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硫酸根拉曼频移用于深海热液温度探测的方法探讨席世川;张鑫;杜增丰;栾振东;李连福;王冰;梁政委;连超;阎军【摘要】作为一种典型的深海极端环境,热液区域不仅分布着各种硫化物矿产,而且孕育着特殊的生态群落,对热液流体理化性质的研究有助于深入了解热液的运动机制.激光拉曼光谱技术除了定性分析方面的优势外,已经被逐步用于定量分析,并且在原位探测中发挥了重要作用.该研究模拟了深海热液喷口流体的高温高压环境,探讨了水分子和硫酸根离子的拉曼光谱在热液流体温度探测中的应用价值.通过对水峰v1(H2O)、硫酸根v1(SO42-)的拉曼频移与温度、离子浓度的关系进行研究,结果表明水峰v1(H2O)和硫酸根v1(SO42-)的拉曼频移随温度表现出明显的变化,水峰v1 (H2O)的拉曼频移受流体硫酸根浓度的影响明显,因此不适用于硫酸根离子浓度变化明显的热液流体温度的测量.相比之下,v1(SO42-)的拉曼频移对流体硫酸根浓度和流体压力不敏感,为温度的反演提供了很好的依据.建立了v1(SO42-)的拉曼频移与温度的线性方程:R1(SO42-)=0.03T+980.69,其中,R2=0.998 6,可用于对深海热液喷口流体温度的原位探测等实际应用.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2018(038)011【总页数】5页(P3390-3394)【关键词】激光拉曼光谱;热液流体;硫酸根;温度【作者】席世川;张鑫;杜增丰;栾振东;李连福;王冰;梁政委;连超;阎军【作者单位】中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071;中国科学院大学,北京101408;中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071;青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室,山东青岛 266061;中国科学院大学,北京101408;中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071;中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071;中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071;中国科学院大学,北京101408;中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071;中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071;中国科学院大学,北京101408;中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071;中国科学院海洋研究所,中国科学院海洋地质与环境重点实验室,深海极端环境与生命过程研究中心,山东青岛266071【正文语种】中文【中图分类】O657.3引言硫酸根是海水的主要成分之一，大洋水体中的平均浓度约为28 mmol·L-1 [1]。
深海热液喷口流体中溶解气体的激光拉曼光谱原位定量分析深海热液喷口是地球上非常特殊的地质现象，其周围环境极端恶劣，水深可达数千米，水温高达几百度。
深海热液喷口中的流体中存在大量溶解气体，包括二氧化碳、氢气、硫化氢等等。
而这些溶解气体的成分和浓度对热液喷口中生物群落的分布和生存具有重要影响。
因此，对于深海热液喷口流体中溶解气体的激光拉曼光谱原位定量分析具有重要的科学意义。
激光拉曼光谱是一种基于物质散射光谱的光谱分析方法，通过激光照射样品，在照射光线中散射回来的光中，通过测量其频率偏移和强度变化，可以得到样品中的分子振动信息，从而准确定量分析样品中的成分和浓度。
与传统的化学分析方法相比，激光拉曼光谱具有非破坏性、高灵敏度、速度快、无需复杂的前处理等优点，尤其适用于原位分析。
在深海热液喷口流体中，溶解气体常常以气泡的形式存在，通过采用特殊的触采样器，可以将气泡带入拉曼光谱仪中进行原位分析。
首先，通过高分辨率的光学显微镜观察和控制气泡的抽取，使得分析气泡所在的环境不会受到显著干扰。
然后，将气泡进入光谱仪的探测区域，利用激光照射气泡并测量其散射光谱。
通过光谱分析，可以将散射光谱和已知标准光谱进行比对，从而准确确定气泡中各种溶解气体的成分和浓度。
在深海热液喷口流体中溶解气体的激光拉曼光谱原位定量分析面临一些挑战。
首先，水的存在对于光的传播和信号强度有很大影响。
对于这个问题，可以通过选择合适的激光波长和设计合适的测量系统来降低水的影响，或者通过使用散斑抑制器等技术来抑制散射光谱中的背景噪声。
其次，由于深海环境的极端条件，光谱设备需要具备防水、耐高压和耐高温等特性。
此外，还需要解决流体采样、保护、输送与控制等技术问题，以确保溶解气体样品的原位分析过程的准确性和可靠性。
在实际应用中，深海热液喷口流体中溶解气体的激光拉曼光谱原位定量分析可以为科学家提供宝贵的数据和信息，以深入理解深海热液喷口的化学和生物过程，探索地球生命的起源和进化。
小型水下连续激光拉曼光谱探测控制系统设计与实现的开题报告一、研究背景水下激光拉曼光谱技术是一种非常重要的分析水下环境中化合物的方法，具有高灵敏度、高分辨率、无需样品前处理等优点。
与传统的水下采样分析方法相比，激光拉曼光谱技术具有更高的准确性和效率，因此被广泛应用于海洋、湖泊等水化环境中的化学分析和监测。
