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基于高灵敏激光吸收光谱技术的稳定气态同位素测量及其应用(特邀)

Stable Gaseous Isotope Measurement Method Based on Highly Sensitive Laser Absorption Spectroscopy and Its Applications (Invited)

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摘要稳定同位素测量技术已经在地球化学、地球物理、农业、生物、临床医学和生态科学等领域得到了众多应用.相对于传统的稳定同位素分析方法,基于激光吸收光谱技术的同位素分析技术,作为一种较新的同位素丰度测量方法,具有选择性好、精度高、体积小、无需样品预处理、可以实时原位同时测量气体浓度及同位素丰度等众多优点,得到了极大的关注和使用.本文主要以目前同位素测量的可调谐半导体激光吸收光谱技术、积分腔吸收光谱技术、腔衰荡吸收光谱技术三种激光吸收光谱方法为例,阐述了其基本原理、谱线选择、温压影响因素及其控制、系统组成结构以及部分应用测试结果.通过对测量系统的压力与温度的稳定控制的前提下,选取了合适的同位素测量谱线对,实现了大气CO2气体的13C测量精度为0.3‰,煤层气CH4气体的13CH4测量精度为1.25‰,冰川水H2O中18O、17O和2H的测量精度分别为0.3‰、0.2‰和0.5‰,以及呼吸气体中的13CO2判识"金标准".通过分析验证了激光吸收光谱技术在同位素测量方面的可行性和可靠性,也充分说明了基于激光吸收光谱技术的测量方法具有非常好的技术优势,将是光谱研究领域关注的重点内容,并在后续的科学研究中占据举足轻重的作用.

作者张志荣 ^[1] 夏滑 ^[2] 孙鹏帅 ^[2] 余润磬 ^[3] 杨曦 ^[3] 林雨晴 ^[2] 吴边 ^[2] 庞涛 ^[2] 郭强 ^[2] 李哲 ^[4] 刘旭 ^[5] 蔡永军 ^[6] SIGRIST Markus W ^[7] CALSHAW Brain ^[8] 徐启铭 ^[9] 学术成果认领

作者单位中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所光子器件与材料安徽省重点实验室,合肥 230031;中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所中国科学院环境光学与技术重点实验室,合肥 230031;中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,合肥 230026;国防科技大学先进激光技术安徽省实验室,合肥 230026 ^[1] 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所光子器件与材料安徽省重点实验室,合肥 230031 ^[2] 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光机所光子器件与材料安徽省重点实验室,合肥 230031;中国科学技术大学环境科学与光电技术学院,合肥 230026 ^[3] 合肥师范学院物理与材料工程学院,合肥 230601 ^[4] 蚌埠学院电子与电气工程学院,蚌埠 233030 ^[5] 国家管网集团科学技术研究总院分公司,廊坊 065000 ^[6] 苏黎世联邦理工大学,量子电子学研究所,瑞士苏黎世CH-8093 ^[7] 思克莱德大学,电气与电子工程系,英国格拉斯哥G11XW ^[8] 台湾云林科技大学环境与安全卫生工程系,云林 64002 ^[9]

关键词气态同位素可调谐半导体激光吸收光谱技术积分腔吸收光谱技术腔衰荡吸收光谱技术

分类号 O433.1

栏目名称

“ 激光光谱前沿与技术”专辑

DOI 10.3788/gzxb20235203.0352108

发布时间 2023-04-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

基金项目

国家重点研发计划（Nos.2022YFB3207601）国家重点研发计划（2021YFB3201904）国家自然科学基金（Nos.11874364）国家自然科学基金（41877311）国家自然科学基金（42005107）安徽省重点研究与开发计划项目（No.202104i07020009）中国科学院合肥研究院火花基金（No.YZJJ2022QN02）