Neseniai Kinijos mokslų akademijos Okeanografijos instituto (IOCS) mokslininkų Xin Zhang grupė padarė naują pažangą metano anglies izotopų in situ identifikavimo ir kiekybinio įvertinimo srityje, remiantis in situ lazerine Ramano spektroskopija, naudodama reikšmingą Ramano spektrų skirtumą. metano anglies izotopų (13CH4 ir 12CH4), o susiję rezultatai neseniai buvo paskelbti tarptautiniame spektroskopijos žurnale Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.
Giliavandenės hidroterminės sistemos išskiria didelius kiekius CH4, H2 ir kitų redukuojančių dujų, kurios maitina unikalius chemosintetinius biomus, kurie yra svarbūs ankstyvojo gyvenimo kilmei tirti. Tačiau tokios didelės metano koncentracijos šaltinis vis dar ginčytinas, pvz., metano koncentracija vaivorykštės super-MgFe hidroterminėje sistemoje siekia net 2,5 mmol/kg, o tai yra daug didesnė nei metano išeiga vandens ir uolienų reakcijos metu. Anglies izotopų sudėtis CH4 yra galinga priemonė atskirti biogeninį ir abiogeninį metaną, tačiau esami eksperimentiniai metodai ir anglies izotopų vertės tyrimo metodai negali būti naudojami metano išeigai pašalinti iš laboratorijos. Tačiau esami eksperimentiniai metodai ir anglies izotopų vertės tyrimo metodai negali atmesti foninių anglies šaltinių įtakos, o tai labai paveikia eksperimento patikimumą. Pastaraisiais metais sparčiai vystantis in situ Ramano spektroskopijai, buvo įmanoma nustatyti dujų izotopus in situ, tačiau vis dar trūksta Ramano spektroskopinių metano anglies izotopų tyrimų aukštos temperatūros ir aukšto slėgio hidroterminėse sistemose.
Siekdama išspręsti minėtas problemas, tyrėjų komanda sistemingai tyrė Ramano spektrines 13CH4 ir 12CH4 charakteristikas grynoje CH4 sistemoje ir CH4-H2O sistemoje esant aukštai temperatūrai ir aukštam slėgiui (25-400oC, {{8). }} baras) naudojant kapiliarinę aukšto slėgio skaidrią ertmę. Buvo parodyta, kad būdingų 13CH4 smailių smailės buvo 2907 cm-1-2912cm-1 diapazone, didėjant temperatūrai ir mažėjant slėgiui, judant prie mažesnių bangų skaičiaus, o būdingos 12CH4 smailės buvo 2912 cm-1 -2917 cm-1 diapazone, o tai visada yra didesnis nei 13CH4 x 4.6-5.1 cm-1 esant tokiai pačiai temperatūrai ir slėgiui , rodantis, kad juos galima gerai atskirti Ramano spektroskopija (1 pav.). Be to, tyrėjų grupė taip pat sukūrė Ramano kiekybinio kalibravimo modelius 13CH4 ir 12CH4 koncentracijoms vandeniniuose tirpaluose (2 pav.), kurie parodė, kad Ramano kiekybinio kalibravimo modelių skirtumai ištirpusiems 13CH4 ir 12CH4 atsirado dėl skirtumų Ramano sklaidos skerspjūviai iš pačių ištirpusių 13CH4 ir 12CH4, o ne vandens molinio tankio pokyčiai arba ištirpusių 13CH4 ir 12CH4 Ramano sklaidos skerspjūviai. Susiję tyrimų rezultatai suteikia tvirtą paramą metano anglies izotopų sudėties in situ identifikavimui ir kiekybinei analizei, kurią galima plačiai pritaikyti atliekant aukštos temperatūros ir aukšto slėgio hidroterminius eksperimentus ir giliavandenius in situ tyrinėjimus.
Pirmasis straipsnio autorius yra Yuzhou Ge, Kinijos mokslų akademijos Okeanografijos instituto doktorantas, o Xin Zhang, mokslininkas, yra atitinkamas straipsnio autorius. Šį tyrimą bendrai finansavo Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas ir Kinijos mokslų akademijos A klasės strateginė bandomoji programa.
Susiję rezultatai ir nuorodos yra tokie:
Ge, Y., Li, L., Xi, S., Zhang, Y., Luan, Z. ir Zhang, X., 2023, Ramano spektrinių charakteristikų ir kiekybinių metodų palyginimas tarp 13CH4 ir 12CH4 nuo 25 iki 400 laipsnių ir 50–400 barų: Spectrochimica Acta A dalis: Molekulinė ir biomolekulinė spektroskopija, p. 123380.
1 pav. 13CH4 ir 12CH4 būdingų smailių smailių padėtis ir pusė aukščio bei pločio esant skirtingoms temperatūroms ir slėgiams.
2 pav. Ramano kiekybiniai 13CH4 ir 12CH4 kalibravimo modeliai, pagrįsti vandens OH lenkimo vibracinėmis juostomis (a) ir tempimo vibracinėmis juostomis (b)
