激光诱导击穿光谱技术应用于深海热液环境下金属离子检测的实验研究

对深海热液喷口等异常海洋环境进行实时、在线检测是目前海洋科学研究的一个热点问题。激光诱导击穿光谱技术（Laser Induced Breakdown Spectroscopy- - LIBS）在地球化学和环境检测领域已经被确定一种可行的分析技术，可实现对金属离子的原位、实时和连续探测。本项目拟对激光诱导击穿光谱技术应用于深海热液环境金属离子检测进行探索性研究，通过实验室搭建LIBS实验系统和高温高压光谱探测平台耦合，以深海热液口附近的富集元素Na、Ca、Mg、K和Mn为研究对象，模拟研究深海热液环境下温度和压力对水下金属离子LIBS光谱影响的实验研究，并比较分析单脉冲和双脉冲激发诱导等离子体的特性及物理机制，获得单脉冲和双脉冲激发系统对不同金属离子的检测限，综合评估LIBS技术的海洋应用潜力，从而促进LIBS作为海洋原位金属通量传感技术的应用发展。

激光诱导击穿光谱技术（Laser Induced Breakdown Spectroscopy——LIBS）在地球化学和环境检测领域已经被确定一种可行的分析技术，可实现对金属离子的原位、实时和连续探测。本项目通过激光诱导击穿光谱技术应用于深海热液环境金属离子探测的探索性研究，综合评估LIBS技术的海洋应用潜力。.围绕“模拟深海热液环境下金属离子探测实验研究”的课题目标，开展了“深海环境LIBS探测模拟平台搭建与目标物光谱数据库建立”、“不同压力环境下海水和金属离子水溶液的LIBS辐射特性研究”和“压力对激光诱导等离子体作用机制研究”等系列研究工作。研究结果支持了LIBS技术用于深海4000m以内原位探测的可行性。同时，针对LIBS技术应用于深海原位探测和定量分析的需求，还开展了一些探索性研究工作。主要研究内容和研究成果如下：.（1）深海环境LIBS探测模拟平台搭建与目标物光谱数据库建立.为了模拟深海环境下的LIBS探测实验研究，课题组搭建了深海环境LIBS探测模拟平台，并通过调研建立了深海热液区金属离子目标探测物的光谱数据库。.（2）不同压力环境下海水和金属离子水溶液的LIBS辐射特性研究.基于实验室搭建的深海环境LIBS探测模拟平台，以4000m深的天然海水为实验样品，模拟深海高压环境系统地研究了高压环境下海水的LIBS光谱特性。在不同压力条件下，研究了单一金属离子盐溶液的LIBS辐射特性研究。研究结果支持了LIBS技术用于深海4000m以内原位探测的可行性。相关结果在“Journal of Analytical Atomic Spectrometry”上发表。.（3）压力对激光诱导等离子体作用机制研究.通过不同压力条件下等离子体辐射谱线特征反演等离子体物理状态，研究等离子体自身特性及外界的高压环境对等离子体的作用机制。相关研究结果已经在“Applied Physics Express”上发表。.（4）针对深海LIBS原位探测和定量分析的探索性研究.针对深海热液原位探测和定量分析实际需求还开展了一些探索性研究。其中，“等离子体温度测算新方法探索”的相关研究结果已经在“Applied Spectroscopy”上发表；激光在水体中的传输衰减及其对水下LIBS原位探测的影响研究，发表SCI文章1篇；定量分析方法方面的研究，发表SCI文章1篇。