大气水同位素HDO激光外差光谱探测技术研究
基于红外TDLAS技术的高精度CO_(2)同位素检测系统的研制
第50卷第4期 V〇1.50 No.4红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年4月Apr. 2021基于红外T D L A S技术的高精度C02同位素检测系统的研制侯月S黄克谨\于冠一3,张鹏泉p(1.北京化工大学信息科学与技术学院，北京100029;2.杭州电子科技大学电子信息学院，浙江杭州310018;3.天津大学建筑学院，天津300〇72)摘要：对天然气分布监测，高精度地检测C02同位素是非常重要的。
采用可调谐二极管激光吸收 光谱（TDLAS)技术，通过13C02/12C02在4.3 urn处的吸收谱线，实现高精度C02同位素检测。
该检测 系统由工作在连续波模式下的中红外间带级联激光器（ICL)、长光程多通池（MPGC)和中红外碲镉汞 (MCT)探测器组成。
针对13(：02和12(：02两条吸收谱线强度受温度影响的问题,研制了 M PGC高精度 温度控制系统。
实验中，配置5种不同浓度的C02气体对检测系统进行标定，响应线性度可达0.999 6。
结果表明，当积分时间为92 s时，同位素检测精度低至0.013 996。
，具备实际应用价值。
关键词：红外气体检测；032同位素；中红外间带级联激光器；长光程多通池；中红外碲镉汞 探测器；高精度温度控制系统中图分类号：TM921.51 文献标志码：A DOI：10.3788/IRLA20200083Development on high precision C02 isotope measurement systembased on infrared TDLAS technologyHou Yue1,H uang Kejin1,Yu Guanyi3,Zhang Pengquan2*(1. College of Information Science & Technology, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China;2. School of Electronics and Information, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China;3. School of Architecture, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: For natu ral gas distribution m onitoring,it is very im portant to m easure th e C02isotope with high precision.In th is paper,th e tunable diode laser absorption spectrum(TDLAS)technology was adopted to realize th e high precision C02isotope m easurem ent through th e absorption spectrum lin e of13C02/12C02at4.3 |im.The m easurem ent system consisted of a m id-infrared in terban d cascade laser(ICL)operating in a continuous wave m ode,a long-path m ultipass cell(MPGC)and a m id-infrared m ercury cadm ium telluride(MCT)detector.Aiming a t th e problem th at th e intensity of13C02an d12C02absorption spectra was affected by th e tem perature,an MPGC high precision tem perature control system was developed.In th e experim ent,five C02gases of different concentrations were configured to calibrate th e m easurem ent system,and th e response linearity was up to0.999 6. The results show th at when th e integral tim e is92 s,th e isotope m easurem ent precision is as low as0.013 9%〇, which has practical application value.Key words: infrared gas detection;C02isotope;m id-infrared interban d cascade laser;long-path m ultipass cell;m id-infrared m ercury cadm ium telluride detector;high precision tem peraturecontrol system收稿日期:2020-11-03;修订日期:2020-12-26基金项目:国家自然科学基金(21878011)第4期第50卷天然气与煤、石油等传统能源相比，其作为替代 能源具有清洁、高效、储量丰富等特点>2]。
傅里叶变换红外光谱法测量大气中CO2和H2O的稳定同位素
