Recentment, l'equip d'investigació de Xin Zhang de l'Institut d'Oceanografia de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (IOCS) ha fet nous avenços en la identificació i quantificació in situ d'isòtops de carboni metà basats en l'espectroscòpia Raman làser in situ, utilitzant la diferència significativa en els espectres Raman. d'isòtops de carboni metà (13CH4 i 12CH4), i els resultats relacionats s'han publicat recentment a la revista internacional d'espectroscòpia Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.
Els sistemes hidrotermals d'aigües profundes alliberen grans quantitats de CH4, H2 i altres gasos reductors que alimenten biomes quimiosintètics únics, que són importants per estudiar l'origen de la vida primerenca. No obstant això, la font d'una concentració de metà tan alta encara és controvertida, per exemple, la concentració de metà al sistema hidrotermal de super-MgFe de Rainbow és de fins a 2,5 mmol/kg, que és molt superior al rendiment de metà de la reacció aigua-roca. al laboratori. La composició d'isòtops de carboni del CH4 és un mitjà potent per diferenciar el metà biogènic i abiogènic, però les tècniques experimentals existents i els mètodes de prova del valor d'isòtops de carboni no es poden utilitzar per excloure el rendiment de metà del laboratori. Tanmateix, les tècniques experimentals existents i els mètodes de prova del valor dels isòtops de carboni no poden excloure la influència de les fonts de carboni de fons, la qual cosa afecta molt la fiabilitat experimental. En els darrers anys, el ràpid desenvolupament de l'espectroscòpia Raman in situ ha permès determinar isòtops de gas in situ, però encara hi ha una manca d'estudis espectroscòpics Raman d'isòtops de carboni metà en sistemes hidrotermals d'alta temperatura i alta pressió.
Per abordar els problemes anteriors, l'equip d'investigació va investigar sistemàticament les característiques espectrals Raman de 13CH4 i 12CH4 al sistema CH4 pur i al sistema CH4-H2O a alta temperatura i alta pressió (25-400oC, {{8 }} bar) utilitzant una cavitat capil·lar transparent d'alta pressió. Es va demostrar que els pics dels pics característics de 13CH4 estaven en el rang de 2907 cm-1-2912cm{-1, movent-se a números d'ona més baixos amb l'augment de la temperatura i la disminució de la pressió, mentre que els pics del els pics característics de 12CH4 estaven en el rang de 2912 cm-1 -2917 cm-1, que sempre és superior a 13CH4 per 4,6-5,1 cm-1 a la mateixa temperatura i pressió. , cosa que indica que els dos es poden distingir bé mitjançant l'espectroscòpia Raman (figura 1). A més, l'equip d'investigació també va establir models de calibratge quantitatiu Raman per a les concentracions de 13CH4 i 12CH4 en solucions aquoses (Fig. 2), que van demostrar que les diferències en els models de calibratge quantitatiu Raman per a 13CH4 i 12CH4 dissolts es deuen a les diferències en el Seccions transversals de dispersió Raman dels mateixos 13CH4 i 12CH4 dissolts, en lloc dels canvis en la densitat molar de l'aigua o les seccions transversals de dispersió Raman dels 13CH4 i 12CH4 dissolts. Els resultats de la investigació relacionats proporcionen un fort suport per a la identificació in situ i l'anàlisi quantitativa de la composició d'isòtops de carboni del metà, que té una àmplia perspectiva d'aplicació en experiments hidrotermals d'alta temperatura i alta pressió i exploració in situ de mar profund.
El primer autor de l'article és Yuzhou Ge, estudiant de doctorat a l'Institut d'Oceanografia de l'Acadèmia Xinesa de Ciències, i Xin Zhang, investigador, és l'autor corresponent de l'article. Aquesta investigació va ser finançada conjuntament per la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina i el Programa Pilot Estratègic de Classe A de l'Acadèmia Xinesa de Ciències.
Els resultats i enllaços relacionats són els següents:
Ge, Y., Li, L., Xi, S., Zhang, Y., Luan, Z. i Zhang, X., 2023, Comparació de característiques espectrals Raman i mètodes quantitatius entre 13CH4 i 12CH4 de 25 a 400 graus i 50 a 400 bar: Spectrochimica Acta Part A: Espectroscòpia Molecular i Biomolecular, p. 123380.
Fig. 1 Posicions dels pics i mitja alçada i amplada total dels pics característics de 13CH4 i 12CH4 a diferents temperatures i pressions.
Fig. 2 Models de calibratge quantitatiu Raman de 13CH4 i 12CH4 basats en bandes vibratòries de flexió d'OH (a) i bandes vibratòries d'estirament (b) de l'aigua
