[發明專利]一種富甲烷天然氣中Xe同位素分析方法及分析裝置

有效

• 申請號: 201710377791.3
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN107167510B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 曹春輝;杜麗;賀堅;李立武
• 申請（專利權）人: 中國科學院西北生態環境資源研究院
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62;G01N1/28;G01N1/34;G01N1/44
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 秦力軍

本發明公開了一種富甲烷天然氣中Xe同位素分析方法及分析裝置，涉及稀有氣體同位素分析技術。包括：利用包括對外部天然氣進行負壓抽取、除水、低溫收集的Xe富集處理，從外部天然氣中得到具有足以檢測Xe同位素信息的Xe含量的且以Kr和Xe為主要成分的待測樣品；對所述的以Kr和Xe為主要成分的待測樣品進行純化處理，得到僅有Kr和Xe組成分析樣品；對所述僅由Kr和Xe組成的分析樣品進行分離處理，得到僅含Xe的分析樣品，通過對其進行同位素分析，得到天然氣樣本中Xe的同位素信息。本發明方法可以直接獲得Xe同位素含量，分析過程的影響因素少，結果準確，效率高，操作簡單，普適性廣。

技術領域

本發明涉及頁巖殘余氣分析技術，尤其涉及稀有氣體在線分析方法及系統

技術背景

稀有氣體因其化學性質不活潑、在自然界豐度低、成因均與特定的核過程相關而成為地質物體及地質歷程的重要示蹤劑，對于研究地球早期歷史、地幔-地殼的物質演化，地球的脫氣和大氣圈的形成，以及同位素年齡測定等都具有重要意義。

大氣氙還具有強烈的、全球性的分餾效應。129Xe過剩代表的是地殼早期形成、現已滅絕的放射性核素129I的衰變產物。在天然氣中如果存在129Xe過剩，則意味著其中有地球原始組分的加入。

但是，地球上氙的同位素結構特別復雜。尤其是天然氣中Xe同位素含量極低(10^-5ppm)，雜質氣體多，導致天然氣中Xe同位素分析難度大。上世紀末，一些研究人員對Xe同位素分析測試進行過嘗試，主要對礦物巖石中的Xe進行了一些研究，由于分析方法不成熟，分析結果爭議較大，導致之后很少進行該領域的研究工作。因此較巖石礦物中的Xe同位素分析更為復雜、困難。基于分析技術的壁壘，世界上幾乎沒有天然氣中Xe同位素分析研究工作。

孫明良公開了一種天然氣中稀有氣體同位素的分析技術，其曾對Xe進行同位素分析，但是其發現天然氣樣品中Xe的含量比Ar還要低約6個量級，即使分離時無丟失，其進入質譜計內供分析用的絕對量仍是很微的，因此其采用了電子倍增器+粒子計數器或德利+光電倍增器去檢測Xe同位素。

目前，中國專利文獻號為CN102012333B公開了一種惰性氣體純化富集裝置及其使用方法，其通過進樣定量控制系統實現樣品的定量進樣，然后送入惰性氣體真空凈化系統，利用其中的海綿鈦爐和鋯基吸氣爐使待測樣品氣體中的活性其它被吸收而凈化待測樣品；凈化的樣品先進行四級桿質譜計分析后，再送入惰性氣體低溫富集系統使惰性氣體冷凍富集于活性碳阱中，然后再將樣品中He、Ne、Ar、Kr、Xe各組份依次進入同位素質譜計中進行同位素分析，可見上述裝置成功得到了樣品中的各成分組成，而且也測得了Xe的同位素¹³²Xe，但是，僅測得¹³²Xe含量，并不能獲得Xe組分的總含量，因此，該專利文獻中的方法實際只適用于已知Xe同位素比值的樣品，而實際樣品檢測分析中Xe同位素比值必定是未知的樣品，因而該專利文獻中的方法沒有實際意義，只能提供儀器參數或者計算的矯正參數；而且，由于天然氣中Xe的含量極低，如果先對樣品組成成分進行分析再對稀有氣體同位素分析需要大量進樣才能使Xe分析達到儀器的線性范圍，這無疑將大量增加檢測裝置的負荷，然而，稀有氣體分析系統屬于超真空系統，不能實現大量樣品直接送入系統分析，可見，該技術仍存在一定的技術問題，不能獲得樣品中Xe的同位素含量。

發明內容

為了解決現有技術中存在的由于Xe含量極低導致的無法準確檢測的技術問題，本發明提供一種簡便的同位素分析方法，該方法在分析之前先進行簡單的富集純化，再利用稀有氣體質譜儀就可以獲得Xe的同位素信息，例如¹²⁹Xe、¹³¹Xe、¹³²Xe等，該方法準確率高、操作簡單，成本低，對地質物體及地質歷程的研究有重要意義。

為解決現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種富甲烷天然氣中Xe同位素分析方法，包括：