目前，国内外已经有许多研究机构和企业进行了水下激光拉曼光谱仪的研发和应用。
但是，已有的水下激光拉曼光谱仪大多体积大、价格昂贵、操作复杂，难以满足小型水下航行器、遥控器等设备的需求。
因此，开发一种小型、低成本、易于操作的水下激光拉曼光谱探测控制系统对于水下环境研究具有重要意义。
二、研究目的与意义本研究的主要目的是设计和实现一个小型水下连续激光拉曼光谱探测控制系统，具体包括：1.设计和制作小型连续激光器和水下激光拉曼光谱探测器，并进行性能测试和优化。
2.设计和实现水下控制系统，实现对激光器和光谱探测器的远程控制和数据传输。
3.对系统进行实验和测试，验证系统的性能和可靠性。
本研究的意义在于：1.发展了一种小型、低成本、易于操作的水下激光拉曼光谱探测控制系统，可以满足小型水下航行器、遥控器等设备对于高精度、实时水下化学监测的需求。
2.丰富了水下化学监测技术的手段，拓展了水下化学监测的应用领域。
三、研究内容和方法1.设计与制作小型连续激光器：本研究采用半导体激光器作为激光源，进行小型化设计，制作连续激光器。
2.设计与制作水下激光拉曼光谱探测器：本研究采用光纤传输技术和光学滤波技术，实现水下激光拉曼光谱探测器的小型化设计和制作。
3.设计与实现水下控制系统：本研究采用单片机控制技术，设计并制作水下控制系统，实现对激光器和光谱探测器的远程控制和数据传输。
4.实验与测试：本研究将设计制作好的小型水下连续激光拉曼光谱探测控制系统进行实验和测试，验证其性能和可靠性。
五、预期成果1.设计与制作一套小型水下连续激光拉曼光谱探测控制系统。
拉曼-荧光联合光谱水下原位探测技术研究郭金家;张锋;刘春昊;李颖;郑荣儿【摘要】深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度,快速剧烈的混合和生物过程产生了多种多样的矿物过程,并培养了大量的化学合成微生物.激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测,然而要对矿物与微生物作用过程进行研究,还需要与荧光光谱技术进行联合,针对此需求开展了原理验证实验研究.在实验室搭建了一套拉曼-荧光联合光谱探测桌面系统,利用一台双波长激光器同时作为拉曼光谱和荧光光谱的激发光源,其中拉曼光谱采用532 nm波长,荧光光谱采用266 nm波长,双波长激光器发出的光束经分光镜分为两路,经过后向散射光路收集的两路信号分别进入两个小型光纤光谱仪进行分光探测,拉曼光谱采用QE65000光谱仪,荧光光谱采用USB2000光谱仪,通过软件可以方便的分别设置两个光谱仪的参数.利用搭建的实验系统对海水和拟菱形藻样品进行探测,分别获得了海水样品的SO2-4拉曼光谱和可溶性有机物(CDOM)荧光光谱,拟菱形藻样品的类胡萝卜素拉曼光谱和类蛋白、叶绿素等荧光光谱,实验结果证明了研制小型拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性,并为发展原位联合光谱探测装置提供了技术参考.%Great chemical and thermal gradient exists in deep sea hydrothermal vent environments,and rapid and turbulent mix-ing and biologic processes produce a multitude of diverse mineral phases and foster the growth of a variety of chemosynthetic mi-cro-organisms.Raman spectrometer system is well suited to mineral speciation measurements and has been successfully used for deep sea hydrothermal environments detection so far.However,to further understand the interaction between mineral and mi-crobial processes,a Raman system optimized for mineral identification thatincorporates a fluorescence for microbial processes is necessary.In this paper,a combined Raman-fluorescence spectroscopy prototype was presented and some preliminary results were obtained.In this prototype,a double wavelength laser was used as the same excitation source for both Raman spectroscopy and fluorescence which worked at 532 and 266 nm,respectively.The laser was splitted into two paths based on wavelength and illuminated on the sample.The produced Raman and fluorescence signals were collected by a back-scattering optical set-up and coupled into a QE65000 and an