【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院合肥物質院安光所張志榮研究員團隊在基于空芯光纖激光吸收光譜二氧化碳氣體穩定同位素測量研究方面取得新進展，相關研究成果以《基于緊湊型中紅外中空波導氣體傳感器同時測量CO2的13C、18O和17O同位素》為題發表在國際知名TOP期刊Sensors and Actuators B: Chemical上。
 

　　呼氣分析(EBA)以其無創、安全、無損、方便、快速、無條件的獨立采樣而聞名，在監測人體代謝狀態和疾病早期診斷方面具有廣闊的應用前景，是臨床醫學和生物醫學的重要研究領域。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“金標準”， 18O與17O同位素豐度也是相關的生物標志物。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大的臨床價值。
 

　　團隊張志榮研究員、夏滑副研究員、黃文彪博士生(第一作者)等人，采用量子級聯激光器(QCL)結合長度為1m的中空波導，開發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發生器，以確保對激光輸出波長的控制，消除波長波動導致的測量精度損失。結果表明，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一步提高。根據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‰。本工作開發的氣體傳感器在無創臨床呼吸診斷中具有潛在的應用價值，并且可以非常方便的擴展到大氣環境、煤礦安全、新能源等氣體同位素測量的其他應用場合。
 

　　該研究獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、安徽省重點研發計劃、中國科學院合肥物質院“火花”基金等項目、合肥市“揭榜掛帥”項目支持。
 

二氧化碳氣體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