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拉曼光谱对月面典型矿物中水冰的定量检测
1
作者
闻道远天
赵海艇
+4 位作者
刘向锋
徐卫明
许学森
雷欣瑞
舒嵘
《红外与毫米波学报》
北大核心
2025年第2期192-202,共11页
月面物质中的水可以促进月球地质和环境的演变,并为月球资源利用提供所需的条件。由于月球遥感探测手段存在分辨率低的缺点,使获得水冰的直接证据或确定水冰的赋存形态存在困难。激光拉曼光谱具有无需光照、无需样品预处理且可无损地获...
月面物质中的水可以促进月球地质和环境的演变,并为月球资源利用提供所需的条件。由于月球遥感探测手段存在分辨率低的缺点,使获得水冰的直接证据或确定水冰的赋存形态存在困难。激光拉曼光谱具有无需光照、无需样品预处理且可无损地获得月岩和矿物以及水体的指纹信息的优势,能为月面物质的类型、分布范围甚至含量提供直接有利的信息。本文利用拉曼光谱法对典型月岩/矿物以及吸附水、冰、结晶水和羟基结构水等形态的含水特征进行检测,并对水体含量进行定量分析。首先,利用532 nm激光显微拉曼对月面典型矿物和模拟月壤中多种形态的水进行含水信号识别与特征分析。其次,检验并分析了模拟月壤中吸附水、结晶水和羟基结构水的检测限,及其含量与信号强度间存在的规律。然后,利用岭回归、偏最小二乘回归、线性回归对模拟月壤中三种形态水的不同含量进行定量分析。实验结果表明,能明确识别月壤模拟物中四种形态水的特征谱峰,其中模拟月壤组分和水体的峰位分布区域分别位于100~1700 cm^(-1)和2600~3900 cm^(-1),且水体的特征谱峰体现为不同比例的氢键OH的宽包络峰和无氢键OH伸缩振动尖峰的组合;模拟月壤中吸附水、结晶水(MgSO_(4)·7H_(2)O)、羟基水(Al_(2)Si_(2)O_(5)(OH)_(4))检测下限分别为1.3 wt%,0.8 wt%和0.3 wt%;模拟月壤中含水谱峰强度与含水量之间呈线性关系,利用线性回归、岭回归和偏最小二乘回归定量分析的均方根误差分别为1.75 wt%、1.16 wt%和1.19 wt%。
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关键词
拉曼光谱
物质成分
月球南极
水冰探测
定量分析
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职称材料
题名
拉曼光谱对月面典型矿物中水冰的定量检测
1
作者
闻道远天
赵海艇
刘向锋
徐卫明
许学森
雷欣瑞
舒嵘
机构
国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院
中国科学院上海技术物理研究所
上海理工大学光电信息与计算机工程学院
中国科学院上海光学精密机械研究所
出处
《红外与毫米波学报》
北大核心
2025年第2期192-202,共11页
基金
国家重大专项(CEY101-7-X)
上海自然科学基金(23ZR1473200)
+2 种基金
中国科学院空间主动光电技术重点实验室基金(CXJJ-22S019)
浙江省自然科学基金白马湖实验室区域创新发展联合基金资助项目(LBMHZ24F050003)
国科大杭州高等研究院专项资金资助。
文摘
月面物质中的水可以促进月球地质和环境的演变,并为月球资源利用提供所需的条件。由于月球遥感探测手段存在分辨率低的缺点,使获得水冰的直接证据或确定水冰的赋存形态存在困难。激光拉曼光谱具有无需光照、无需样品预处理且可无损地获得月岩和矿物以及水体的指纹信息的优势,能为月面物质的类型、分布范围甚至含量提供直接有利的信息。本文利用拉曼光谱法对典型月岩/矿物以及吸附水、冰、结晶水和羟基结构水等形态的含水特征进行检测,并对水体含量进行定量分析。首先,利用532 nm激光显微拉曼对月面典型矿物和模拟月壤中多种形态的水进行含水信号识别与特征分析。其次,检验并分析了模拟月壤中吸附水、结晶水和羟基结构水的检测限,及其含量与信号强度间存在的规律。然后,利用岭回归、偏最小二乘回归、线性回归对模拟月壤中三种形态水的不同含量进行定量分析。实验结果表明,能明确识别月壤模拟物中四种形态水的特征谱峰,其中模拟月壤组分和水体的峰位分布区域分别位于100~1700 cm^(-1)和2600~3900 cm^(-1),且水体的特征谱峰体现为不同比例的氢键OH的宽包络峰和无氢键OH伸缩振动尖峰的组合;模拟月壤中吸附水、结晶水(MgSO_(4)·7H_(2)O)、羟基水(Al_(2)Si_(2)O_(5)(OH)_(4))检测下限分别为1.3 wt%,0.8 wt%和0.3 wt%;模拟月壤中含水谱峰强度与含水量之间呈线性关系,利用线性回归、岭回归和偏最小二乘回归定量分析的均方根误差分别为1.75 wt%、1.16 wt%和1.19 wt%。
关键词
拉曼光谱
物质成分
月球南极
水冰探测
定量分析
Keywords
Raman spectroscopy
material composition
lunar south pole
water ice detection
quantitative analysis
分类号
O433 [机械工程—光学工程]
O657.37 [理学—分析化学]
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作者
出处
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1
拉曼光谱对月面典型矿物中水冰的定量检测
闻道远天
赵海艇
刘向锋
徐卫明
许学森
雷欣瑞
舒嵘
《红外与毫米波学报》
北大核心
2025
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