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至深海装备拉曼光谱仪创造高深海探测纪录

2021-09-23

深海装备拉曼光谱仪创造高深海探测纪录

我国深海设备创造拉曼光谱精深海探测纪录,该仪器的成功研发将提升我国在深海矿藏、能源资源、毕竟我们自主研发技术上有保障碳循环与气候变化和深海生物信息方面的探测能力。

至深海装备拉曼光谱仪创造高深海探测纪录

4月12日,中国科学院大连化学物理研究所告知,2017年3月下旬,中国科学院深渊科考队赴马里亚纳海沟海域履行中科院战略性B类先导专项海斗深渊前沿科技问题研究与攻关和国家重点研发计划深海关键技术与设备重点专项等科技任务,使用原位实验号、万泉号、天涯号深渊着陆器对我国自主研发的1系列深海设备进行了成功的实验和实际利用,其中包括我国首次取得成功的7千米级紫外激光拉曼光谱仪。该光谱仪是国际上首次进行深海探测的紫外激光拉曼光谱仪,也创造了拉曼光谱仪精深海探测纪录。

我们的星球超过1半的区域被2000米以上的深海海水所覆盖。深海海底不但蕴藏着丰富的石油、天然气、天然气水合物、金属结核、热液和硫化物等矿产资源,还存在着极端生命现象,这些资源具有重大的经济和战略价值。随着陆地能源的日益紧张,深海探测与资源开发技术在海洋环境研究和深海资源的开发进程中发挥了不可替换的作用。可以说,谁先掌握了深海调查探测与资源开发的先进技术,谁就掌握了世纪海洋战略发展的主动权。

拉曼光谱技术是1种可以对海洋资源进行原位探测的分析技术,是1种可以提供份子指纹谱的技术,与红外光谱不同,拉曼光谱可以直接对水溶液中的物资进行直接丈量,因此可以对处于海水条件下的物资进行原位、准确的测定:拉曼光谱可以对深海海水水文环境进行分析,例如分析海水中甲烷水合物的构成和散布,深海中生物物种,海洋中2氧化碳等大气溶解情况,各种盐类物资例如硫酸盐等浓度进行分析,也能够通过水的拉曼峰来分析深海海水的大致存在状态。拉曼光谱可以对矿藏,例如锰结核等进行原位分析,也能够对深海中的火山口、海底的岩石成份进行分析,从而对其地质成因,矿藏等进行分析。在采矿作业进程中,可以利用拉曼光谱对样品进行前期的挑选。深海拉曼光谱仪器1直以来是深海资源探测领域的研发重点,国内外许多研究团队都投入了大量的资源。

但是,目前利用于海洋和深海探测的拉曼光谱仪大多以长波长激光,其本征拉曼散射较弱。另外,海洋环境中存在的大量的叶绿素II和生物碎片等在可见区存在极强的干扰,这些物资会吸附到1些矿物的表面,其激起的荧光严重干扰拉曼信号的获得,大大限制了拉曼光谱在海洋研究中的利用。

早在1998年,中国科学院大连化学物理研究所李灿研究员带领的团队研制了国内台具有自主知识产权的紫外拉曼光谱仪,并成功的将该技术利用于材料研究中,解决了拉曼光谱研究材料中长时间存在的荧光干扰困难。利用紫外拉曼光谱仪结合共振拉曼光谱技术,李灿团队在国际上首次鉴定了固体材料中低含量过渡金属活性中心;利用原位紫外拉曼光谱技术在国际上首次实现了摹拟海底水热条件下份子筛材料合成进程的原位紫外拉曼光谱研究,检测到了水热条件下对份子筛材料构成起到关键作用的中间物种。这些工作前后取4、测试精度:拉力实验机测试精度1般分为1级、0.5级得国家技术发明2等奖和国家自然科学2等奖,并在国际上引发了广泛的关注,同时也表明,紫外拉曼光谱可以大大提高拉曼信号的检测灵敏度,避开荧光的干扰,并且在高温高压水相体系的研究中显示出了巨大的优势。在此基础上,将紫外拉曼光谱技术引入到深海海底进行探测,是目前世界上还没有见报导的尝试,因此不但在科学意义上,更是在仪器研制方面是1种创举。

但是,激起光越到紫外区对光栅分光要求越高,所需的光谱仪尺寸就越大。而深海探测要求所带仪器越小越好,如何将紫外拉曼光谱仪的分光系统缩小到1个笔记本大挂不上摆锤或插销脱不开时挂上摆锤或插销脱不开时可将有关零件拆下用煤油清洗后小是研发团队首先面临的问题。另外,深海条件下,光谱仪面临高压和频繁着陆冲击等极端条件,对光谱仪的性能提出了刻薄的要求。李灿院士团队的范峰滔研究员、黄保坤高工等通过科学设计,反复验证,采取折叠反射镜、光纤软连接和同轴反射镜等1系列技术,历经3年的攻关,研发成功满足深海极端条件利用的紫外拉曼光谱仪器,并与3亚深海所工程人员完成了光谱仪利用的工程化。此次的海实验证成功,表乃至产生抗磨损层与基体金属剥离明我国从此可以对全球99以上海域进行份子光谱探测,为我国深海矿藏和能源资源的开发、海洋科学研究提供利器,将为实行我国海洋强国战略做出贡献。

编辑点评:

我们的星球超过1半的区域被2000米以上的深海海水所覆盖,深海中的海洋资源大多还未被发现。拉曼光谱技术是1种可以对海洋资源进行原位探测的分析技术,我国的深海设备拉曼光谱仪创造了精深海探测纪录,这将为我国深海矿藏和能源资源的开发、海洋科学研究做出贡献。