时间尺度上对 ｃ （ ） ２ 和 Ｈｚ ０的同位 素数据进行分析 ， 得 到了水汽地 表蒸散 的氘 同位素 特征 盯。外场实验 的 结果证 明了开放光程 Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ系统长期测量环境 大气中稳定 同位素的潜力 。 关键词 光谱学 ；稳定 同位素 ； 傅里 叶变 换红外光谱 ； 二氧化碳 ； 水汽 ； 环 境大气
引 言
近年来 ，大气稳定 同位素 的测 量已经成为理 解其在碳循
环和水循环 中所 起作用 的一 个有 力 的工具［ １ ］ 。不 同的物理
动光谱 ，因此 可以用 中红外 光谱 较宽 的 转动一 振 动带来 确定
同位素的浓度 ， 例如傅里 叶变换红外（ Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ ） 光谱技 术 。 该技 术能在较宽的光谱波段 同时分析多个气体 样品 ， 并 且能用 同
文 献 标 识 码 ：Ａ Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — ２ ０ １ ７ — ０ ７
中图分类号 ： ＴＮ２ １ ９ ；０ ４ ３ ３
素的测量 ，因为在这个 波段 每个 同位 素 有其 自身 的转动一 振
技术 （ Ｉ ＲＭｓ ） 。 其 分析 精度 高 ，但分 析前 需 要对 大气 样 品进 行瓶采 集和前期处理 ，限制了分析样 品 的数 量和频 率 ，不适
合连续 和实时的外场测量 ［ ４ ’ ５ ３ 。近来 发展 的光谱 技术有 潜力 克服上 述 限 制 ，已经 出现 了 以多 种 光 谱 技 术 测 量 Ｃ （ ） ２和 Ｈｚ Ｏ的同位素 。 最早 出现的是非分散红ｆ ｉ ［ － （ Ｎ ＤＩ Ｒ ） 光谱技术 ，
收稿 日期 ：２ ０ １ ２ — １ ２ — １ ３ ．修订 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ３ — ０ ４
大气氚同位素示踪在环境科学中的应用
大气氚同位素示踪在环境科学中的应用大气氚同位素示踪在环境科学中被广泛应用，它是一种独特且有效的方法，用于追踪和研究地球大气中的水循环过程、气候变化以及人类活动对环境的影响。
本文将介绍大气氚同位素的来源、检测方法、应用范围以及在环境科学研究中的意义。
首先，我们来了解一下大气氚同位素的来源。
大气氚同位素主要来自于地球上的水源，例如海洋、湖泊、河流和地下水。
它在大气中以水蒸气的形式存在，并通过降水的方式重新进入到地球表面。
然而，由于大气层中的各种化学和物理过程，大气氚同位素的含量会发生变化。
其次，我们来探讨大气氚同位素的检测方法。
目前，常用的检测大气氚同位素的方法是利用质谱仪测量样品中的氚同位素含量。
通过收集大气中的降水样品，并加工处理后，可以获得样品中氚同位素的含量数据。
这种方法可以准确地测量氚同位素，并在环境科学研究中得到广泛应用。
大气氚同位素示踪在环境科学中的应用范围非常广泛。
一方面，它可以用于研究水循环过程。
例如，通过测量大气中的降水样品中的氚同位素含量，可以追踪水蒸气从海洋到内陆的传输过程，进一步了解水循环的动态变化。
另一方面，大气氚同位素也可以用于研究气候变化。
通过分析不同年份降水中的氚同位素含量，可以了解气候变化对水循环的影响，进而预测未来的气候趋势。
此外，大气氚同位素还可以用于研究人类活动对环境的影响。
例如，通过测量城市降水中的氚同位素含量，可以评估城市污染物的排放对环境的影响程度。
大气氚同位素示踪在环境科学研究中的意义重大。
首先，它可以提供关于水循环和气候变化的重要信息，有助于我们更好地了解地球的水资源和气候系统。
其次，大气氚同位素还可以用于监测和评估人类活动对环境的影响，为环境保护和可持续发展提供科学依据。
此外，大气氚同位素的研究还可以为气象学、物理学和地质学等学科的发展提供新的视角和方法。
总之，大气氚同位素示踪在环境科学中的应用具有重要的意义。
通过测量氚同位素的含量，我们可以追踪和研究水循环过程、气候变化以及人类活动对环境的影响。
用光学差分吸收光谱监测大气中污染气体浓度
用光学差分吸收光谱监测大气中污染气体浓度章江英;谢建平;明海;吴云霞;谢品华;刘文清【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2004(24)8【摘要】在实验室内模拟测量了实际大气中污染气体的差分吸收光谱(DOAS).本文在介绍差分吸收光谱技术同时,分析计算了污染气体的浓度.实验设计中被测气体为大气中的2种主要污染气体:工业锅炉的主要排放物SO2和机动车尾气的主要成分NO用氘灯作为光源测量其在紫外波段的特征吸收,并通过光纤束连接光栅光谱仪,由计算机自动采集和处理数据.【总页数】4页(P8-11)【作者】章江英;谢建平;明海;吴云霞;谢品华;刘文清【作者单位】中国科技大学,物理系,安徽,合肥,230026;中国科技大学,物理系,安徽,合肥,230026;中国科技大学,物理系,安徽,合肥,230026;中国科技大学,物理系,安徽,合肥,230026;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,安徽,合肥,230031;中国科学院,安徽光学精密机械研究所,安徽,合肥,230031【正文语种】中文【中图分类】O433.4【相关文献】1.差分吸收光谱技术在线监测污染气体浓度的温度补偿 [J], 邵理堂;汤光华;许传龙;王式民2.差分吸收光谱法(DOAS)测量污染气体浓度的实验研究 [J], 邵理堂;汤光华;许传龙;王式民3.差分光学吸收光谱法在线监测烟气中SO2浓度的非线性补偿研究 [J], 陆剑敏;邵理堂;汤光华;王式民4.基于差分光学吸收光谱技术的曹妃甸地区污染气体监测 [J], 王志刚;李少华;申伟;肖春艳;伍文祥5.北京限行期间大气污染物的差分光学吸收光谱监测与分析 [J], 朱燕舞;刘文清;谢品华;窦科;司福祺;李素文;张英华;秦敏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