USB2000 optical fiber spectrometer,respectively.With this prototype,we measured seawater and pseudo-nitzschia samples and got Raman and fluorescence spectra simultaneously for both samples,including sulfate Raman and CDOM fluorescence spectra in seawater sample,carotenoid Raman,proteoid and chlorophyll fluorescence spectra in pseudo-nitzschia sample.The results proved the feasibility of developing a compact Raman-fluorescence combined system for underwater detection.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2017(037)010【总页数】4页(P3099-3102)【关键词】拉曼;荧光;联合光谱;水下原位;热液【作者】郭金家;张锋;刘春昊;李颖;郑荣儿【作者单位】中国海洋大学信息科学与工程学院,山东青岛 266100;中国海洋大学信息科学与工程学院,山东青岛 266100;中国海洋大学信息科学与工程学院,山东青岛 266100;中国海洋大学信息科学与工程学院,山东青岛 266100;中国海洋大学信息科学与工程学院,山东青岛 266100【正文语种】中文【中图分类】O433.4深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度，快速和剧烈的混合和生物过程产生了多种多样的矿物过程，并培养了大量的化学合成微生物。
激光拉曼光谱在海洋生态光学测量中的应用引言海洋是地球上最大的生态系统之一，其生态环境的研究对于了解地球上生物多样性和气候变化等具有重要意义。
随着科学技术的发展，越来越多的测量方法被应用于海洋生态研究中，其中激光拉曼光谱技术便是一项具有广阔应用前景的先进技术。
本文将探讨激光拉曼光谱在海洋生态光学测量中的应用，并分析其在海洋生态研究中的潜在优势及挑战。
激光拉曼光谱技术简介激光拉曼光谱技术是一种通过激光与材料相互作用而产生的拉曼散射光谱，可以用来分析材料的成分、结构和形态。
其原理是激光入射到样品上，与样品中分子发生相互作用，激发样品中的分子振动、转动或晶格振动。
这些振动所产生的拉曼散射光谱中，包含了样品的特征信息，通过光谱分析可以得到样品的成分及其特性。
激光拉曼光谱在海洋生态光学测量中的应用1. 生物多样性监测生物多样性是海洋生态系统中一个重要的指标。
传统的生物多样性监测方法包括采集海洋样品后进行分离、培养和鉴定等繁琐的步骤。
而激光拉曼光谱技术可以无损地测量样品中的生物分子，通过光谱图谱可以直接获取海洋生物的特征信息，如藻类、浮游动物、细菌等的种类及其丰度。
这为海洋生物多样性监测提供了一种高效、快速的方法。
2. 海洋光学特性研究海洋中的光学特性对于水质监测和生态环境研究具有重要意义。
传统的测量方法需要使用复杂的仪器和设备进行实地采样和实验分析，而激光拉曼光谱技术可以直接在海洋中进行无损、实时的测量。
通过测量海洋中不同波长的光强和光散射特性，可以获得有关水体中溶解有机物、悬浮颗粒物、藻类及其叶绿素含量等信息。
这些数据可以用于了解海洋生态系统的地理分布、动态变化以及不同时期的生态环境状况。
3. 环境污染监测海洋环境污染对于海洋生态系统的破坏和人类的健康都带来严重影响。
激光拉曼光谱技术可以用于快速、准确地检测海洋中的污染物。
例如，激光拉曼光谱技术可以检测油污染、塑料微粒、重金属等污染物，通过分析光谱特征可定量分析出其浓度。
自容式深海原位激光拉曼光谱系统的软件设计与实现的开题报告一、选题背景深海原位激光拉曼光谱系统是一种能够在深海环境下进行原位化学分析的仪器，使用激光激发样品，采集光谱信息，并通过数据处理算法进行化学成分分析。
该技术具有快速、无损、无需样品前处理等特点，被广泛应用于海洋科学、生物化学等领域。
然而，目前国内外深海原位激光拉曼光谱系统软件方面的研究还比较薄弱，存在着诸如数据处理效率低下、数据分析结果不准确等问题。
因此，本文拟通过对自容式深海原位激光拉曼光谱系统的软件设计与实现，实现对该系统的优化升级，提高其数据处理效率和分析准确性。
二、研究目的及意义本文旨在对自容式深海原位激光拉曼光谱系统进行软件设计和实现，实现对该系统的优化和升级，提升其数据处理效率和分析准确性。
具体来说，本研究的目标包括：1. 优化系统数据采集方式，提高数据采集效率；2. 设计并实现高效的数据处理算法，提高数据处理速度；3. 提供可视化界面，方便用户操作和数据分析；4. 优化系统算法，提高化学成分分析准确性。
该研究成果有助于改善现有自容式深海原位激光拉曼光谱系统的数据处理和分析问题，提高分析效率和准确性，为深海化学分析研究提供重要的技术支持和保障。
三、研究内容和方法本研究的主要内容和方法包括：1. 系统架构设计：对自容式深海原位激光拉曼光谱系统的整体系统结构进行设计，包括硬件模块、软件模块等。
2. 界面设计：设计基于用户体验的可视化操作界面，方便用户进行数据处理和分析。
3. 数据采集：设计并实现系统的数据采集模块，优化数据采集方式，提高数据采集效率。
4. 数据处理：研究系统的数据处理算法，设计高效的光谱数据处理算法，提高数据处理速度。
