基于TDLAS技术的海水中溶存CO_(2)原位测量实验研究

作     者：杜保鲁 李萌 郭金家 张志浩 叶旺全 郑荣儿 DU Bao-lu;LI Meng;GUO Jin-jia;ZHANG Zhi-hao;YE Wang-quan;ZHENG Rong-er

作者机构：中国海洋大学信息科学与工程学院山东青岛266100 

基　　金：国家自然科学基金重大科研仪器研制项目(41527901) 山东省重大科技创新工程项目(20195ZZY010417) 中央高校基本科研业务费(201962003)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2022年第42卷第4期

页      码：1264-1269页

摘      要：海洋与大气交换的CO_(2)通量是研究海-气之间碳循环过程及海洋酸化问题的重要指标,其估算方法主要依赖于海水中CO_(2)的测量。可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)作为一种常用的气体浓度检测技术,因其具有较好的环境适应性、选择性和较高的灵敏度,亦可发挥出水中溶存气体原位测量的潜力。为验证将TDLAS技术应用到海洋中溶存CO_(2)原位探测的可行性,将渗透膜脱气技术与实验室研发的TDLAS气体探测样机相结合,实现了海水中溶存CO_(2)的原位探测。为适应水下的复杂环境,样机整体被设计为铝合金密封舱结构,具有良好的密封性、耐压性与耐腐蚀性。激光光源采用中心波数位于4 990 cm^(-1)的DFB激光器,其波数扫描范围为4 992~4 994.5 cm^(-1),可覆盖CO_(2)在4 992.51和4 993.74 cm^(-1)的相邻两条吸收谱线。渗透膜采用具有优秀耐压性与透气性的Teflon AF-2400 X,可满足样机在深水区长期探测的目的。为兼顾较高探测灵敏度与较快响应速率双重指标要求,样机采用了一种小型化多次反射式气体吸收池,有效吸收光程可达8 m,内部仅需气体量24 mL,具有良好的吸收特性。在实验室对样机进行校正实验,使用样机对5种不同浓度(202.8×10^(-6),503×10^(-6),802×10^(-6),1 006×10^(-6)和2 019×10^(-6))的标准CO_(2)气体进行测量,测量值与实际值的线性相关度R^(2)高达99.94%,最大相对误差小于8%,减小了样机误差对测量值的影响。为评估样机长时间工作的稳定性,使用样机对浓度为802×10^(-6)的标准CO_(2)气体进行了30 min的连续测量,平均测量浓度为802.6×10^(-6),其波动范围仅为10×10^(-6),样机精度约为0.5%,可满足水中溶存气体探测的要求。选取水深3米的近海码头进行试验,成功获得了24 h水中CO_(2)的典型吸收光谱及浓度时间序列测量结果,验证了样机水下工作的能力与稳定性。通过在东海海域五处不同深度的区域进行现场试验,成功获取溶存CO_(2)的典型吸收光谱,证明了结合渗透膜脱气技术的TDLAS探测样机在30 m以浅水域的工作适应性。

主 题 词：溶存CO_(2)气体 可调谐半导体激光吸收光谱 渗透膜 原位测量 

学科分类：080901[080901] 0809[工学-计算机类] 08[工学] 080401[080401] 0804[工学-材料学] 0803[工学-仪器类] 0713[0713] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2022)04-1264-06

馆 藏 号：203109600...