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深海所周义明团队开发氧逸度原位控制技术，HORIBA拉曼助力反应监测

HORIBA科学仪器事业部

2022.5.13

投稿：王若衡编辑：Tess审核：Joanna
氧逸度（ƒ_O2）是指系统中的有效氧分压。自然界中很多地质过程都受到氧逸度的影响，如岩浆演化、水岩反应、热液成矿等。在实验地球化学研究中，氧逸度是表征模拟地质过程中氧化还原条件的重要参数。能否准确、有效、快速地测定和控制实验过程中的氧逸度，是决定实验模拟和实验结果可靠性的关键因素。

Tips：

什么是实验地球化学？

它应用化学原理和现代实验技术，在实验室中模拟自然条件，研究地球化学过程中元素的行为和自然化学反应的机理。实验地球化学不仅为地球化学的理论和假说提供实验证据，而且是地球化学研究和地球化学过程的热力学计算与数学模拟之间的桥梁。它对地球化学，甚至整个地球科学的发展均有重要作用。

由于地质过程往往是在高温高压等极端条件下发生，在模拟实验中，也需要创造相同的实验条件。然而，此前的氧逸度控制技术存在着一定的局限性，如H₂泄露、不适用于温度<400℃的条件、无法直接观测测量等。

因此，中科院深海所周义明团队设计了一套原位氧逸度控制技术，开发了适用于500℃以下热液实验、可进行原位氧逸度控制、样品观察和监测的反应装置。另外，周义明团队进一步使用该技术对锡的成矿过程展开地球化学限定，获得了不同温度、氧逸度条件下对成矿元素在热液中的存在形式和化学动力学参数，这些发现对成矿过程中元素的溶解迁移、沉淀富集机制的完善有较大推动。

实验装置（主要部分）及锡氯络合物拉曼光谱

如图所示，反应装置基于熔融毛细硅管（Fusedsilica capillary capsule，FSCC）和高压可视反应腔（High-pressureoptical cell，HPOC）重新设计而成，包括反应腔主体、温度控制系统、压力控制系统、氧逸度控制系统及可移动光学分析平台。

实验时，将测试样品装入FSCC并密封，将其固定在装置中的可移动光学分析平台上。装置升温至实验温度后，在氧逸度控制装置中通入一定量的纯氢气实现氧逸度控制。根据样品特性及实验需求，使用HORIBA LabRAM HR Evolution 共聚焦拉曼光谱仪每隔一段时间对样品进行原位测试，实时监控样品的反应进程并获取反应不同阶段的物质组成。

该装置适用于500^oC以下热液实验，可同时实现原位氧逸度控制、样品观察和监测的反应，为实验地球化学和实验岩石学的研究工作提供精确、稳定和高效的实验平台。相关成果以”Insitu redox control and Raman spectroscopic characterisation ofsolutions below 300 ℃”为题在《Geochemical Perspectives Letters》上发表。

仪器使用评价：

LabRAM HR Evolution 共聚焦拉曼光谱仪

本实验中使用了HORIBA LabRAM HR Evolution共聚焦拉曼光谱仪，得益于仪器高精度和小光斑，使得我们能够实现样品状态和组成的实时监测。同时由于仪器长时间（数天）工作的稳定性较好，获得的拉曼光谱质量和连续性较高，使得拉曼定量分析成为可能，帮助我们成功计算了化学反应过程中的动力学参数。

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课题组简介：
周义明，1945年出生，博士，特聘研究员，国际知名实验地球化学家，2013年全职引进中科院深海所，周义明研究员带领团队研制出了一批具国际领先水平的高温高压仪器，建立的实验室构建了能够模拟深渊环境特征并可用于科学研究和设备研制的室内实验平台，以形成对深渊环境模拟、仿真、试验和样品分析的能力。目前已经在国际学术刊物上发表学术论文200余篇。联系作者：wangrh@idsse.ac.cn

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