深海环境及深海沉积物拉曼光谱原位定量探测技术研究

【摘要】： 基于深海ROV(深海遥控潜器)探测平台的拉曼光谱系统作为一种定性分析技术已被广泛应用于深海热液、冷泉和天然气水合物研究。本论文基于拉曼光谱定量分析方法,深入开展了深海环境及深海沉积物的拉曼光谱原位定量探测技术的研究。 本项研究研制了一套深海沉积物孔隙水化学成分原位探测拉曼探头。此探头可在深海ROV机械臂的控制下将一个30厘米长的探针插入深海沉积物中,沉积物中的孔隙水被一个由ROV控制的液压泵抽出(仅需0.1毫升)并完成拉曼光谱测量,拉曼探头随后将被插入更深的沉积物中,并重复以上操作。整个探测系统和拉曼光谱的采集都由位于海面科考船ROV控制室内的计算机控制完成。 大陆架附近的沉积物中溶解的甲烷气体在天然气水合物的形成过程中具有重要的作用,在全球气候变化和深海极端生物现象等海洋地球化学领域有重要的研究价值。本项研究研制的深海沉积物孔隙水化学成分原位探测拉曼探头可以原位定量分析沉积物孔隙水中甲烷、硫酸根和硫化氢的浓度,从而避免了深海采样回收过程中由于溶解在孔隙水中气体的分解导致的气体浓度降低。从美国Oregon州附近的天然气水合物富集区Hydrate Ridge海域的探测结果显示,原位探测和传统探测方式获得的硫酸根离子浓度吻合良好,但是甲烷浓度有很大偏差(回收样品中甲烷大量分解)；且原位测量得到的孔隙水荧光背景干扰较小,甲板回收后得到的孔隙水样品中荧光背景干扰增长迅速。 50多年前,大量的化学武器被倾倒在深海中进行销毁。大量证据显示,这些倾倒在深海海底的化学武器分解产生的有害物质正在危害海洋环境和渔业生产。因此对这些化学武器深海降解产物以及危害范围的研究具有重要的意义。在本论文中,我们使用拉曼光谱技术在实验室模拟研究了芥子气深海降解产物1,4-thioxane(TO)的海洋地球化学性质。研究中发现,TO可以和甲烷或者硫化氢气体一起与水分子结合形成水合物结构,并且世界上大部分化学武器倾倒海域都符合这种水合物结构稳定所需要的温度和压力条件,研究还发现TO在海水中具有很低的溶解度,这些因素大大限制了TO在海水中的稀释扩散作用,从而延长了其对海洋环境的危害期。 【关键词】：拉曼光谱 定量分析 孔隙水地球化学 原位探测 深海
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：P714.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 序言13-21
• 1.1 研究目的和意义13-15
• 1.2 国内外深海光学探测技术的发展15-20
• 1.2.1 国外发展现状15-18
• 1.2.1.1 海洋荧光及生物发光效应探测技术16-17
• 1.2.1.2 激光拉曼光谱技术在海洋探测中的应用17-18
• 1.2.1.3 激光诱导击穿光谱技术(LIBS)18
• 1.2.2 国内发展现状18-20
• 1.3 论文研究内容20-21
• 2 深海原位激光拉曼光谱技术的定量分析方法研究21-50
• 2.1 前言21-22
• 2.2 激光拉曼光谱技术原理22-26
• 2.2.1 拉曼散射基本原理22-24
• 2.2.2 拉曼散射的经典电磁理论24-26
• 2.3 深海激光拉曼原位探测实验方法26-35
• 2.3.1 深海遥控潜器—ROV及母船26-29
• 2.3.2 深海激光拉曼系统—DORISS29-33
• 2.3.3 深海精确定位系统(PUP)33-35
• 2.4 激光拉曼光谱的定量分析方法研究35-49
• 2.4.1 引言35
• 2.4.2 拉曼光谱强度的定量分析原理35-37
• 2.4.3 水溶液中溶质浓度的拉曼光谱内标定法定量分析原理37-38
• 2.4.4 水溶液中溶质浓度拉曼光谱定量分析方法实验室试验38-49
• 2.4.4.1 海水的拉曼光谱分析38-40
• 2.4.4.2 水溶液中硫酸根离子浓度的拉曼光谱定量分析40-44
• 2.4.4.3 溶解在水中的CH_4和H_2S气体浓度的拉曼光谱定量分析44-49
• 2.5 小结49-50
• 3 深海沉积物孔隙水激光拉曼原位探测技术研究50-67
• 3.1 前言50-52
• 3.2 深海沉积物孔隙水研究进展52-53
• 3.3 深海沉积物孔隙水样品的实验室拉曼光谱定量分析53-55
• 3.4 深海沉积物孔隙水原位探测拉曼探头研制55-59
• 3.4.1 概念设计55-56
• 3.4.2 孔隙水原位探测拉曼探头深海样机的设计与制造56-59
• 3.4.2.1 沉积物孔隙水深海分离结构的设计与制造56
• 3.4.2.2 拉曼探头深海操纵与定位方式的设计与测试56-57
• 3.4.2.3 DORISS系统探测舱的小型化设计与制造57-59
• 3.5 短探测距离原理样机深海试验及孔隙水荧光背景分析59-62
• 3.6 Monterey Bay冷泉区沉积物孔隙水拉曼光谱原位探测研究62-66
• 3.7 小结66-67
• 4 深海天然气水合物富集区沉积物拉曼光谱原位探测67-86
• 4.1 前言67-69
• 4.2 Hydrate Ridge海域地质情况及其沉积物化学性质分析69-73
• 4.3 实验设计与试验方法73-77
• 4.4 试验结果与讨论77-85
• 4.4.1 Hydrate Ridge沉积物孔隙水的原位拉曼光谱分析77-79
• 4.4.2 沉积物孔隙水甲烷和硫酸根浓度剖面的拉曼光谱原位定量分析79-80
• 4.4.3 沉积物柱状样品中硫酸根浓度拉曼与传统探测方法对比分析80-82
• 4.4.4 天然气水合物富集区孔隙水甲烷浓度原位与实验室探测对比分析82-85
• 4.5 小结85-86
• 5 化学武器深海降解产物地球化学性质拉曼光谱测试方法研究86-100
• 5.1 前言86-88
• 5.2 研究背景88-89
• 5.3 试验方法89-91
• 5.4 试验结果与讨论91-99
• 5.4.1 TO水溶液的拉曼光谱曲线91-92
• 5.4.2 TO在水中含量的拉曼光谱定量化分析92-93
• 5.4.3 基于拉曼定量方法的TO在水中的溶解度分析93-95
• 5.4.4 TO水合物的合成与稳定性分析95-98
• 5.4.5 TO水合物对TO水中溶解度的影响分析98-99
• 5.5 小结99-100
• 6 全文总结和展望100-104
• 6.1 全文总结100-102
• 6.2 论文创新点102-103
• 6.3 工作展望103-104
• 参考文献104-117
• 致谢117-118
• 作者博士期间发表的论文118

