天然放射性碳(14C)除了是一種重要的測年方法，還是判定碳元素來源(化石或生物碳)有效手段。甲烷(CH4)作為重要的能源和溫室氣體之一，了解其碳的來源對解析CH4排放源和碳循環過程都具有重要的意義。14C/12C比值在大氣圈和生物圈中基本保持不變，當生物體死亡后就不再與外界進行碳交換，原來體系內14C繼續衰變，因比值不斷減小，通過測定該比值就可以計算出生物體死亡的年代。測定CH4氣體中的14C含量，也需要將CH4先轉化為CO2，再將CO2轉化為石墨，然后將其制成石墨靶，用加速器質譜(AMS)測量其14C/12C比值。環境樣品的CH4濃度范圍很大，從大氣的2 ppm到百分之幾十不等。 本實驗室開發了一種將低濃度微量甲烷轉化為石墨的裝置及方法，用于將自然界中各種類型氣體中低濃度的甲烷富集和純化，制備成純的二氧化碳氣體(有效去除氣體樣品中二氧化碳及其他氣體干擾和大氣的污染)，然后將二氧化碳氣體還原為石墨，制靶后上加速器質譜儀測試其14C/12C。
圖1 微量甲烷富集純化-石墨化制備系統結構示意圖
樣品處理的基本流程：氣袋中的混合樣品氣首先經過物理混合冷阱第一步除水和CO2、經過堿石灰/高氯酸鎂/五氧化二碘復合化學阱進一步除二氧化碳和一氧化碳，純化后氣體經過含CuO顆粒的高溫爐，在高溫下甲烷與CuO反應氧化成二氧化碳，再過鍍銀氧化鈷化學阱除去可能產生鹵素氣體，經過高氯酸鎂水阱進一步除水后，由物理冷阱捕集后實現富集，隨后富集純化后的二氧化碳氣體釋放進入還原反應管，反應管內裝填有還原劑和催化劑，在高溫下經過還原反應將CO2氣體制備成石墨固體。
CH4制備CO2過程中同位素分餾結果如表1所示，13C同位素未發生明顯分餾。
表1 甲烷與氧化產生的二氧化碳δ13C穩定同位素值對比
圖2 海洋三所分析測試中心-研制微量碳石墨化制備系統
