【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所張志榮研究員團(tuán)隊在基于空芯光纖激光吸收光譜二氧化碳?xì)怏w穩(wěn)定同位素測量研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《基于緊湊型中紅外中空波導(dǎo)氣體傳感器同時測量CO2的13C、18O和17O同位素》為題發(fā)表在國際知名TOP期刊Sensors and Actuators B: Chemical上。
 

　　呼氣分析(EBA)以其無創(chuàng)、安全、無損、方便、快速、無條件的獨(dú)立采樣而聞名，在監(jiān)測人體代謝狀態(tài)和疾病早期診斷方面具有廣闊的應(yīng)用前景，是臨床醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的重要研究領(lǐng)域。其中呼出CO2中的13C同位素豐度已被用作幽門螺桿菌陽性臨床診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”， 18O與17O同位素豐度也是相關(guān)的生物標(biāo)志物。因此，高精度同時測量呼出二氧化碳中的同位素豐度變化具有相當(dāng)大的臨床價值。
 

　　團(tuán)隊張志榮研究員、夏滑副研究員、黃文彪博士生(第一作者)等人，采用量子級聯(lián)激光器(QCL)結(jié)合長度為1m的中空波導(dǎo)，開發(fā)了一種緊湊型氣體傳感器。該傳感器可以同時測量CO2氣體中四種同位素分子(16O12C16O、18O12C16O、16O13C16O和17O12C16O)的濃度，從而獲得δ13C、δ18O和δ17O的相對同位素比值。傳感器集成了一個緊湊的反饋函數(shù)發(fā)生器，以確保對激光輸出波長的控制，消除波長波動導(dǎo)致的測量精度損失。結(jié)果表明，在波長可控的條件下，四種同位素分子濃度的測量精度至少提高了1.8倍，濾波后的測量精度可以進(jìn)一步提高。根據(jù)Allan方差分析，在98秒的積分時間下，δ13C、δ18O和δ17O的檢測精度分別為0.7‰、0.62‰和1.58‰。本工作開發(fā)的氣體傳感器在無創(chuàng)臨床呼吸診斷中具有潛在的應(yīng)用價值，并且可以非常方便的擴(kuò)展到大氣環(huán)境、煤礦安全、新能源等氣體同位素測量的其他應(yīng)用場合。
 

　　該研究獲得了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、安徽省重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院“火花”基金等項(xiàng)目、合肥市“揭榜掛帥”項(xiàng)目支持。
 

二氧化碳?xì)怏w同位素傳感器裝置圖
 

在波長控制條件下同時測量δ13C、δ18O和δ17O的檢測精度