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

船用制冰装置的海水冷凝器及辅助部件    马捷,潘公瑾,何方正

海洋测绘与海战地理环境信息保障    梁开龙

浙江沿海海雾发生规律和成因浅析    侯伟芬,王家宏

东海1999年夏、冬上层水团的温、盐分布及其与历史平均状况的比较    吕华庆;

基于特征基元的空间数据计算模式及其地学应用    明冬萍;骆剑承;周成虎;沈占锋;梁清翰;盛昊;

中国海岸带环境问题及其可持续发展对策    沈瑞生,冯砚青,牛佳

海底电场传感器原理及研制技术    邓明,刘志刚,白宜诚,颜送清,邓靖武,储伟光

欧洲深水网箱养殖对我们的启示    吕华庆

基于数学形态学的水下激光成像消噪法    王义峰;刘智深;

我国海岸带生态环境问题及其调控对策    洪华生,丁原红,洪丽玉,熊小京

卫星遥感与海洋战场环境空间框架的建设    马润赓;李喆;刘少峰;

海洋环境文化建设初探    孙敏;

海滨生态旅游地的开发模式研究    黄震方

台湾海峡及其邻近海区海洋动力环境特征的研究    胡建宇

合成孔径雷达图像舰船目标检测算法与应用研究    种劲松

渤黄东海潮波同化数值模拟和潮能耗散的研究    李培良

渤黄东海潮波系统的有限元模拟    李磊

无线电水声浮标阵多目标跟踪定位系统    殷冬梅

应用流式细胞计研究超微型浮游植物在中国东、黄海典型水域的分布    晁敏

抗强多途径干扰的水声数字语音通信研究    许祥滨

中国近海部分海域溶解甲烷和氧化亚氮的生物地球化学研究    张桂玲

基于栅格模型的海洋渔业GIS研究    李云岭

用于海产养殖的膜式氧合器的设计与测试研究    陈克纲

海上溢油动态数值模拟的研究    徐洪磊

罗源湾海洋环境信息系统设计及其水环境评价    陈加兵

瞬时海面高理论及其在双星定位中的应用研究    刘长建

江苏沿海相对海面变化及其对辐射沙洲的影响    王艳红

矢量场可视化技术研究及其在海洋数据处理上的应用    张清波

现代黄河三角洲冲淤演变规律与遥感应用研究    褚忠信

黄海冬季锋生锋消过程的数值研究    刘丽萍

基于IDL的河口海岸交互式可视化系统初步研究    仇英华

影响渤海客滚船航行安全的气象海况条件研究    陈利雄

基于小波变换和随机共振的微弱信号检测方法    林敏;肖艳萍;赵军;

锁定放大器在微弱光信号检测中的应用    邹燕;冯丽爽;张春熹;刘军;

微弱周期脉冲信号的取样积分-混沌系统联合检测方法    李月,杨宝俊,谭力,卢金,李世哲

模拟乘法器MLT04在高精度微弱光信号锁相检测电路中的应用    林凌;洪权;李刚;韩晓斌;

