探海7449米的利器

    【科普小博士】

    日前，我国科学家在马里亚纳海沟海域对我国自主研发的一系列深海装备进行了试验和实际应用，其中包括我国首次获得成功的7000米级紫外激光拉曼光谱仪——这是国际上首次进行深海探测的紫外激光拉曼光谱仪，也创造了拉曼光谱仪最高深海探测纪录（7449米）。

    那么，深海紫外拉曼光谱仪究竟是什么神兵宝器呢？

    拉曼光谱技术可以对海洋资源进行原位探测，是一种可以提供分子指纹谱的技术。与红外光谱不同，拉曼光谱可以直接对水溶液中的物质进行测量，对处于海水条件下的物质进行原位、准确的测定。比如，拉曼光谱可以对深海海水水文环境进行分析，分析海水中甲烷水合物的形成和分布、深海中生物物种、海洋中二氧化碳大气溶解情况、各种盐类物质的浓度等。拉曼光谱还能对矿藏，例如锰结核等进行原位分析，也可以对深海中的火山口、海底的岩石成分进行分析。因此，在采矿作业过程中，往往利用拉曼光谱对样品进行前期的筛选。

    然而，目前应用于海洋和深海探测的拉曼光谱仪大多是长波长激光，这种仪器对拉曼散射不太敏感，而且会受到海洋环境中存在的大量的叶绿素II和生物碎片的干扰，准确度不高。因此，科学家们一直希望能够解决这个问题，他们把目光集中在短波区域——紫外区域。

    早在1998年，中国科学院大连化学物理研究所李灿研究员带领的团队就研制了国内第一台具有自主知识产权的紫外拉曼光谱仪，并成功将该技术应用于材料研究中，解决了拉曼光谱研究材料中长期存在的荧光干扰难题。他们在国际上首次尝试将紫外拉曼光谱技术引入到深海海底进行探测，不仅在科学意义上，在高端仪器研制方面也是一种创举。

    然而，激发光越到紫外区对于光栅分光要求越高，所需的光谱仪尺寸就越大，也就意味着仪器会做得更大。但深海探测要求所带仪器越小越好，如何将紫外拉曼光谱仪的分光系统缩小到一个笔记本大小，是研发团队首先面临的问题。另外，深海条件下，光谱仪面临高压（约700个大气压）和频繁着陆冲击等极端条件，对光谱仪的性能提出了苛刻的要求。

    李灿院士团队的范峰滔研究员、黄保坤高工等通过科学设计，反复验证，采用折叠反射镜、光纤软连接以及同轴反射镜等一系列技术，历经三年攻关，研发成功满足深海极端条件下应用的紫外拉曼光谱仪器，并与三亚深海所工程人员完成了光谱仪应用的工程化。此次的海试验证成功，表明我国从此可以对全世界99%以上海域进行分子光谱探测。