作者:王敏 来源:中国科学报 发布时间:2024/4/17 17:24:46
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新突破!水中甲烷检测灵敏度提升500多倍

 

近期,中国科学院合肥物质科学研究院智能所研究员陈池来团队在深海探测领域取得新突破——在前期深海质谱研究基础上,将水体溶解甲烷检测灵敏度提升500多倍,达到海洋及湖泊本底溶解甲烷检测水平,实现了从溶解甲烷异常事件监测到背景甲烷长期监测的跨越。相关技术已申请国家发明专利,研究成果日前发表于学术期刊《塔兰塔》。

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“智微号”深海质谱仪搭乘中继器开展海试作业。中国科学院合肥物质院智能所供图

甲烷作为仅次于二氧化碳的第二大温室气体,其排放对全球气候变化具有重要影响。每年从海洋、湖泊等水生态系统中排放的甲烷占全球总量的约53%,因此,有效监测海洋甲烷向大气的排放通量至关重要。此外,甲烷还是天然气水合物的主要成分,这种新型清洁能源被视为21世纪最具潜力的能源之一。因此,海洋甲烷监测对于海洋环境感知、甲烷异常区域发现、海洋能源勘探、海洋科学研究等均具有重要价值。

由于海洋中的甲烷浓度低、变化大等特点,当前对海洋溶解甲烷的检测数据仍然很少,对海洋甲烷通量的估计还存在很大的不确定性。深海质谱仪是实现海洋溶解气快速检测的重要海洋装备,因其检测灵敏度有限,也只能对特定区域或异常事件进行检测。

2023年,陈池来团队研制出一款名为“智微号”深海质谱仪,并在南海某海域成功完成多次海试,获得了海洋廓线重要溶解气信息。在前期工作基础上,为进一步提高检测灵敏度,团队针对样本水气高、检测仪器空间有限等问题,研制出小体积、低功耗的在线除水系统,同时优化进样气路设计,成功将其集成安装于智微号深海质谱仪中。这一改进在维持目标检测气体高渗透通量的同时,将质谱仪的真空度提升超过2个数量级,对甲烷的检测限从高于16纳摩/升降低至0.03纳摩/升,提升了超过500倍,达到深海及湖泊等水域甲烷本底信号检测的水平,有望实现海洋溶解甲烷的无差别监测。

据了解,研究团队下一步将基于该技术开展大空间、宽时间范围内本底甲烷的原位检测研究,以及H2、He等有指向性的极低浓度气体原位检测研究。该研究工作为进一步实现甲烷通量计算、全球气候研究、羽流寻迹、冷泉发现等提供了重要技术基础。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.125907

 
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