水中氕、氘、氚同位素的分离技术研究现状
水中氕、氘、氚同位素的分离技术研究现状
施章宏;赵庆凯;陈长安
【期刊名称】《核化学与放射化学》
【年(卷),期】2024(46)2
【摘要】氢的同位素氕(H)、氘(D)和氚(T)在医疗、核能、国防等领域都有着广泛
的应用,特别是在碳达峰、碳中和的“双碳”背景下,采用氘氚核聚变能被认为是我
国的重要能源战略。
故实现氢同位素的有效分离具有极其重要意义,然而自然界中
氘和氚的相对丰度却极低,国内外学者相继开展了广泛的科学研究。
本文首先对水
中氢同位素分离的技术原理进行了概述;然后,从工程化应用角度,重点综述了电解法、精馏法和化学交换法;从实验室研发角度,重点综述了膜分离法和多孔材料吸附法。
最后,对几种典型技术的分离因子和能耗进行了对比分析,并展望了未来水中氢同位
素分离技术的发展趋势,以期为水中氢同位素的高效分离提供指导。
【总页数】16页(P85-99)
【作者】施章宏;赵庆凯;陈长安
【作者单位】中国工程物理研究院材料研究所
【正文语种】中文
【中图分类】X591
【相关文献】
Ni4.25Al0.75吸氕、氘、氚热力学同位素效应
2.钛吸氕、氘和氚的热力学同位素效应
3.载钯硅藻土吸氕/氘动力学同位素效应
4.钯合金膜分离器的氕氘分离系数测定
5.含氚氢同位素中少量氕的去除技术研究
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激光同位素光谱法测量水中氢氧同位素组成的实验室间比对研究
激光同位素光谱法测量水中氢氧同位素组成的实验室间比对研究蓝高勇;吴夏;杨会;唐伟;应启和;王华【摘要】激光同位素光谱分析方法是近些年使用较广泛的一种便捷、快速的测试稳定同位素组成的技术,能同时分析出水中δD、δ18O同位素组成,因其操作简单,检测效率高,体积小,野外现场测试携带方便,迅速在环境、地质、生态和能源等领域得到广泛应用,但是该测试分析方法尚没有相应的国家标准,测试结果得不到有效的溯源,在使用过程中缺乏规范和统一.为此,本文通过在全国范围内12家实验室选取8个比对水样(δD值在-189.1‰～-0.4‰内,δ18O值在-24.52‰～0.32‰内),利用激光同位素光谱法测试比对D/H和18O/16O值,探讨激光同位素光谱仪分析水中δD、δ18O值的准确度和精密度.测试结果表明:各个协作实验室数据准确、稳定,方法的重复性和再现性良好;激光光谱法测定的δD精密度为0.4‰(1σ-),δ18O精密度为0.05‰(1σ),与传统稳定同位素质谱的精度几乎一致,因此适用于常规水样中δD、δ18O测定,可以开展野外在线实时检测水中氢氧同位素组成.本研究为开展制定激光同位素光谱法测定环境液态水中δD、δ18O同位素组成标准方法的工作推广和应用提供了参考.%Laser Absorption Spectroscopy technology is a convenient and rapid method for the simultaneous determination of hydrogen and oxygen isotope ratios in environmental water samples.This method has been widely used in the environment,geology,ecology,and energy fields due to its simplicity,high detection efficiency,and portability.However,no national standards are available for this method and thus the analytical results are not traceable effectively.Moreover,the use of this method lacks norms and unity.In order to evaluate the accuracyand precision of the Laser Absorption Spectroscopy method for the determination of δD,δ18O,D/H and 18O/16O values of eight water samples (δD value of within-189.1‰--0.4‰,δ18O value of within-24.52‰-0.32‰),values were determined by 12 laboratories using optical cavity enhanced absorption spectroscopy.Data from each collaboration laboratory is accurate,stable,and reproducible.The precision value of δD is 0.4‰ (1σ) and δ18O is 0.05‰ (1σ),comparable to the trad itional mass spectrometry method.Therefore,the method is suitable for the on-line and real-time determination of hydrogen and oxygen isotope ratio in the field.This study provides a reference for the development and application of the standard method for d etermination of δD and δ18O isotopes in environmental water.