我國(guó)深海裝備創(chuàng)造拉曼光譜最高深海探測(cè)紀(jì)錄，該儀器的成功研發(fā)將提升我國(guó)在深海礦藏、能源資源(天然氣水合物)、碳循環(huán)與氣候變化以及深海生物信息方面的探測(cè)能力。

　　4月12日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所告知，2017年3月下旬，中國(guó)科學(xué)院深淵科考隊(duì)赴馬里亞納海溝海域執(zhí)行中科院戰(zhàn)略性B類先導(dǎo)專項(xiàng)“海斗深淵前沿科技問(wèn)題研究與攻關(guān)”和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深海關(guān)鍵技術(shù)與裝備”重點(diǎn)專項(xiàng)等科技任務(wù)，使用原位實(shí)驗(yàn)號(hào)、萬(wàn)泉號(hào)、天涯號(hào)深淵著陸器對(duì)我國(guó)自主研發(fā)的一系列深海裝備進(jìn)行了成功的試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，其中包括我國(guó)首次獲得成功的7千米級(jí)紫外激光拉曼光譜儀。該光譜儀是國(guó)際上首次進(jìn)行深海探測(cè)的紫外激光拉曼光譜儀，也創(chuàng)造了拉曼光譜儀最高深海探測(cè)紀(jì)錄(7449米)。

　　我們的星球超過(guò)一半的區(qū)域被2000米以上的深海海水所覆蓋。深海海底不但蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣、天然氣水合物、金屬結(jié)核、熱液和硫化物等礦產(chǎn)資源，還存在著極端生命現(xiàn)象(深海生物基因資源)，這些資源具有重大的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略價(jià)值。隨著陸地能源的日趨緊張，深海探測(cè)與資源開(kāi)發(fā)技術(shù)在海洋環(huán)境研究和深海資源的開(kāi)發(fā)進(jìn)程中發(fā)揮了不可替代的作用?？梢哉f(shuō)，誰(shuí)先掌握了深海調(diào)查探測(cè)與資源開(kāi)發(fā)的先進(jìn)技術(shù)，誰(shuí)就掌握了世紀(jì)海洋戰(zhàn)略發(fā)展的主動(dòng)權(quán)。

　　拉曼光譜技術(shù)是一種可以對(duì)海洋資源進(jìn)行原位探測(cè)的分析技術(shù)，是一種可以提供分子指紋譜的技術(shù)，與紅外光譜不同，拉曼光譜可以直接對(duì)水溶液中的物質(zhì)進(jìn)行直接測(cè)量，因此可以對(duì)處于海水條件下的物質(zhì)進(jìn)行原位、準(zhǔn)確的測(cè)定：拉曼光譜可以對(duì)深海海水水文環(huán)境進(jìn)行分析，例如分析海水中甲烷水合物的形成和分布，深海中生物物種，海洋中二氧化碳等大氣溶解情況，各種鹽類物質(zhì)例如硫酸鹽等濃度進(jìn)行分析，也可以通過(guò)水的拉曼峰來(lái)分析深海海水的大致存在狀態(tài)。拉曼光譜可以對(duì)礦藏，例如錳結(jié)核等進(jìn)行原位分析，也可以對(duì)深海中的火山口、海底的巖石成分進(jìn)行分析，從而對(duì)其地質(zhì)成因，礦藏等進(jìn)行分析。在采礦作業(yè)過(guò)程中，可以利用拉曼光譜對(duì)樣品進(jìn)行前期的篩選。深海拉曼光譜儀器一直以來(lái)是深海資源探測(cè)領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外許多研究團(tuán)隊(duì)都投入了大量的資源。

　　然而，目前應(yīng)用于海洋和深海探測(cè)的拉曼光譜儀大多以長(zhǎng)波長(zhǎng)激光，其本征拉曼散射較弱。另外，海洋環(huán)境中存在的大量的葉綠素II和生物碎片等在可見(jiàn)區(qū)存在極強(qiáng)的干擾，這些物質(zhì)會(huì)吸附到一些礦物的表面，其激發(fā)的熒光嚴(yán)重干擾拉曼信號(hào)的獲取，大大限制了拉曼光譜在海洋研究中的應(yīng)用。

　　早在1998年，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研制了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的紫外拉曼光譜儀，并成功的將該技術(shù)應(yīng)用于材料研究中，解決了拉曼光譜研究材料中長(zhǎng)期存在的熒光干擾難題。利用紫外拉曼光譜儀結(jié)合共振拉曼光譜技術(shù)，李燦團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次鑒定了固體材料中低含量過(guò)渡金屬活性中心(<1%)；利用原位紫外拉曼光譜技術(shù)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了模擬海底水熱條件下分子篩材料合成過(guò)程的原位紫外拉曼光譜研究，檢測(cè)到了水熱條件下對(duì)分子篩材料形成起到關(guān)鍵作用的中間物種。這些工作先后獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，并在國(guó)際上引起了廣泛的關(guān)注，同時(shí)也表明，紫外拉曼光譜可以大大提高拉曼信號(hào)的檢測(cè)靈敏度，避開(kāi)熒光的干擾，并且在高溫高壓水相體系的研究中顯示出了巨大的優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，將紫外拉曼光譜技術(shù)引入到深海海底進(jìn)行探測(cè)，是目前世界上尚未見(jiàn)報(bào)道的嘗試，因此不僅在科學(xué)意義上，更是在高端儀器研制方面是一種創(chuàng)舉。

　　然而，激發(fā)光越到紫外區(qū)對(duì)于光柵分光要求越高，所需的光譜儀尺寸就越大。而深海探測(cè)要求所帶儀器越小越好，如何將紫外拉曼光譜儀的分光系統(tǒng)縮小到一個(gè)筆記本大小是研發(fā)團(tuán)隊(duì)首先面臨的問(wèn)題。另外，深海條件下，光譜儀面臨高壓(約700個(gè)大氣壓)和頻繁著陸沖擊等極端條件，對(duì)光譜儀的性能提出了苛刻的要求。李燦院士團(tuán)隊(duì)的范峰滔研究員、黃保坤高工等通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)，反復(fù)驗(yàn)證，采用折疊反射鏡、光纖軟連接以及同軸反射鏡等一系列技術(shù)，歷經(jīng)三年的攻關(guān)，研發(fā)成功滿足深海極端條件應(yīng)用的紫外拉曼光譜儀器，并與三亞深海所工程人員完成了光譜儀應(yīng)用的工程化。此次的海試驗(yàn)證成功，表明我國(guó)從此可以對(duì)全世界99%以上海域進(jìn)行分子光譜探測(cè)，為我國(guó)深海礦藏和能源資源的開(kāi)發(fā)、海洋科學(xué)研究提供利器，將為實(shí)施我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略做出貢獻(xiàn)。