Angesichts der Schwierigkeiten bei der Extraktion schwacher Absorptionssignale und der Überlappung von Spektrallinien bei der Detektion von Spurenwasserdampf und seinen Wasserstoff-Sauerstoff-Isotopen unter Niederdruck- und dynamischen Bedingungen wurde eine Detektionsmethode basierend auf der Wellenlängenmodulations-Absorptionsspektroskopie (Wavelength Modulation Spectroscopy, WMS) vorgeschlagen. Ein verteilte Rückkopplungshalbleiterlaser (Distributed Feedback Laser, DFB) mit einer Zentralwellenlänge von 1,863 μm wurde als Laserquelle verwendet. Ein miniaturisiertes Detektionsgerät mit einem effektiven optischen Weg von 12 m und einem Absorptionszellenvolumen von 80 cm³ wurde aufgebaut, das mittels Einzelabtastung eine gleichzeitige Detektion von H₂¹⁶O, H₂¹⁷O, H₂¹⁸O und HDO ermöglicht. Durch Kalibrierungsexperimente mit verschiedenen Standards wurde eine Beziehung zwischen dem Verhältnis der angepassten integralen Flächen der schwachen Isotopenkanäle zum Referenzkanal und dem Standardwert hergestellt, was die Messung der Wasserstoff-Sauerstoff-Isotopenverhältnisse und ihrer δ-Werte ermöglicht. Die Ergebnisse zeigen eine lineare Beziehung zwischen den angepassten integralen Isotopenflächen und dem Wasserdampfdruck mit Korrelationskoeffizienten R² über 0,99; unter stationären Bedingungen bei 340 Pa liegen die optimalen Integrationszeiten für die Kanäle δD, δ¹⁸O und δ¹⁷O bei 18, 23 bzw. 20 s mit minimalen Allan-Abweichungen von 2,015‰, 3,636‰ und 1,317‰; Simulationen der Mondbodenexperimente bestätigten die Fähigkeit der Methode, die dynamische Isotopenveränderung im Adsorptionsfraktionierungsprozess zu verfolgen, mit einer Druckansprechzeit von 10% bis 90% von 71 s unter den aktuellen Versuchsbedingungen; im Vergleich zur Direktabsorption bei 2,731 μm und einem effektiven optischen Weg von 25 m zeigten die δD-Ergebnisse eine konsistente Änderungstendenz. Diese Methode ermöglicht stabile quantitative Messungen von Wasserdampf und seinen Wasserstoff-Sauerstoff-Isotopen unter Niederdruckbedingungen sowie dynamische Prozessmessungen und kann technische Unterstützung für die miniaturisierte In-situ-Detektion von Wasserdampf und Wasserstoff-Sauerstoff-Isotopen in Niederdruck- und dynamischen Prozessen bieten.

Wasserdampf bei niedrigem Druck;Wasserstoff-Sauerstoff-Isotope;Wellenlängenmodulationsspektroskopie;Isotopenrückrechnung