[发明专利]气体中甲烷碳同位素组成在线连续流分析提取装置及方法

说明书

本发明属于气体中甲烷碳同位素组成测定技术领域，具体公开一种用于气体中甲烷在线连续流提取装置及碳同位素组成分析方法，该装置包括第一六通阀、与第一六通阀连通的多个氦气进气口、与第一六通阀连通的第二六通阀、与第二六通阀连通的氦气进气口、与第二六通阀连通的二氧化碳收集管、与第二六通阀连通的单开口石英管、与第二六通阀连通的稳定同位素质谱仪，该方法如下：步骤1、气体装样；步骤2、反吹去气，将气体收集管两端管道内空气排出干净；步骤3、气体中甲烷氧化、纯化及收集；步骤4、二氧化碳升华进样；步骤5、甲烷碳同位素测定。本发明解决了离线前处理制样气体用量过大、操作过程繁琐、效率低下的问题。

技术领域

本发明属于气体中甲烷碳同位素组成测定技术领域，具体涉及一种用于气体中甲烷在线连续流提取装置及碳同位素组成分析方法。

背景技术

甲烷具有化学活性，可以强烈吸收地表红外光波而导致地表和近地层大气温度增加，被称为仅次于二氧化碳的第二大温室气体，通过直接或者间接获得甲烷碳同位素分析数据，可以揭示甲烷的产生、传输及释放等微环境机理和相对贡献率，提供甲烷源汇及大气浓度变化的重要信息。另外，甲烷碳同位素组成可以用于追踪盆地天然气水合物、气藏的气体来源，研究其成因机制。目前测试甲烷碳同位素组成的方法主要有离线式双路测试法、气相色谱-质谱连用方法及激光吸收光谱技术，但是这些分析方法在测试甲烷碳同位素组成时都存在一定的缺陷。

离线式双路测试法一般是将装有约50L空气的容器连接于一套离线真空系统，抽完真空后用酒精干冰将空气中水蒸气凝结，CO₂及N₂O使用液氮冷冻，CH₄及其它液氮不能冷凝的气体经过高温氧化炉后反应生成CO₂及H₂O，分离提纯并由样品收集管冷冻收集生成的CO₂，质谱仪的双路测试其碳同位素组成。双路法分析需要的样品气体量太大，造成纯化过程繁琐，消耗大量的酒精、干冰及液氮，分析成本高、效率低下。

气相色谱-质谱连用方法用气体进样针吸入一定体积的气体，将样品注入气相色谱的注射器中，气体样品在高纯He气流带动下，进入一定温度的色谱柱分离，气体中的O₂被还原炉吸收，CH₄与其它气体分离后经过高温燃烧炉氧化生成CO₂及H₂O，经由水阱除水后气体质谱仪测量碳同位素组成。对于甲烷含量10％以上的样品，该方法测试能够得到较好的结果，但是对于甲烷含量达到ppm级，超出气相色谱-质谱法的检出限，不能测试其碳同位素组成。

激光吸收光谱技术利用待测微量气体在特定波长的位置对该波长激光存在吸收的特点，使用激光器扫描驱动电流得到¹³CH₄和¹²CH₄的吸收谱线，通过软件仿真得到室温下、一个大气压且在5％水汽干扰情况下的直接吸收光谱，从仿真结果可以得到所选吸收谱线的强度和相互之间的波数差，在所选的同位素谱线¹²CH₄处气体谱线比较独立，但是目前的激光器不能将¹³CH₄对应的三条吸收谱线有效分开，吸收强度为三者强度之和。因此，激光吸收光谱技术测试甲烷碳同位素组成的准确度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体中甲烷同位素组成在线连续流分析提取装置及方法，解决了离线前处理制样气体用量过大、操作过程繁琐、效率低下的问题，弥补了气相色谱-质谱法不能测试低含量甲烷碳同位素组成及激光吸收光谱技术分析准确度较低的不足。