模拟深海环境下热液气体的拉曼光谱实验研究
对海底热液物质的探测与研究，是近几十年海洋地质调查研究的重要内容。激光拉曼光谱(LaserRamanSpectrometry)技术能够原位、实时、连续探测海底目标物。我国“十一五”科技攻关计划中作为目标导向类课题“深海原位激光拉曼系统”得到重点立项。本论文立足于该课题的研究，在实验室搭建激光拉曼光谱系统同时利用高温高压实验平台，探测了深海热液区主要气体成分水溶液的拉曼光谱；研究了CO2、CH4、C2H6和C3H8水溶液的拉曼特征峰；得到了各水溶液气体在不同温度及压力下的拉曼特征峰及其变化规律；采用高斯拟合、多项式拟合、线性拟合等多种方法处理低信噪比的复杂拉曼光谱数据，为深海环境下应用激光拉曼技术反演物质成分及环境信息提供参考。
本文在实验室中搭建由激发波长532nm的Nd:YAG激光器，单光栅光谱仪和CCD组成的激光拉曼光谱系统，利用高温高压平台模拟深海热液口环境(最高压力40MPa，最高温度350℃)，对深海热液区的主要成分CO2、CH4、C2H6和C3H8及部分混合物的水溶液在不同压力和温度条件下的拉曼光谱进行探测和分析，结果显示：常温40MPa压力下CO2水溶液的Fermi双峰分别位于1384.9cm-1和1278.3cm-1处，CH4的水溶液拉曼峰v1位于2912.1cm-1处，C2H6有三个拉曼特征峰，分别对应于v3(C-C伸缩振动)997.4cm-1，v1(CH3对称伸缩振动)2893.7cm-1和2v11(CH3扭曲伸缩振动)2950.4cm-1；而C3H8结构最复杂拉曼峰也最多，本文得到C3H8的四个拉曼特征峰，分别位于908.6cm-1(C-C伸缩振动)，2835.5、2882.8和2960.8cm-1(C-H伸缩振动)，均比其气相的拉曼频移低3～8cm-1；常温下，由于水分子的影响各自水溶液的拉曼特征峰随压力(≤40MPa)的变化均无明显移动；在40MPa的压力下随着温度的升高(≤350℃)，CO2水溶液的Fermi双峰分别向高波数区移动了约3.4cm-1和7.0cm-1，而CH4水溶液的拉曼峰v1向低波数区移动了约3.1cm-1，C2H6和C3H8水溶液的拉曼特征峰也均向低波数区有不同程度的移动；在CO2和CH4混合水溶液升温过程中CO2的双峰分别向高波数区移动了约4.3cm-1和3.8cm-1，CH4的特征峰v1向低波数区移动了4.5cm-1。对其进行线性拟合，相关系数R>0.83说明在室温到350℃范围内温度的变化对其水溶液拉曼频移有影响，频移量与温度线性相关。
海底热液物质;拉曼光谱实验;海洋地质调查;模拟深海环境
中国海洋大学
硕士
光学工程
马君
2009
中文
P736
57
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）