激光拉曼光谱分析氢同位素的应用

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1、第３１卷，第１期光谱学与光谱分析Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．１，ｐｐ３０－３３２０１１年１月ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＪａｎｕａｒｙ，２０１１激光拉曼光谱分析氢同位素的应用黄刚，曹小华，龙兴贵中国工程物理研究院核物理与化学研究所，四川绵阳６２１９００摘要拉曼光谱作为一种物质结构和成分分析的测试手段而被广泛应用。介绍分析了激光拉曼光谱法用于氢同位素分析的可行性，并综述介绍了国内外研究人员利用激光拉曼光谱在氚参与的放射反应监测分析、氢同位素定性检测、定量分析方法研究等方面开展的工作。关键词激光拉曼光谱；氢同位素

2、中图分类号：Ｏ４３３．４文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１１）０１－００３０－０４子的极性键的振动，而激光拉曼光谱最适于研究同种原子的引言非极性键的振动，所以，氢同位素分子具有拉曼活性，可以使用拉曼光谱获得拉曼谱图来进行分析研究。氢同位素氕、氘、氚的定性和定量分析在核技术研究、在定性监测方面，激光拉曼光谱能探测和分辨同位素混氢能源、航天科技、ＩＴＥＲ聚变研究等领域具有重要地位。目合物和不同的化合物，因而可实现含氢同位素气体的在线监［１］、四极质谱［２］、同测和分析，可用来监测分析如重水提氚等

3、氚工艺流程中原料前，对氢同位素的分析主要有气相色谱［３］和产物气体的浓度变化等参数，或者通过分析反应的物质变位素质谱等方法。气相色谱可测定氕氘氚含量，但色谱柱须在液氮温度下工作，且温度的微小波动将引起测量结果的化来研究有氢同位素参加的气体反应或气固反应的反应机理较大变化；四极质谱由于其体积小，检测范围宽，能同时检等。［５］测不同质荷比的离子，比较适合于在线监测、分析氢同位素在氢同位素定量分析方面，Ｏｋｕｎｏ等利用激光拉曼光气体，但其只能做到半定量分析；高分辨氢同位素质谱计，谱发展了一套实时和在线的气体分析方法，获得了不同压强如ＭＡＴ－

4、２７１等虽然能较好地定量测量氢同位素气体，但它的氕和氘气的拉曼信号强度，发现氕（氘）的分压和拉曼信号与四极质谱、气相色谱等都属于破坏性分析，在分析过程中的强度之间呈线性关系，因此，利用此规律可以建立氢同位都存在尾气排放对环境的污染，这一点对分析放射性氚是非素定量的拉曼光谱法。常不利的。所以，寻求一种无损和零排放的氚分析方法，是氚工艺研究中的一个迫切需求。２拉曼光谱分析氢同位素的应用针对这一目标，美国、日本等国的科学家对激光拉曼光谱用于氢同位素分析的可行性进行了研究，利用激光拉曼光２．１氢同位素的拉曼位移峰位谱法成功实现了氢同位素气体成

5、分的在线定性和定量分析。要对氢同位素气体进行监测、分析，首先要掌握氢同位现在，激光拉曼光谱已成为氚化学和氚工艺研究中的重要分素分子的拉曼位移峰位。经过第一原理计算和实验验证的六［６－８］析手段，但国内在这一领域的研究还处于起步阶段。本文就种氢同位素分子在２９５Ｋ时的纯转动峰（Ｓ０支）结果示于目前国外学者利用激光拉曼光谱分析氢同位素的应用情况进表１。［６］行综述。Ｑ支的拉曼位移数据示于表２。２．２监测氢同位素参与的化学反应［４］实时监测、分析化学反应的反应物和生成物浓度的变化１分析氢同位素的可行性等参数对解析反应历程、推断反应机理、研究

6、产物的生成机激光拉曼光谱和红外光谱都是研究分子结构的重要工制等具有重要的作用。激光拉曼光谱是对气态物体监测分析具，但两者研究的侧重点不同。红外光谱最适于研究不同原的一种强有力的工具，在ＩＴＥＲ研究、氢燃料循环等领收稿日期：２０１０－０５－１０，修订日期：２０１０－０８－２０基金项目：国家自然科学基金项目（５０８７１１０６）资助作者简介：黄刚，１９８０年生，中国工程物理研究院核物理与化学研究所硕士研究生ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｇａｎｇ８８７６＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ第１期光谱学与光谱分析３１［９－１４］域已得到了很好的研究和应用。图３

7、所示，可以看出，２９０Ｋ反应完成后的主要产物是ＣＯ２和Ｔ２Ｏ，含氚的酸在同等条件下没有发现。Ｔａｂｌｅ１ＲａｍａｎｓｈｉｆｔｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｏｎＳ０ｂｒａｎｃｈＪＨ２ＨＤＨＴＤ２ＤＴＴ２０３５４．３７２５７．０７２３７．８８１７９．０６１４９．６１１２０．０６１５８７．０３４４３．０８３９４．８６２９７．５３２４８．７１１９９．７０２８１４．４２６１６．０９５４９．４５４１４．６４３４６．８８２７８．７３３１０３４．６７７８５．００７００．７８５２９．９０４４３．７３３５６．９１４１２４６．０９－－６４２．８０５

8、３８．９４４３４．０３Ｔａｂｌｅ２ＲａｍａｎｓｈｉｆｔｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎｉｓｏｔｏｐｅｓｏｎＱｂｒａｎｃｈＪＨ２ＨＤＨＴＤ２ＤＴＴ２０４１６１．２０３６３２．２３４３４．８９２９９３．６１２７４３．３２２４６４．４９