[發(fā)明專利]一種雙波長(zhǎng)法定量檢測(cè)碳14同位素的裝置及光譜儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110268351.0
• 申請(qǐng)日: 2021-03-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112858217B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡水明;程存峰;譚延?xùn)|
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/39
• 分類號(hào): G01N21/39;G01N21/31;G01N21/03
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 姚璐華

本發(fā)明提供了一種雙波長(zhǎng)法定量檢測(cè)碳14同位素的裝置及光譜儀，通過(guò)將兩路波長(zhǎng)不同的中紅外激光鎖定在一個(gè)樣品室的光腔上，保證兩路光共線，通過(guò)腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)單元調(diào)節(jié)光腔的腔長(zhǎng)，以調(diào)諧光腔的模式頻率，進(jìn)而調(diào)諧兩路中紅外激光的頻率，使兩路中紅外激光的頻率與目標(biāo)同位素分子的不同能級(jí)同時(shí)匹配；在中紅外激光頻率和目標(biāo)同位素分子能級(jí)同時(shí)匹配之后，目標(biāo)同位素分子被兩路中紅外激光同時(shí)激發(fā)，探測(cè)第二中紅外激光經(jīng)過(guò)所述光腔的光腔輸出信號(hào)。也就是說(shuō)，由于目標(biāo)同位素分子的激發(fā)和光譜的探測(cè)需要兩路激光與目標(biāo)同位素分子的不同能級(jí)同時(shí)匹配，這就大大提高了光譜檢測(cè)的選擇性，從而提高光譜分辨能力，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)同位素分子的選擇和分辨。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種雙波長(zhǎng)法定量檢測(cè)碳14同位素的裝置及光譜儀。

背景技術(shù)

碳14同位素作為自然界中唯一的放射性碳同位素，其半衰期大約為5730年，主要是通過(guò)宇宙射線與地球大氣中氮?dú)庾饔卯a(chǎn)生，在地球大氣中的同位素豐度僅為10^-12。

地球大氣中碳14主要以¹⁴CO₂氣體形式存在，通過(guò)全球生物碳循環(huán)擴(kuò)散，其含量基本穩(wěn)定，被廣泛應(yīng)用于年代測(cè)定和示蹤、司法鑒定、環(huán)境監(jiān)測(cè)和藥物代謝等領(lǐng)域。

目前，激光光譜法是檢測(cè)碳14同位素的重要方法之一，在碳14同位素的定量檢測(cè)中具有極大的應(yīng)用潛力。其主要測(cè)量原理是將樣品控制在220K的低溫下，用光腔衰蕩光譜方法來(lái)測(cè)量碳14同位素的光譜信號(hào)。

但是，該激光光譜法受限于光譜本身的多普勒線寬，不能有效分辨碳14同位素和其它碳同位素、碳14同位素和其它分子同位素的光譜，即難以實(shí)現(xiàn)精確的定量測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙波長(zhǎng)法定量檢測(cè)碳14同位素的裝置及光譜儀，技術(shù)方案如下：

一種雙波長(zhǎng)法定量檢測(cè)碳14同位素的裝置，所述裝置包括：第一激光源、第二激光源、第一激光鎖定模塊、第二激光鎖定模塊、樣品室以及信號(hào)探測(cè)模塊；

所述第一激光源用于輸出連續(xù)的第一中紅外激光；所述第二激光源用于輸出連續(xù)的第二中紅外激光；所述第一中紅外激光和所述第二中紅外激光的波長(zhǎng)不同；

所述第一激光鎖定模塊用于將所述第一中紅外激光鎖定在所述樣品室的光腔上；所述第二激光鎖定模塊用于將所述第二中紅外激光鎖定在所述樣品室的光腔上；

所述樣品室至少包括腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)單元；

所述腔長(zhǎng)調(diào)節(jié)單元用于調(diào)節(jié)所述光腔的腔長(zhǎng)，以調(diào)諧所述光腔的模式頻率，進(jìn)而調(diào)諧所述第一中紅外激光和所述第二中紅外激光的頻率，使所述第一中紅外激光的頻率以及所述第二中紅外激光的頻率與目標(biāo)同位素分子的不同能級(jí)同時(shí)匹配；

所述信號(hào)探測(cè)模塊用于在激光頻率和目標(biāo)同位素分子能級(jí)同時(shí)匹配之后，探測(cè)所述第二中紅外激光經(jīng)過(guò)所述光腔的光腔輸出信號(hào)。

優(yōu)選的，在上述裝置中，所述第一中紅外激光的調(diào)諧帶寬大于1MHz；

所述第二中紅外激光的調(diào)諧帶寬大于1MHz。

優(yōu)選的，在上述裝置中，所述第一激光鎖定模塊用于將所述第一中紅外激光鎖定在所述樣品室的光腔上，包括：

所述第一激光鎖定模塊用于對(duì)所述第一中紅外激光的頻率和相位進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)制，并產(chǎn)生誤差信號(hào)；

所述第一激光鎖定模塊還用于依據(jù)所述誤差信號(hào)產(chǎn)生負(fù)反饋信號(hào)，以控制所述第一中紅外激光的頻率，以使所述第一中紅外激光鎖定在所述樣品室的光腔上；

所述第二激光鎖定模塊用于將所述第二中紅外激光鎖定在所述樣品室的光腔上，包括：