Baru-baru ini, pasukan penyelidik Xin Zhang dari Institut Oseanografi, Akademi Sains China (IOCS) telah membuat kemajuan baharu dalam pengenalpastian in situ dan kuantifikasi isotop karbon metana berdasarkan spektroskopi Raman laser in situ, menggunakan perbezaan ketara dalam spektrum Raman isotop karbon metana (13CH4 dan 12CH4), dan keputusan yang berkaitan telah diterbitkan baru-baru ini dalam jurnal spektroskopi antarabangsa Spectrochimica Acta Bahagian A: Spektroskopi Molekul dan Biomolekul.
Sistem hidroterma laut dalam membebaskan sejumlah besar CH4, H2 dan gas pengurangan lain yang memberi makan kepada biom kemosintetik unik, yang penting untuk mengkaji asal usul kehidupan awal. Walau bagaimanapun, sumber kepekatan metana yang tinggi itu masih menjadi kontroversi, contohnya, kepekatan metana dalam sistem hidroterma super-MgFe Rainbow adalah setinggi 2.5 mmol/kg, yang jauh lebih tinggi daripada hasil metana bagi tindak balas batuan air. dalam makmal.Komposisi isotop karbon CH4 ialah cara yang berkuasa untuk membezakan antara metana biogenik dan abiogenik, tetapi teknik eksperimen sedia ada dan kaedah ujian nilai isotop karbon tidak boleh digunakan untuk mengecualikan hasil metana daripada makmal. Walau bagaimanapun, teknik eksperimen sedia ada dan kaedah ujian nilai isotop karbon tidak dapat mengecualikan pengaruh sumber karbon latar belakang, yang sangat mempengaruhi kebolehpercayaan eksperimen. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, perkembangan pesat spektroskopi Raman in situ telah memungkinkan untuk menentukan isotop gas in situ, tetapi masih terdapat kekurangan kajian spektroskopi Raman tentang isotop karbon metana di bawah sistem hidroterma suhu tinggi dan tekanan tinggi.
Untuk menangani masalah di atas, pasukan penyelidik secara sistematik menyiasat ciri spektrum Raman 13CH4 dan 12CH4 dalam sistem CH4 tulen dan sistem CH4-H2O pada suhu tinggi dan tekanan tinggi (25-400oC, {{8 }} bar) dengan menggunakan rongga lutsinar tekanan tinggi kapilari. Telah ditunjukkan bahawa puncak puncak ciri 13CH4 berada dalam julat 2907cm-1-2912cm-1, bergerak ke nombor gelombang yang lebih rendah dengan peningkatan suhu dan penurunan tekanan, manakala puncak bagi puncak ciri 12CH4 berada dalam julat 2912cm-1 -2917 cm-1, yang sentiasa lebih tinggi daripada 13CH4 kali 4.6-5.1 sm-1 di bawah suhu dan tekanan yang sama , menunjukkan bahawa kedua-duanya boleh dibezakan dengan baik oleh spektroskopi Raman (Rajah 1). Di samping itu, pasukan penyelidik juga menubuhkan model penentukuran kuantitatif Raman untuk kepekatan 13CH4 dan 12CH4 dalam larutan akueus (Rajah 2), yang menunjukkan bahawa perbezaan dalam model penentukuran kuantitatif Raman untuk 13CH4 dan 12CH4 terlarut adalah disebabkan oleh perbezaan dalam Raman menyerakkan keratan rentas 13CH4 dan 12CH4 terlarut itu sendiri, bukannya perubahan dalam ketumpatan molar air atau keratan rentas penyerakan Raman bagi 13CH4 dan 12CH4 terlarut. Hasil penyelidikan berkaitan memberikan sokongan kuat untuk pengenalpastian in situ dan analisis kuantitatif komposisi isotop karbon metana, yang mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam eksperimen hidroterma suhu tinggi dan tekanan tinggi dan penerokaan in situ laut dalam.
Pengarang pertama kertas itu ialah Yuzhou Ge, seorang pelajar kedoktoran di Institut Oseanografi, Akademi Sains China, dan Xin Zhang, seorang penyelidik, adalah pengarang artikel yang sepadan. Penyelidikan ini dibiayai bersama oleh Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China dan Program Perintis Strategik Kelas A Akademi Sains China.
Keputusan dan pautan yang berkaitan adalah seperti berikut:
Ge, Y., Li, L., Xi, S., Zhang, Y., Luan, Z., dan Zhang, X., 2023, Perbandingan ciri spektrum Raman dan kaedah kuantitatif antara 13CH4 dan 12CH4 dari 25 hingga 400 darjah dan 50 hingga 400 bar: Spectrochimica Acta Bahagian A: Spektroskopi Molekul dan Biomolekul, hlm. 123380.
Rajah 1 Kedudukan puncak dan separuh tinggi dan lebar penuh bagi puncak ciri 13CH4 dan 12CH4 pada suhu dan tekanan yang berbeza.
Rajah 2 Model penentukuran kuantitatif Raman 13CH4 dan 12CH4 berdasarkan jalur getaran lentur OH (a) dan jalur getaran regangan (b) air