5. 算法优化：探究系统算法的局限性，开展相关算法优化工作，提高系统分析准确性。
研究方法包括理论分析和实验验证相结合的方法，通过对系统的数据获取和处理过程进行仿真和实验，评估算法的有效性和性能。
四、预期研究结果和创新点预期的研究结果包括：1. 设计并实现基于自容式深海原位激光拉曼光谱系统的软件系统；2. 优化数据采集方式，提高采集效率；3. 设计优良的数据处理算法，提高数据处理速度；4. 提供可视化界面，方便用户操作和数据分析；5. 优化算法，提高化学成分分析准确性。
海水阴离子溶液中水的激光拉曼光谱特性研究滕 达,郑 磊,祝传刚(海军潜艇学院航海观通系,山东青岛 266071)提要:本文对海水主要阴离子(SO 2-4、CO 2-3和HCO -3)水溶液中的水分子在温度变化下的拉曼散射特性进行了研究,探讨了水分子的振动模式随温度的变化规律和海水阴离子对水的影响。
结果显示:随着温度的升高,水的伸缩振动峰逐渐向高频方向移动,拟合特征峰A 1和A 2强度比值呈下降趋势,表明水分子之间的氢键作用不断减弱,其数量在减少;同种阳离子溶液中不同阴离子对水拉曼峰偏移量影响的强弱顺序为:SO 2-4>HCO -3>CO 2-3。
对探测识别海底热液口的原位物质成分具有重要的指导意义。
关键词:热液;拉曼;温度;氢键中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2010)04-0021-03Investigation of water in seawater -anions aqueous solutions by Laser Raman spectrometryTEN G Da,ZHENG Lei,Z HU Chuan Gang(Department of Observation and Communication,Navy Submari ne Academy,Qingdao,Shandong 266071,China)Abs tract:The inves ti gation of hydrothermal vents is the top topic of the marine geology study recentl y.This paper de tects spectra of sodium sul fate,s odium carbonate and sodium bicarbonate s oluti ons under a series of temperature.The Raman properties of water with temperature increasing and effects of s ome anions on Raman spectra of water are analyzed.The res ult s hows that Raman shi fts of oxyhydrogen bonds are moving to ward high wave number while temperature inc reasing and the intensi ties ratio bet ween two fi t peaks changes,which indicate the hydrogen bond effect is weakeni ng.Effects of anions on ani ons on Raman spectra ofwater are in following sequence:SO 2-4>HCO -3>CO 2-3.K ey words :hydrothermal vents;LRS;te mperature;oxyhydrogen bond收稿日期:2010-04-27作者简介:滕达(1982-),男,山东日照人,硕士,助教,主要从事遥感和海洋地质探测研究。
基于拉曼光谱的海水COD检测方法的研究吴国庆;赵伟光【摘要】海水的化学需氧量大小直接决定海水水质的污染程度,传统的紫外-可见光波段检测时荧光干扰较大,近红外光波段检测时,水分子红外吸收峰影响较严重.提出一种基于拉曼光谱的海水化学需氧量检测方法,以不同浓度的模拟海水样本为被测对象,确定特征拉曼位移为981.6 cm-1,对拉曼光谱预处理后,通过偏最小二乘法对拉曼光谱的相对强度与碱性高锰酸钾法检测得到的海水化学需氧量进行回归建模.实验结果显示,训练集和预测集相关系数达到0.99,验证集决定系数可达到0.9909,预测均方根误差为0.79mg/L.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2019(040)002【总页数】6页(P278-283)【关键词】拉曼光谱;化学需氧量;氧化还原;偏最小二乘【作者】吴国庆;赵伟光【作者单位】燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004;河北省特种光纤与光纤传感重点实验室,河北秦皇岛066004;燕山大学信息科学与工程学院,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】O657.3引言近几十年来，随着我国工业的发展，海洋污染日趋严重，使局部海域环境发生了很大的变化，海水的价值受到了影响，危害人体健康，对生态环境造成破坏。
因此，海洋水质的检测和监控就显得尤为重要。
化学需氧量(chemical oxygen demand,简称COD)作为衡量有机污染的综合指标之一，其检测的方法有很多。
目前，国内测定COD的标准方法包括高锰酸钾法和重铬酸钾法[1,12-13]，虽然国标法检测结果可靠准确，但是存在分析时间过长、容易造成二次污染等不足之处。
