[發(fā)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710377791.3
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107167510B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹春輝;杜麗;賀堅(jiān);李立武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院
• 主分類號(hào): G01N27/62
• 分類號(hào): G01N27/62;G01N1/28;G01N1/34;G01N1/44
• 代理公司: 北京元本知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11308
• 代理人: 秦力軍

本發(fā)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(shù)。包括：利用包括對(duì)外部天然氣進(jìn)行負(fù)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(cè)Xe同位素信息的Xe含量的且以Kr和Xe為主要成分的待測(cè)樣品；對(duì)所述的以Kr和Xe為主要成分的待測(cè)樣品進(jìn)行純化處理，得到僅有Kr和Xe組成分析樣品；對(duì)所述僅由Kr和Xe組成的分析樣品進(jìn)行分離處理，得到僅含Xe的分析樣品，通過對(duì)其進(jìn)行同位素分析，得到天然氣樣本中Xe的同位素信息。本發(fā)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(jié)果準(zhǔn)確，效率高，操作簡(jiǎn)單，普適性廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及頁巖殘余氣分析技術(shù)，尤其涉及稀有氣體在線分析方法及系統(tǒng)

技術(shù)背景

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

大氣氙還具有強(qiáng)烈的、全球性的分餾效應(yīng)。129Xe過剩代表的是地殼早期形成、現(xiàn)已滅絕的放射性核素129I的衰變產(chǎn)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(jié)構(gòu)特別復(fù)雜。尤其是天然氣中Xe同位素含量極低(10^-5ppm)，雜質(zhì)氣體多，導(dǎo)致天然氣中Xe同位素分析難度大。上世紀(jì)末，一些研究人員對(duì)Xe同位素分析測(cè)試進(jìn)行過嘗試，主要對(duì)礦物巖石中的Xe進(jìn)行了一些研究，由于分析方法不成熟，分析結(jié)果爭(zhēng)議較大，導(dǎo)致之后很少進(jìn)行該領(lǐng)域的研究工作。因此較巖石礦物中的Xe同位素分析更為復(fù)雜、困難?；诜治黾夹g(shù)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(shù)，其曾對(duì)Xe進(jìn)行同位素分析，但是其發(fā)現(xiàn)天然氣樣品中Xe的含量比Ar還要低約6個(gè)量級(jí)，即使分離時(shí)無丟失，其進(jìn)入質(zhì)譜計(jì)內(nèi)供分析用的絕對(duì)量仍是很微的，因此其采用了電子倍增器+粒子計(jì)數(shù)器或德利+光電倍增器去檢測(cè)Xe同位素。

目前，中國專利文獻(xiàn)號(hào)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(jìn)樣定量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)樣品的定量進(jìn)樣，然后送入惰性氣體真空凈化系統(tǒng)，利用其中的海綿鈦爐和鋯基吸氣爐使待測(cè)樣品氣體中的活性其它被吸收而凈化待測(cè)樣品；凈化的樣品先進(jìn)行四級(jí)桿質(zhì)譜計(jì)分析后，再送入惰性氣體低溫富集系統(tǒng)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(jìn)入同位素質(zhì)譜計(jì)中進(jìn)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(cè)得了Xe的同位素¹³²Xe，但是，僅測(cè)得¹³²Xe含量，并不能獲得Xe組分的總含量，因此，該專利文獻(xiàn)中的方法實(shí)際只適用于已知Xe同位素比值的樣品，而實(shí)際樣品檢測(cè)分析中Xe同位素比值必定是未知的樣品，因而該專利文獻(xiàn)中的方法沒有實(shí)際意義，只能提供儀器參數(shù)或者計(jì)算的矯正參數(shù)；而且，由于天然氣中Xe的含量極低，如果先對(duì)樣品組成成分進(jìn)行分析再對(duì)稀有氣體同位素分析需要大量進(jìn)樣才能使Xe分析達(dá)到儀器的線性范圍，這無疑將大量增加檢測(cè)裝置的負(fù)荷，然而，稀有氣體分析系統(tǒng)屬于超真空系統(tǒng)，不能實(shí)現(xiàn)大量樣品直接送入系統(tǒng)分析，可見，該技術(shù)仍存在一定的技術(shù)問題，不能獲得樣品中Xe的同位素含量。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的由于Xe含量極低導(dǎo)致的無法準(zhǔn)確檢測(cè)的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)便的同位素分析方法，該方法在分析之前先進(jìn)行簡(jiǎn)單的富集純化，再利用稀有氣體質(zhì)譜儀就可以獲得Xe的同位素信息，例如¹²⁹Xe、¹³¹Xe、¹³²Xe等，該方法準(zhǔn)確率高、操作簡(jiǎn)單，成本低，對(duì)地質(zhì)物體及地質(zhì)歷程的研究有重要意義。

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種富甲烷天然氣中Xe同位素分析方法，包括：