深海裝備拉曼光譜儀創(chuàng )造最高深海探測紀錄

深海裝備拉曼光譜儀創(chuàng )造最高深海探測紀錄

　　我國深海裝備創(chuàng )造拉曼光譜最高深海探測紀錄，該儀器的成功研發(fā)將提升我國在深海礦藏、能源資源(天然氣水合物)、碳循環(huán)與氣候變化以及深海生物信息方面的探測能力。

    4月12日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所告知，2017年3月下旬，中國科學(xué)院深淵科考隊赴馬里亞納海溝海域執行中科院戰略性B類(lèi)先導專(zhuān)項“海斗深淵前沿科技問(wèn)題研究與攻關(guān)”和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專(zhuān)項等科技任務(wù)，使用原位實(shí)驗號、萬(wàn)泉號、天涯號深淵著(zhù)陸器對我國自主研發(fā)的一系列深海裝備進(jìn)行了成功的試驗和實(shí)際應用，其中包括我國獲得成功的7千米級紫外激光拉曼光譜儀。該光譜儀是國際上進(jìn)行深海探測的紫外激光拉曼光譜儀，也創(chuàng )造了拉曼光譜儀最高深海探測紀錄(7449米)。

　　我們的星球超過(guò)一半的區域被2000米以上的深海海水所覆蓋。深海海底不但蘊藏著(zhù)豐富的石油、天然氣、天然氣水合物、金屬結核、熱液和硫化物等礦產(chǎn)資源，還存在著(zhù)極端生命現象(深海生物基因資源)，這些資源具有重大的經(jīng)濟和戰略?xún)r(jià)值。隨著(zhù)陸地能源的日趨緊張，深海探測與資源開(kāi)發(fā)技術(shù)在海洋環(huán)境研究和深海資源的開(kāi)發(fā)進(jìn)程中發(fā)揮了不可替代的作用。可以說(shuō)，誰(shuí)先掌握了深海調查探測與資源開(kāi)發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，誰(shuí)就掌握了世紀海洋戰略發(fā)展的主動(dòng)權。

　　拉曼光譜技術(shù)是一種可以對海洋資源進(jìn)行原位探測的分析技術(shù)，是一種可以提供分子指紋譜的技術(shù)，與紅外光譜不同，拉曼光譜可以直接對水溶液中的物質(zhì)進(jìn)行直接測量，因此可以對處于海水條件下的物質(zhì)進(jìn)行原位、準確的測定：拉曼光譜可以對深海海水水文環(huán)境進(jìn)行分析，例如分析海水中甲烷水合物的形成和分布，深海中生物物種，海洋中二氧化碳等大氣溶解情況，各種鹽類(lèi)物質(zhì)例如硫酸鹽等濃度進(jìn)行分析，也可以通過(guò)水的拉曼峰來(lái)分析深海海水的大致存在狀態(tài)。拉曼光譜可以對礦藏，例如錳結核等進(jìn)行原位分析，也可以對深海中的火山口、海底的巖石成分進(jìn)行分析，從而對其地質(zhì)成因，礦藏等進(jìn)行分析。在采礦作業(yè)過(guò)程中，可以利用拉曼光譜對樣品進(jìn)行前期的篩選。深海拉曼光譜儀器一直以來(lái)是深海資源探測領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)，國內外許多研究團隊都投入了大量的資源。

　　然而，目前應用于海洋和深海探測的拉曼光譜儀大多以長(cháng)波長(cháng)激光，其本征拉曼散射較弱。另外，海洋環(huán)境中存在的大量的葉綠素II和生物碎片等在可見(jiàn)區存在極強的干擾，這些物質(zhì)會(huì )吸附到一些礦物的表面，其激發(fā)的熒光嚴重干擾拉曼信號的獲取，大大限制了拉曼光譜在海洋研究中的應用。

　　早在1998年，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦研究員帶領(lǐng)的團隊研制了國內臺具有自主知識產(chǎn)權的紫外拉曼光譜儀，并成功的將該技術(shù)應用于材料研究中，解決了拉曼光譜研究材料中長(cháng)期存在的熒光干擾難題。利用紫外拉曼光譜儀結合共振拉曼光譜技術(shù)，李燦團隊在國際上鑒定了固體材料中低含量過(guò)渡金屬活性中心(<1%)；利用原位紫外拉曼光譜技術(shù)在國際上實(shí)現了模擬海底水熱條件下分子篩材料合成過(guò)程的原位紫外拉曼光譜研究，檢測到了水熱條件下對分子篩材料形成起到關(guān)鍵作用的中間物種。這些工作先后獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎和國家自然科學(xué)二等獎，并在國際上引起了廣泛的關(guān)注，同時(shí)也表明，紫外拉曼光譜可以大大提高拉曼信號的檢測靈敏度，避開(kāi)熒光的干擾，并且在高溫高壓水相體系的研究中顯示出了巨大的優(yōu)勢。在此基礎上，將紫外拉曼光譜技術(shù)引入到深海海底進(jìn)行探測，是目前世界上尚未見(jiàn)報道的嘗試，因此不僅在科學(xué)意義上，更是在高端儀器研制方面是一種創(chuàng )舉。

　　然而，激發(fā)光越到紫外區對于光柵分光要求越高，所需的光譜儀尺寸就越大。而深海探測要求所帶儀器越小越好，如何將紫外拉曼光譜儀的分光系統縮小到一個(gè)筆記本大小是研發(fā)團隊首先面臨的問(wèn)題。另外，深海條件下，光譜儀面臨高壓(約700個(gè)大氣壓)和頻繁著(zhù)陸沖擊等極端條件，對光譜儀的性能提出了苛刻的要求。李燦院士團隊的范峰滔研究員、黃保坤高工等通過(guò)科學(xué)設計，反復驗證，采用折疊反射鏡、光纖軟連接以及同軸反射鏡等一系列技術(shù)，歷經(jīng)三年的攻關(guān)，研發(fā)成功滿(mǎn)足深海極端條件應用的紫外拉曼光譜儀器，并與三亞深海所工程人員完成了光譜儀應用的工程化。此次的海試驗證成功，表明我國從此可以對全世界99%以上海域進(jìn)行分子光譜探測，為我國深海礦藏和能源資源的開(kāi)發(fā)、海洋科學(xué)研究提供利器，將為實(shí)施我國海洋強國戰略做出貢獻。

　　編輯點(diǎn)評：

　　我們的星球超過(guò)一半的區域被2000米以上的深海海水所覆蓋，深海中的海洋資源大多還未被發(fā)現。拉曼光譜技術(shù)是一種可以對海洋資源進(jìn)行原位探測的分析技術(shù)，我國的深海裝備拉曼光譜儀創(chuàng )造了最高深海探測紀錄，這將為我國深海礦藏和能源資源的開(kāi)發(fā)、海洋科學(xué)研究做出貢獻。

(原標題：我國深海裝備創(chuàng )造拉曼光譜儀最高深海探測紀錄)

（來(lái)源：央廣網(wǎng)）

文章鏈接：中國化工儀器網(wǎng) http://www.chem17.com/news/detail/110987.html