除上述检测方法外，还有库伦滴定法、分光光度法、臭氧法[15]等，但这些方法都存在着检测流程繁琐、检测时间长、容易二次污染等问题。
因此，急需找到一种便捷、快速、准确、无二次污染的COD检测方法。
光谱吸收法就成了近年来研究较多的COD检测方法，目前该技术主要有紫外吸收光谱法[2，14]、近红外吸收光谱法[3]、荧光光谱法[4，16]。
小型高灵敏度水下拉曼光谱系统刘庆省;郭金家;杨德旺;司赶上;郑荣儿【摘要】为了使水下拉曼光谱系统更加易于搭载和布放,并进一步提高其探测能力,研制了一套探头式的小型高灵敏度水下拉曼光谱系统并对其探测能力进行了评估.通过优化结构设计和严格的器件选型,系统的体积和重量得到了有效的控制,其主体舱尺寸为Φ260 mm×L795 mm,重量为548 N,仅为国际上报道的首台深海拉曼光谱系统(DORISS)质量的三分之一.将激光器从主体舱移至探头舱,有效避免了传统光学探头中激发光耦合进入光纤时产生的耦合损失以及激光在传输过程中引起的杂散光干扰.系统采用了300 mW能量可调激光器配合高衍射效率的体相位全息光栅和半导体制冷CCD,有效提高了探测灵敏度.实验结果表明,系统对于硫酸根的检测限在0.4 mmol·L -1以下,是DORISS探测能力的4倍,同时能够实现对水下矿石种类的原位鉴定.该深海拉曼光谱系统在海洋原位探测方面展现出了良好的应用前景.%In order to reduce the volume and weight of the underwater Raman system,and to improve its portability and detection sensitivity,a compact underwater Raman spectroscopy system with high sensitivity was developed and assessed.Through elaborate selection of components,a compact structural design was realized with both the weight and the volume well controlled.The size of the main body was kept at 795 mm in length and 260 mm in diameter,with a weight of 548 N,one third of the weight of reported DORISS(the first deep ocean Raman in-situ spectroscopy system).The laser was housed in the optical probe rather than in the main body,hence higher excitation efficiency was achieved with high power density.There are two advantages to put the laser head in theprobe.A desirable excitation power density could be obtained without the consumption of laser beam during transmission in fiber,and better signal to noise ratio could be achieved without the stray light raised by the interaction of laser and optical fiber.In addition,300 mW powered laser,efficient volume phase holographic grating and TEC cooled CCD detector were used to improve the system performance.The experimental results show that the LOD(limit of detection)of SO2 -4 was less than 0.4 mmol·L-1.It's about four times than the value achieved byDORISS.Meanwhile the system can be used to identify minerals.All above prove the system to be highly potential in ocean exploration.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2018(026)001【总页数】6页(P8-13)【关键词】拉曼光谱;水下原位探测;小型化;高灵敏度【作者】刘庆省;郭金家;杨德旺;司赶上;郑荣儿【作者单位】中国海洋大学光学光电子实验室,山东青岛266100;中国海洋大学光学光电子实验室,山东青岛266100;中国海洋大学光学光电子实验室,山东青岛266100;中国海洋大学光学光电子实验室,山东青岛266100;中国海洋大学光学光电子实验室,山东青岛266100【正文语种】中文【中图分类】TH744.1;O433.11 引言拉曼光谱技术在海洋探测和调查中具有非常显著的优势，适用于探测固体、液体[1-3]、气体等各种不同形态的物质，并能够实现多组分的同时探测，是海洋环境监测和资源探测的有力手段。
