定碳同位素组成。图4所示：二氧化碳(δ13C-CO2)和甲烷(δ13C-CH4)的碳同位素比较。每个圈地都用观测到的喷发时间序列的阶段(a-e)来标记，在同一阶段出现的测量顺序是连续的数字(参见图2，以获得阶段名称的完整解释)。“前兆”测量被清楚地指出。颜色方案表示在15分钟的腔室封闭期间记录基准的相对时间，其中深色出现在开始，浅色出现在结束。每个图中的黑色菱形代表大气同位素组成的近似端元。气体扩散途径模型：虽然蒸汽船喷发的具体机制不能仅由气体测量来支持，但通过整合收集的数据和先前发布的信息，这里共享了该系统的概念模型(图5)。大量证据表明，温泉水起源于渗入并流经流纹岩的大气水，以补给NGB和公园其他地方的间歇泉。从热成因δ13C-CH4特征和地幔样δ13C-CO2组成来看，系统中大部分气体来源于深部。在两次喷发之间，我们认为存在地幔气体从深层源向上的稳态输送(图5a)。这些气体溶解在水中，在含水层顶部溶解，向地表迁移，与浅层气体混合，然后以恒定的速率从地表排出。图5所示：说明地下管道和扩散气体到地面的途径的概念模型。注意深层烃源岩和补给储层之间的区别。(A)突出显示间歇泉在喷发之间的状态，(B)展示了前兆窗口(喷发的~ 10-25分钟)。结论：在距离蒸汽船间歇泉开口30 m处进行的光腔摔荡光谱测量显示，在2020年6月12日观测到的一次喷发开始前约10-25分钟，CH4和CO2的通量分别急剧下降58%和50%。这一证据表明，就在这次喷发之前，充满气体的水向间歇泉管道流动。同样，CH4 (δ13C-CH4)和CO2 (δ13C-CO2)的前体碳同位素测量值(分别为- 35.7±2.1‰和- 6.2±0.4‰)明显轻于非前体碳同位素测量值(- 27.5±0.3‰ &minus 3.9±0.1‰)，δ13C在喷发开始后立即恢复到稳态值。热水和天然气的高估计平衡温度表明，至少在470米深处有一个深源。之前的研究呼吁监测黄石间歇泉的气体排放率，而这项研究为如何有效地进行弥漫气体测量和研究提供了一个模型。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2021.107233研究应用相关仪器：

据人民日报天津8月13日电（记者卫庶、靳博）有微博称，在风力影响下，爆炸后可能会有有害气体向北京方向扩散。对此，天津市气象台表示，13日9时，滨海新区爆炸事件现场附近风向为西南风，风速2级（3米/秒）。根据数值模拟结果，未来24小时主导风向南至西南风，污染物扩散方向主要为东至东北方向，利于污染物向海上扩散。美国上午过境卫星terra和下午过境卫星aqua的真彩图。可以清楚看到，爆炸后产生的烟团在向渤海传输，同时不断扩散——这种扩散可以理解为“稀释”，大家不必恐慌。

扩散池法是执行半固体剂型制剂的体外释放测试（IVRT）可靠且有重复性的方法。美国药典 (USP) 半固体药品性能测试 (SEMISOLID DRUG PRODUCTS—PERFORMANCE TESTS) 收载有扩散池法的具体测定方法和要求。乳膏是用乳剂型基质制成的软膏剂，具有药物释放和穿透性能好、提高局部药物浓度、不妨碍皮肤正常功能等特点，是临床常用剂型。本文将分享使用扩散池法执行某乳膏制剂的体外释放测试案例，希望能给您带来帮助和启发。测试方法实验仪器：锐拓 RT800 自动取样透皮扩散系统装置：锐拓改良式Franz垂直扩散池温度：32±0.5℃介质：技术保密转速：600 RPM人工膜：技术保密上样量：~0.3g介质体积：30mL取样量/补液量：1mL扩散池孔口直径：15mm扩散池孔口面积：1.77cm 测试过程介质体积称量加入扩散池中的介质重量，并根据测试得到的介质密度，计算各个扩散池中加入的介质体积：根据USP 的要求，测试过程中的所有扩散池应具有相同的体积标称值，并且应测量每个扩散池的真实体积。虽然USP 并没有明确要求介质体积的误差范围，但我们建议介质体积误差应不超过1%。 上样量称重并记录样品装载环中乳膏上样量，并确定上样量均在正常范围之内。=根据USP ，扩散池法测试的样品量一般不小于0.2g。虽然样品的上样量并不参与累积释药量的计算，但超出正常范围的称量数据可以揭示可能发生的样品装载异常，例如有气泡残留在乳膏和滤膜之间。膜的种类半固体制剂体外释放应当选用合适的惰性和商业化的人工膜，常用的有：聚醚砜，醋酸纤维素，尼龙混合酯和聚四氟乙烯膜。其中醋酸纤维素是亲水膜，对有机溶剂不耐受。因此，当释放介质中含有有机溶剂时，另外三种膜是更好的选择。 自动取样根据USP 的要求，应在方法规定的取样时间±2 min范围内完成取样。RT800 自动取样透皮扩散系统，能够自动同时完成6个扩散池的取样，并不存在取样时间差的问题。 测试结果根据 USP ，计算在各个取样时间点每 1平方厘米孔口面积下的累积释药量（Cumulative Amount Released）： 6个测试样品在24小时的累积释药量的相对标准偏差（RSD）为1.53%，本测试的重复性良好。乳膏中药物的释放一般遵循 Higuch 公式，即药物的累积释药量与时间的平方根成正比。将 6 个测试样品在各个取样时间点的累积释药量与取样时间的平方根进行线性回归，得到回归方程和相关系数，并取其斜率值为释药速率常数。 结果讨论结果表明，扩散池法的精密度高，重现性好。可以适用于区分不同乳膏配方的差异，并为乳膏产品的配方开发提供有价值的体外释放度测定数据。得益于锐拓 RT800 自动取样透皮扩散系统的高精度自动化设计，有效地减少实验系统或手动操作引入的误差，让测试结果的重复性更加理想。