高靈敏度氣液兩相拉曼光譜水下原位探測技術研究

《高靈敏度氣液兩相拉曼光譜水下原位探測技術研究》是依託中國海洋大學，由郭金家擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高靈敏度氣液兩相拉曼光譜水下原位探測技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭金家
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

海洋環境的原位化學成分探測是海洋探測技術的重要組成部分，套用深海原位雷射拉曼光譜技術在深海異常區探測中獲得顯著成果並備受關注，拉曼光譜具有非接觸、多組分探測等技術優點，然而受限的探測靈敏度是影響該技術廣泛套用的一個瓶頸，其套用僅局限於天然氣水合物區等高濃度甲烷區域。為推動拉曼光譜感測器的發展和海洋探測實際套用，發展拉曼探測增強技術勢在必行。.本項目針對海洋探測需求，以提高拉曼光譜水下原位探測靈敏度為目標，開展拉曼增強技術研究，實現對海水酸根離子和溶存氣體的同時高靈敏度測量，酸根離子檢測限＜0.2 mmol/L@SO42-，氣體檢測限60ppm@CO2，預期達到的技術指標比現有國際報導的儀器水平提高5倍以上。該項目的實施可望實現拉曼技術上的一個重大突破，同時將該技術的套用範圍拓展到正常海水環境。對發展我國具有自主智慧財產權的光譜類感測器、實現海洋探測技術向海洋探測能力轉化具有重要的推動作用。

結題摘要

海洋環境的原位化學成分探測是海洋探測技術的重要組成部分，拉曼光譜具有非接觸、多組分探測等技術優點，套用深海原位雷射拉曼光譜技術在深海異常區探測中獲得顯著成果並備受關注，然而受限於探測靈敏度，其套用僅局限於冷泉、熱液等極端環境。為推動拉曼光譜感測器的發展和海洋探測實際套用，本項目以提高拉曼光譜水下原位探測靈敏度為目標，開展拉曼增強技術研究，主要針對一般海水中的酸根離子和溶存氣體開展探測，預期目標為酸根離子檢測限＜0.2 mmol/L@ SO42-，氣體檢測限60ppm@CO2，預期達到的技術指標比現有國際報導的儀器水平提高5倍以上 。本項目基於多次反射拉曼增強的方法開展技術研究，通過對多次反射腔進行最佳化設計，搭建了氣體和液體多次反射拉曼測試系統，並分別採用多種標氣和配置溶液對多次反射拉曼系統做了系列的實驗室測試，獲得的結果為：酸根離子檢測限＜0.1 mmol/L@SO42-，氣體檢測限＜50ppm@CO2。將實驗室原理樣機最佳化完善後，形成測試系統，在現場進行了實際測試和驗證，首次在現場用拉曼光譜直接測得海水中的碳酸氫根，相關結果已進行報導；基於多次反射拉曼增強的水下原位探測系統也測到了水中溶存的氮氣、氧氣、二氧化碳、氫氣等氣體，該結果目前正在整理投稿。經過本項目研究，形成了一種新的高靈敏度拉曼光譜水下原位探測方法，申請國家發明專利 2 項，軟體著作權登記3項，發表SCI/EI學術論文10篇；培養研究生6名，1人獲博士學位，5人獲碩士學位，並在本項目基礎上培育了一項山東省重點研發計畫項目（2019JZZY010417）。研究目標全部完成。