仰青颖,程存峰,2,孙羽,2,刘安雯,2,胡水明,2*

(1 中国科学技术大学合肥微尺度物理科学国家实验室,安徽 合肥 230026;2 中国科学技术大学中国科学院量子信息与量子物理卓越创新中心,安徽 合肥 230026)

0 引言

氢气作为潜在的能源载体,将发挥越来越重要的作用[1]。然而,浓度为4%以上的氢气具有很高的爆炸性和危险性。因此,在生产、储存及运输过程中必须要实现对氢气10-6水平的测量[2]。痕量氢气的检测在冶金、石油和天然气工业中尤其重要[3,4]。同时,氢气作为一种重要的检测气体标记物,可应用于生物[5]、人体疾病检测[6]、沼气池[7]及电器设备故障检测[8]等方面。随着氢的广泛应用,低浓度氢检测技术的研究越来越重要,常用的氢气痕量检测技术包括气相色谱-质谱法及其它与质谱联用的方法和氢传感器法。这些技术都具有10-6的常规检测灵敏度,但各有一些缺点。气相色谱-质谱法的样品采集和测量过程复杂,耗时长,仪器成本高[9,10]。常见氢传感器包括电化学传感器具有特定的电解液要求、需要定期校准,且存在老化和对其它气体交叉敏感的问题[11]。基于激光技术的发展,直接吸收光谱法包括可调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)[12]、腔增强吸收光谱法(CEAS)[13]、光腔衰荡光谱法(CRDS)[14,15]等,能实现痕量气体的高灵敏度快速响应,在不消耗气体样品的情况下进行实时监控[16]。然而,由于氢分子是同核双原子分子,没有电偶极矩,直接吸收光谱法用于痕量氢气检测受限[17]。

拉曼光谱是一种广泛应用的气体测量技术,能实现包括同核双原子在内几乎所有分子(除单原子分子外)的测量,同时,它能利用单一激光光源实现多种气体的同时快速测量[18]。……