青岛日报社/观海新闻11月24日讯 近日，中科院海洋所的研究论文《基于着陆器的深海多通道拉曼光谱探测系统的研发与应用》在国际学术期刊发表，标志着我国成功研制出国际首套多通道深海拉曼光谱探测系统，可以实现热液、冷泉等深海极端环境中流体、固体、气体等不同相态目标物的长期原位监测和实验，大大加快深海探测研究进程。
拉曼光谱探测是开展深海原位探测的重要技术手段。2015年以来，海洋所突破技术难点，自主研发出国际首台耐高温（450℃）拉曼光谱探针并实现常态化应用，取得了一系列重大成果。例如，首次在南海发现裸露在海底的可燃冰，在深海热液区发现自然状态下存在超临界二氧化碳和气态水，发现全球深海沉积物中甲烷被低估20倍……“随着对深海热液和冷泉系统研究的深入，我们也逐渐认识到已有的拉曼光谱探测是短期瞬时且相对独立的，难以捕捉不同目标之间的动态规律和内在联系。因此，我们开始研发多通道拉曼光谱探测系统。”论文通讯作者、中科院海洋所研究员张鑫说。
中科院海洋所此前研发的拉曼光谱探测探针，主要搭载在“发现”号、“海星6000”等缆控机器人进行应用。而本次研发的多通道拉曼光谱探测系统，则是将多个探针固定在深海坐底长期观测系统（深海着陆器）上，如同建立了海底实验室一样，因此可以实现长期原位监测和实验。“这个系统最大的不同，除了可以开展更长期的海底实验外，还实现了‘多通道’的监测。” 张鑫介绍，所谓多通道，就是不同于以往只使用一个拉曼光谱探针，而是把多个拉曼光谱探针集中在一个系统里，可以“同时”进行多个监测或实验。这不仅极大提高了深海观测与实验效率，而且更精准研究深海变化规律。
“该系统有4个拉曼光谱探针，统一由深海着陆器提供电源供给并受其控制，通过光路切换技术，实现了4个探针的分时复用。” 张鑫解释“分时复用”概念时说，通过提前设置程序，深海着陆器可以控制每一个探针的工作时间、频次，这4个探针可以分别在不同场景开展高温热液喷口流体探测、低温冷泉喷口流体探测、天然气水合物现场实验、沉积物-海水界面探测实验，也可以全部针对某一个深海热液区不同位置的高、中、低温热液喷口流体进行长期监测，“如果各探针的监测时间间隔很短，那么就相当于在同时进行监测。”
“普通的拉曼光谱探针只能探测浓度很高的物质，这也是它的一个弱点。为此，我们和中科院物理所合作，成功研发出耐高压固态纳米材料，提升拉曼光谱探针灵敏度数千倍。” 张鑫补充说。
2020年，中科院海洋所开始提出多通道拉曼光谱探测系统的理念，并在当年海试中验证可行。2021年，完成原型机建造，并经海试验证可靠。今年，多通道拉曼光谱探测系统真正开始常态化科学应用，中科院海洋所科研人员利用该系统在我国南海北部的台西南冷泉区域成功建设了国际首套深海原位光谱实验室，并常态化运行。
“就像左轮手枪一样，以前的拉曼光谱探测系统只能一次发射一颗子弹，现在的多通道拉曼光谱探测系统则实现了连发。” 张鑫展望说，有了该系统的加持，深海原位光谱实验室已经初具雏形，我国深海探测研究将迈进新阶段。（青岛日报/观海新闻记者 李勋祥）
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