自适应小波阈值去噪在光谱信号处理中的应用    鲁亚光

CCD像素响应不均匀性的校正方法    陈迎娟,张之江,张智强

微光夜视和红外成像技术的发展及军用前景    谭显裕

人肝癌HepG2细胞超微弱发光的观察    马世荣;惠延平;郭双平;程虹;

对贝塞尔公式证法的探讨    朱洪海

正确认识贝塞尔公式    陈树祥,朱洪海,杭雪珍

深海沉积物中磷的长期聚集    Judith B.Moody;李文光;

关于D_(3d)型〔X_2Y_6〕~n(n=2+,0,2-,4-)基团振动波数的规律性    马衡;雷友惠;

Oh型[XY_6]~n(n=+、0、-、2-、3-)基团振动波数规律性    马衡;廖伦志;

深海沉积物中的稀土元素    沈华悌

三-(2,4-二特戊基苯氧基)-(对羧基苯氧基)酞菁铜拉曼光谱    周宇清,王岩,陈文启,席时权,赵永年,崔启良,李冬妹,邹广田

第十五届国际拉曼光谱会议报告综述——物理学方面    方炎

深海沉积物及多金属结核中微量元素的光谱测定    沈恒培

新鲜铁表面锈蚀过程的拉曼光谱研究    施建成,王桂华,王欣,章宗穰

环庚三烯酚酮稀土配合物的拉曼光谱研究    袁亚仙,王海霞,顾建胜,顾仁敖

红外光谱与拉曼光谱产生机理的比较——双原子分子的情形    南景宇;

光镊拉曼光谱对单个酵母细胞动态发酵的分析    赖钧灼;王桂文;黄庶识;刘斌;姚辉路;黄曦;

不同结晶态溶菌酶失水过程的拉曼光谱研究    寿晶晶;金成锋;张韫宏;

单个金属原子和胞嘧啶分子复合物的拉曼光谱研究    李现常;李伟;沈爱国;周晓东;莫育俊;胡继明;

深紫外拉曼光谱在催化材料和宽禁带半导体材料研究中的应用    金少青;范峰滔;郭美玲;张莹;冯兆池;李灿;

三种白血病细胞系的拉曼光谱    林居强;蔡长美;李永增;陈荣;黄瑞香;冯尚源;

服务于精子载体法转基因相关研究的猪精子人工智能识别与预测平台的建立    刘红波;吕培茹;杨小淦;朱姿英;胡林林;宁淑芳;左二伟;陆阳清;卢晟盛;卢克焕;

木糖醇的红外光谱和拉曼光谱研究    王吉有;邹兆贵;刘宾;李南征;孔乐;

La_(0.8)Sr_(0.2)CoO_3的拉曼光谱特性研究    王吉有;王俊玲;何洪;江少林;侯碧辉;

合成甲烷水合物的拉曼光谱及其弹性波速度    伍向阳;段体玉;杨伟;孙樯;黄为清;张永;

Ca_2P_2O_7温致相变的拉曼光谱研究    汪磊;尤静林;王媛媛;马兰;赵婷;

深海沉积物中蕴含大量甲烷    本报记者 赵笛

揭开南海深海沉积物的奥秘    

极地微生物研究六年终成正果    本报记者 王秋蓉

带金病毒“间谍”刺探细胞情报    秀 田

“书画真伪科学鉴定系统”项目通过验收    记者 游雪晴

e时代医疗模式是啥样？    王艳菲

刘东生获泰勒环境奖    记者张小军

荷兰发明智能手术探针    黄爱群

钻研黄土六十年    郑千里

刘东生——天书无垠行者无疆    郑千里

深海环境及深海沉积物拉曼光谱原位定量探测技术研究    张鑫

古代壁画中颜料及染料的拉曼光谱研究    常晶晶

拉曼光谱传递与定量分析技术研究及其工业应用    董学锋

纳米银增强基底制备及分子的拉曼光谱解析    董鹍

共振拉曼光谱方法探测水溶液中生物分子的研究    贾丽华

拉曼散射技术在单细胞检测中的应用    苏乐

乳腺疾病的拉曼光谱检测及研究    胡成旭

液体醇、水及其混合物的微观结构和动力力学研究    林珂

深海沉积物细菌和丝状真菌的基因组学研究    秦启龙

高压和低温下不饱和脂肪酸相变的原位拉曼谱研究    范雅

PbWO_4晶体拉曼光谱的研究    刘天飞

激光光镊拉曼系统中高葡萄糖对NIT-1细胞凋亡影响的研究    李争明

乙醇—水溶液的拉曼光谱与分子结构分析研究    管思阳

β-胡萝卜素在液芯光纤中的共振吸收拉曼散射    李成彧

I_2和Cr~（3+）液芯光纤中的共振吸收拉曼散射光谱研究    苏斌

表面增强拉曼光谱与紫外拉曼光谱研究    谭恩忠

拉曼光谱系统设计及基于遗传算法的光谱数据分析研究    陈柳

SO_4~（2-）与CO_3~（2-）拉曼光谱的群论分析    曲业飞

动脉粥样硬化斑块稳定性的生化及微区拉曼光谱研究    徐宝华

表面增强拉曼光谱技术及其应用    周晶