基于傅里叶变换红外光谱法co 2 气体碳同位素比检测研究 - 物理学报.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 3 (2013) 030202 基于傅里叶变换红外光谱法CO2 气体碳 同位素比检测研究* † 李相贤 高闽光 徐亮 童晶晶 魏秀丽 冯明春 金岭 王亚萍 石建国 ( 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室, 合肥 230031 ) ( 2012 年6 月4 日收到; 2012 年8 月21 日收到修改稿) 介绍了基于傅里叶变换红外技术检测CO2 气体碳同位素比的新方法, 详细介绍了如何从HITRAN 红外数据库 中提取气体标准吸收截面; 介绍了基于非线性最小二乘法反演CO2 气体碳同位素比和整套实验装置的组成及实 验步骤. 从理论和实验分析两方面讨论了温度和气压变化对 13CO2 值的影响规律. 对于同一CO2 标准气体, 采用 FTIR 和同位素质谱法两种技术进行了 13CO2 值对比检测, 两种测量技术的平均值差异仅为0.25%. 从实验结果可 以看出, FTIR 技术可以实现对CO2 气体碳同位素比的检测. 关键词: 光谱学, 同位素比值, 傅里叶变换红外光谱, 二氧化碳 PACS: 02.70.Hm, 07.05.Fb DOI: 10.7498/aps.62.030202 不同的反应过程, 揭示了土壤、植物等自然因素和 1 引言 各类人为活动的不同影响, CO2 碳同位素比是反映 气候变化、生态系统气体交换及碳元素源与汇的 CO 是大气中最重要的温室气体之一, 总的温 2 2 有力依据 ; 在火山爆发预测研究中, 地壳释放气 室效应中二氧化碳的作用约占一半以上. 美国环 体可与地表上通过路径的岩石或其他液体反应, 因 境保护署认定, 二氧化碳等温室气体是空气污染 此, 13CO2 的变化可以作为判断火山活动增强, 火 物. 自然界中碳的同位素有7 种(10C, 11C, 12C, 13C, 山喷发预测的有效指标3−5 ; 在医学诊断领域, 气 14 15 16 12 13 C, C, C), 其中 C 和 C 为稳定性同位素, 分 体同位素检测还可以作为非入侵性医疗诊断, CO2 别占到98.89%和1.11%. 由于氧元素存在3 种稳定 的同位素比值被认为幽门螺旋杆菌存在的标志物 16 17 18 性同位素( O, O 和 O), 因此, CO2 分子存在12 (2005 年诺贝尔医学或生理学奖), 消化性溃疡和 种稳定性同位素形式, 分子量分布在44 到49 之间. 胃癌与这种细菌相关, 因此, 可以通过对人体呼出 12 16 16 13 而超过99.98% 的CO2 分子以 C O O (98.42%), CO2 气体 CO2 值变化的检测来早期诊断消化性 13 16 16 12 16 18 12 16 17 6 C O O (1.09%), C O O (0.4%) 和 C O O 溃疡和胃癌等疾病 . (0.075%) 这4 种同位素形式存在. 目前, CO2 碳同位素比值检测的传统方法是同 由于不同同位素存在不同的物理、化学、生物