灵敏度提升500多倍中国科研团队在深海探测领域获新突破

记者12日从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院智能所陈池来研究员团队在深海探测领域取得新突破——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。

在前期深海质谱研究基础上，研究人员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。

相关技术已申请国家发明专利，研究成果发表在国际著名分析化学期刊、一区Top期刊《塔兰塔》上。

甲烷作为仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其排放对全球气候变化具有重要影响。每年从海洋、湖泊等水生态系统中排放的甲烷占全球总量的约53%，因此，有效监测海洋甲烷向大气的排放通量至关重要。此外，甲烷还是天然气水合物的主要成分，这种新型清洁能源被视为21世纪最具潜力的能源之一。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。深海质谱仪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致力于深海质谱、MEMS技术及MEMS质谱等智能微系统技术研究。2023年，团队研制出深海质谱仪，并在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。

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。这一改进在维持目标检测气体高渗透通量的同时，将质谱仪的真空度提升超过2个数量级，对甲烷的检测限从高于16纳摩/升降低至0.03纳摩/升，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。