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我國科學(xué)家將氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)引入深海原位探測
2025年07月04日 14:13:57 來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：638

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所團隊研制出深海原位氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和色氨酸熒光傳感器，將氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)引入深海原位探測。

　　近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所耿旭輝研究員、丁坤高級工程師、關(guān)亞風(fēng)研究員團隊在深海原位探測儀器和傳感器研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，研制出深海原位氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和色氨酸熒光傳感器，將氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)技術(shù)引入深海原位探測，有望實現(xiàn)海水中溶解的揮發(fā)性有機物(VOCs)原位高精度定性定量分析。
 
　　前期，研究團隊已研發(fā)出深海原位氣相色譜儀用于深海海水中VOCs原位檢測，并在南海海域完成多次海試。在此基礎(chǔ)上，研究團隊通過引入小型四極桿質(zhì)譜與氣相色譜聯(lián)用，研制出深海原位GC-MS，突破了深海原位采樣-在線高效除水、廢氣固載等關(guān)鍵技術(shù)，并構(gòu)建了基于水-氣分離膜的濃度反演模型，實現(xiàn)了海水中VOCs的原位高精度定量分析。該儀器已在南海海域完成多次海試，最大工作深度達(dá)6000米，水下連續(xù)工作時間大于500小時，對海水中VOCs的檢測限低于1 mg/L，線性范圍超過3個數(shù)量級。
 
　　通過測量海洋中類色氨酸有機物的濃度，可以評估海洋碳循環(huán)、氮循環(huán)，還可以探測海洋中的生命活動。目前，商品化的海洋色氨酸熒光傳感器多采用斜入射式光路結(jié)構(gòu)，檢測靈敏度較低，易受環(huán)境光影響或阻礙測量區(qū)域內(nèi)海水流動。
 
　　在前期研制的小型熒光檢測模塊工作基礎(chǔ)上，團隊開發(fā)了深海原位色氨酸熒光傳感器。團隊通過設(shè)計粗腰束同軸激發(fā)光路，同時提高了激發(fā)光通量、熒光收集通量、檢測靈敏度，并降低了顆粒物對測量產(chǎn)生的干擾。此外，團隊設(shè)計了側(cè)面開口式遮光帽，有效遮擋環(huán)境光的同時還減少了對檢測區(qū)域內(nèi)水流交換的阻礙，定光程設(shè)計提高了標(biāo)定和測量精度。該深海原位色氨酸熒光傳感器對色氨酸檢測限達(dá)到7.8 ng/L，平均功耗1.2 W，最大工作深度11000米。
 
　　該傳感器已分別搭載在中國科學(xué)院沈陽自動化研究所和中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所的水下平臺上開展海試，在南海海馬冷泉區(qū)測量到明顯的色氨酸信號抬升；在菲律賓海溝最大潛深7731 m，監(jiān)測到了菲律賓海溝剖面特有的“雙峰”現(xiàn)象，并于5300米海底總工作時長超過60天，表明其具有優(yōu)良的長期連續(xù)在深海海底工作的穩(wěn)定性。
 
　　目前，相關(guān)成果分別以“Underwater Gas Chromatograph-Quadrupole Mass Spectrometer for in situ analysis of VOCs in deep sea”為題，發(fā)表在《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)上；以“A full-ocean depth in situ tryptophan-like organic matter fluorescence sensor with highly robust and low limit of detection”為題，發(fā)表在《傳感器與執(zhí)行器：B 化學(xué)》(Sensors and Actuators B: Chemical)上。
 
　　資料來源：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
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