【期刊名称】《岩矿测试》【年(卷),期】2017(036)005【总页数】8页(P460-467)【关键词】激光同位素光谱法;氢同位素;氧同位素;实验室比对;环境水样【作者】蓝高勇;吴夏;杨会;唐伟;应启和;王华【作者单位】国土资源部广西岩溶动力学重点实验室,中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004;国土资源部广西岩溶动力学重点实验室,中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004;国土资源部广西岩溶动力学重点实验室,中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004;国土资源部广西岩溶动力学重点实验室,中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004;国土资源部广西岩溶动力学重点实验室,中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004;国土资源部广西岩溶动力学重点实验室,中国地质科学院岩溶地质研究所,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】O657.38;O613.2;O613.3氢氧同位素示踪技术可以识别和量化水分来源、揭示水循环演化过程及形成机理，可在降水—地表水—地下水相互作用、土壤—植物—大气水分循环、古气候演变、岩溶形成机理、生物地球化学循环过程等方面发挥重要的作用，是研究水循环与水系统研究的重要手段之一。
中红外波段大气碳同位素激光吸收光谱研究
循 Ｃ Ｏ ｚ 和” Ｃ ０２同位素分子吸收谱线特征 和同位 素分 子谱 线选 择原 则的基础上 ， 确定 了合适 的激光器输 出 波长 。 结合光程 ３ ９ ０ ． ３ ｍ 的新型多次反射池 ， 实现 了大气 中 Ｃ ０２ 分子的 ”ｃ同位 素丰度探测 。
关键词 激光吸收光谱 ；多次 反射 池 ； 碳 同位素探测 ； 中红外 Ｄ Ｆ Ｂ激光器 文献标识码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ４ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ － ０ ５ ９ ３ （ ２ ０ １ ７ ） １ １ — ３ ３ ６ ５ — ０ ５ 得 到大范围的推广应用 。激 光吸 收光谱技 术具有 高灵敏 度 、
中红 外 波段 大气 碳 同位 素激 光 吸收光 谱研 究
夏 滑 ， 董凤 忠 ， 韩 荦 ， 吴 边 ， 孙鹏 帅 。 ， 张志荣 ， 崔小娟
１ ．中国科学 院安徽光学精密机械研究所 ， 安徽省光 电子器件与材料重点实验室 ， 安徽 合肥
２ ．中国科学技术大学 ，安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ２ ６
收线实 现气体浓 度的快速探测 ， 避免其他气体对测 量结果 的 干扰Ｉ ５ ］ 。与长光程技术结合 ， ＴＤ Ｌ ＡＳ系统的探测性 能得 到 明显 的提高［ ７ ８ Ｊ ， 有 利 于探测 大气 中重 同位 素分子 含量 ，实 现气体 分子同位 素丰度的实时探测 ， 用于分析 温室气体污染
第３ ７ 卷， 第１ １ 期 ２ ０ １ ７年 １ １月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ ｏ １ ． ３ ７ ， Ｎ ｏ ． １ １ ， ｐ ｐ ３ ３ ６ ５ — ３ ３ ６ ９
Ｎｏ ｖ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ，２ ０ １ ７
基于中红外差频激光测量水汽分子同位素丰度
基于中红外差频激光测量水汽分子同位素丰度王竹青;王欢;曹振松;袁怿谦;张为俊;龚知本;高晓明【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2009(029)012【摘要】稳定同位素比值的测量在地质学、气象学和地球科学的研究中具有蕈要的应用价值.水汽同位素丰度的测量对理解与干旱相关的同温层大气科学具有重要的意义.水汽分子在2.7 μm附近具有较强的吸收,适宜于高灵敏度光谱的测量.文章报道了利用差频技术(Difference frequency generation)和准相位匹配技术(Quasi-phase matching),将调}皆范围在750～840 nm之间的连续可调谐钛宝石激光器和单频连续的Nd:YAG敫光器,耦合到周期性极化铌酸锂非线性光学晶体中,产生2.5～4 μn波段的中红外可调谐激光.选择周期为20μm的PPLN品体,产生2.7 μm附近的中红外差频激光,利用差频产生的中红外激光光源,具有窄线宽、宽调谐等优点.结合光程为100 m的Herriott型多通吸收池,采用直接吸收光谱方法测量了实验窒大气中的水汽分子同位素,得到了同位素比值R及~(17)O,~(18)O,D 的丰度值δ,实验所测R值与国际标准具有很好的一致性.%Stable-isotope ratio analysis of water is an important tool for geology, meteorology, and earth sciences. Measure-ments of water vapor isotopes are very helpful to explaining stratospheric aridity and related issues in atmospheric sciences. The absorption of water vapor near 2. 