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近期要闻

24小时上下分捕鱼电玩城团队将水下质谱对水中甲烷的检测灵敏度提升500多倍

有望实现海洋及湖泊甲烷背景监测及分布感知

来源:  | 时间:2024-04-12|  作者:王晗

  近期,中国科学院合肥物质科学研究院24小时上下分捕鱼电玩城陈池来研究员团队王晗等研究人员在水下溶解气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。

  监测海洋及湖泊甲烷具有重要意义。一方面,甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体, 每年从海洋、湖泊等水生态系统中排放的甲烷含量占全球甲烷排放总量的53%左右。有效监测海洋甲烷到地球大气甲烷的排放通量,可为全球海洋及气候变化、大气环境研究、碳排放计算等提供重要依据。另一方面,甲烷存在的主要形式之一是天然气水合物,被广泛认为是21世纪最具开发潜力的新型清洁能源,其储量是全球煤、石油和天然气总量的2倍。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。水下质谱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。

  陈池来研究员团队长期从事深海质谱、MEMS质谱等智能微系统技术研究。在相关项目及深海智能感知技术联合实验室(中国科学院合肥物质院与中国科学院深海所共建)支持下,2023年,团队联合深海所研制出了国内首台深海质谱仪(智微号水下质谱,ims-UMS)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(新闻链接:24小时上下分捕鱼电玩城团队研制出国内首套深海质谱仪并成功海试)。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;在维持目标检测气体高渗透通量的同时,将真空度提升超过2个数量级,对甲烷的检测限从高于16 nmol/L降低至0.03 nmol/L,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。工作得到了中国科学院A类先导专项“深海/深渊智能技术及海底原位科学实验站”等项目资助。相关技术已申请国家发明专利,研究成果发表于国际著名分析技术类Top期刊 Talanta上,王晗博士为第一作者,陈池来研究员为通信作者。(https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.125907

 

甲烷检测效果对比图

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