Äskettäin Kiinan tiedeakatemian (IOCS) Oceanography Instituten (IOCS) tutkimusryhmä Xin Zhangin on edistynyt metaanihiili-isotooppien in situ tunnistamisessa ja kvantifioinnissa in situ -laser-Raman-spektroskopiaan perustuen Raman-spektrien merkittävää eroa hyödyntäen. metaanihiili-isotooppeja (13CH4 ja 12CH4), ja niihin liittyvät tulokset on äskettäin julkaistu kansainvälisessä spektroskopialehdessä Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.
Syvänmeren hydrotermiset järjestelmät vapauttavat suuria määriä CH4-, H2- ja muita pelkistäviä kaasuja, jotka ruokkivat ainutlaatuisia kemosynteettisiä biomeja, jotka ovat tärkeitä varhaisen elämän alkuperän tutkimisen kannalta. Näin korkean metaanipitoisuuden lähde on kuitenkin edelleen kiistanalainen, esim. Rainbow'n super-MgFe-hydrotermisessä järjestelmässä metaanipitoisuus on jopa 2,5 mmol/kg, mikä on paljon korkeampi kuin vesi-kivireaktion metaanisaanto. laboratoriossa. CH4:n hiili-isotooppikoostumus on tehokas tapa erottaa biogeeninen ja abiogeeninen metaan, mutta olemassa olevilla kokeellisilla tekniikoilla ja hiili-isotooppiarvojen testausmenetelmillä ei voida sulkea pois metaanisaantoa laboratoriosta. Nykyiset koetekniikat ja hiili-isotooppiarvojen testausmenetelmät eivät kuitenkaan pysty sulkemaan pois taustahiilen lähteiden vaikutusta, mikä vaikuttaa suuresti kokeen luotettavuuteen. Viime vuosina in situ Raman -spektroskopian nopea kehitys on mahdollistanut kaasu-isotooppien määrittämisen in situ, mutta metaanihiili-isotooppien Raman-spektroskooppisista tutkimuksista korkean lämpötilan ja korkean paineen hydrotermisissä järjestelmissä on edelleen puute.
Yllä olevien ongelmien ratkaisemiseksi tutkimusryhmä tutki systemaattisesti 13CH4:n ja 12CH4:n Raman-spektriominaisuuksia puhtaassa CH4-järjestelmässä ja CH4-H2O-järjestelmässä korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa (25-400oC, {{8). }} bar) käyttämällä kapillaarin korkeapaineista läpinäkyvää onteloa. Osoitettiin, että 13CH4:n tyypillisten piikkien huiput olivat alueella 2907 cm-1-2912cm-1 ja siirtyivät pienemmille aaltoluvuille lämpötilan noustessa ja paineen laskussa, kun taas 12CH4:n tyypilliset piikit olivat alueella 2912 cm-1 -2917 cm-1, mikä on aina korkeampi kuin 13CH4 x 4.6-5.1 cm-1 samassa lämpötilassa ja paineessa , mikä osoittaa, että nämä kaksi voidaan erottaa hyvin Raman-spektroskopialla (kuva 1). Lisäksi tutkimusryhmä loi myös kvantitatiivisia Raman-kalibrointimalleja 13CH4- ja 12CH4-pitoisuuksille vesiliuoksissa (kuva 2), jotka osoittivat, että erot liuenneen 13CH4:n ja 12CH4:n kvantitatiivisissa Raman-kalibrointimalleissa johtuivat eroista Itse liuenneen 13CH4:n ja 12CH4:n Raman-sirontapoikkileikkaukset, ei veden moolitiheyden muutokset tai liuenneiden 13CH4:n ja 12CH4:n Raman-sirontapoikkileikkaukset. Aiheeseen liittyvät tutkimustulokset antavat vahvan tuen metaanin hiili-isotooppikoostumuksen in situ tunnistamiselle ja kvantitatiiviselle analyysille, jolla on laaja sovellusnäkymä korkean lämpötilan ja korkean paineen hydrotermisissä kokeissa sekä syvänmeren in situ -tutkimuksessa.
Paperin ensimmäinen kirjoittaja on Yuzhou Ge, tohtoriopiskelija Institute of Oceanographyssa, Kiinan tiedeakatemiassa, ja tutkija Xin Zhang on artikkelin vastaava kirjoittaja. Tätä tutkimusta rahoittivat yhdessä Kiinan National Natural Science Foundation ja Kiinan tiedeakatemian A-luokan strateginen pilottiohjelma.
Aiheeseen liittyvät tulokset ja linkit ovat seuraavat:
Ge, Y., Li, L., Xi, S., Zhang, Y., Luan, Z. ja Zhang, X., 2023, Ramanin spektriominaisuuksien ja kvantitatiivisten menetelmien vertailu 13CH4:n ja 12CH4:n välillä 25 - 400 astetta ja 50-400 bar: Spectrochimica Acta Osa A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, s. 123380.
Kuva 1 13CH4:n ja 12CH4:n tunnusomaisten piikkien piikkien paikat ja puolikorkeus ja koko leveys eri lämpötiloissa ja paineissa.
Kuva 2 13CH4:n ja 12CH4:n kvantitatiiviset Raman-kalibrointimallit, jotka perustuvat veden OH-taivutusvärähtelykaistoihin (a) ja venyviin värähtelykaistoihin (b)