7μm is very strong so it is suitable for measuring high sensitivity spectra. Based on difference frequency generation and quasi-phase matching, by mixing an Nd : YAG laser with Ti : Sapphire tunable from 750 to 840 nm in a 50 mm long periodically poledlithium niobate (PPLN) crystal, a widely tunable CW laser source was generated for the mid-in-frared spectral range from 2.5 to 4 μm. We chose A = 20 μm for PPLN crystal, the generated laser was around 2. 7 μm. This laser is widely tunable and of inherent narrow linewidth based on difference-frequency generation. Using this idler laser and 100 m multi-pass cell, and direct absorption the water vapor isotopes were measured in the laboratory air. The authors measured iso-topes ratios and δ~(17)O,δ~(18)O and δD. The values were found to be in excellent agreement with the standard value for three individ-ual lines.【总页数】4页(P3271-3274)【作者】王竹青;王欢;曹振松;袁怿谦;张为俊;龚知本;高晓明【作者单位】中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学实验室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学实验室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学实验室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学实验室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学实验室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所大气光学实验室,安徽合肥,230031;中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光谱学研究室,安徽合肥,230031【正文语种】中文【中图分类】O433.5【相关文献】1.中红外差频光源应用于实际大气水汽浓度测量 [J], 邓伦华;高晓明;曹振松;袁怿谦;张为俊;龚知本2.基于GaSe差频产生8～19μm可调中红外辐射 [J], 李建松;姚建铨;徐小燕;钟凯;徐德刚;王鹏3.基于MgO∶PPLN晶体差频产生的宽调谐中红外连续激光光源 [J], 张泽宇;朱国申;汪伟;段弢;杨松;郝强;韩彪;谢小平;曾和平4.基于差频中红外激光的痕量气体高分辨光谱检测研究 [J], 陈东;张伯昆;胡燮;刘文清;张玉钧5.差频产生中红外光源及甲烷气体光谱检测 [J], 戴峰;常建华;房久龙;唐安庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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大气水同位素HDO激光外差光谱探测技术研究
刘笑海;薛正跃;李竣;王贵师;刘锟;高晓明;谈图
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2022(51)4
【摘要】报道了利用自研高精度太阳追踪仪,建立了一套全光纤式激光外差光谱仪系统,对合肥科学岛(31.9°N,117.2°E)地区进行了实时大气光谱探测,在近红外波段(6437~6441 cm^(-1))得到了水同位素HDO分子的激光外差光谱信号。
同时对吸收光谱进行了波长定标和离散标准化,得到了信噪比为46、光谱分辨率为
0.0196 cm^(-1)的HDO整层大气透过率谱,并利用最优估计算法反演计算出HDO对流层的垂直浓度廓线。
本文研究表明激光外差技术可以用于大气水汽同位素HDO的探测技术研究,为大气水汽同位素HDO的探测提供了新手段、新方法。
【总页数】8页(P201-208)
【作者】刘笑海;薛正跃;李竣;王贵师;刘锟;高晓明;谈图
【作者单位】中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所;中国科学技术大学
【正文语种】中文
【中图分类】TN216
【相关文献】
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2.利用空间外差光谱技术进行紫外高分辨率大气散射信号探测
3.全光纤双通道大气温室气体激光外差光谱探测技术研
究4.空间外差光谱技术及其在大气遥感探测中的应用5.基于激光外差探测的大气N_(2)O吸收光谱测量与廓线反演
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