天然气水合物结构类型测定 激光拉曼光谱法-征求意见稿.docx

1

T/GERSXXXX—2024

天然气水合物结构类型测定激光拉曼光谱法

1范围

本标准规定了天然气水合物结构类型测定的通用要求、方法原理、仪器与设备、测定步骤和数据处理。

本标准适用于野外地质及实验室制备的天然气水合物样品的测试。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T5458DZ/T0445T/CAOE23

液氮生物容器

天然气水合物术语

天然气水合物实验测试技术规范

3术语和定义

DZ/T0445—2023、T/CAOE23—2020界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

Ⅰ型天然气水合物structureⅠnaturalgashydrate

晶体结构为Ⅰ型的天然气水合物，立方体心结构，理论分子式为6X?2Y?46H2O。注：X、Y分别代表大、小两种笼型结构。

3.2

Ⅱ型天然气水合物structureⅡnaturalgashydrate

晶体结构为Ⅱ型的天然气水合物，菱形立方结构，理论分子式为8X?16Y?136H2O。

3.3

水合数hydrationnumber

天然气水合物中水分子与气体分子的摩尔数比值。天然气水合物通常可以表述为M?NH2O，其中M为水合物中气体分子，N为水合数。

4通用要求

4.1样品保存

4.1.1野外地质获取及实验室制备的水合物样品应保存在液氮中，保存样品的液氮罐应符合GB/T5458

的相关技术要求。

4.1.2液氮罐宜放置在阴凉干燥且通风良好的环境中，并应远离热源。

4.1.3应定期检查液氮罐并补加液氮，确保天然气水合物样品始终浸没在液氮中。

2

T/GERSXXXX—2024

4.2测试要求

4.2.1样品测试在实验室内完成，样品的转移与处理过程宜在液氮保护下进行。

4.2.2测试环境的温湿度宜保持稳定（温度：20℃~25℃,湿度：35%～45%），测试过程中样品温

度应低于―80℃。

5方法原理

气体水合物笼内气体分子因受不同类型笼中局部分子环境的影响，其在不同笼中的拉曼位移略有不同，水合物态与气态的拉曼峰位也不同。笼越小，晶格中气体与水分子之间的相互作用越大，拉曼峰位移也越大，使用显微共焦激光拉曼光谱仪对天然气水合物样品进行测试，根据获得的拉曼谱图，分析相应谱峰面积，计算水合物中大笼小笼的拉曼峰面积比来间接确定水合物的结构类型。

6仪器与设备

6.1显微共焦激光拉曼光谱仪

光谱分辨率应不低于2cm-1，所用物镜倍数应不低于20倍，激光功率不宜高于10mW。

6.2低温样品台

测试时使用的低温样品台应能稳定控制温度低于―80℃,可使用液氮辅助降温。

6.3液氮罐

用于保存样品、转移样品或辅助低温样品台降温。

7测定步骤

7.1打开显微共焦激光拉曼光谱仪及激光器，检查光路是否正常。

注：激光器宜即开即用。

7.2选定激光波长、光栅和激光功率，待激光器发出的激光功率稳定后，采用单晶硅片进行拉曼位移光谱校准。

7.3连接好低温样品台，将低温样品台温度降至测试所需温度（―80℃以下），并保持稳定。

7.4将准备好的样品迅速转移至低温样品台内，在可见光的条件下调节显微焦距，务必使光源聚焦于样品表面。

7.5在操作软件里设定激光波长、光栅、扫描波数范围、激光功率、曝光时间和积分次数等测试参数。

7.6开始扫描，获得样品的拉曼谱图，对谱图进行相应的数据处理。

注：显微激光拉曼光谱仪推荐测试参数见附录A。

8数据处理

8.1拉曼谱图处理

3

T/GERSXXXX—2024

天然气水合物的典型拉曼谱图见图1。对样品的拉曼谱图进行基线校正、曲线平滑等处理，利用洛伦兹-高斯线型函数对所得拉曼谱图进行曲线拟合，获得大笼、小笼中甲烷分子拉曼位移峰位和峰面积。

图1天然气水合物典型拉曼谱图

8.2计算

根据式（1）计算水合物中大笼和小笼的拉曼峰面积比值C：

（1）

式中：

IL——大笼中甲烷拉曼峰面积；IS——小笼中甲烷拉曼峰面积。

若C值为3，则该水合物为Ⅰ型天然气水合物；若C值为0.5，则该水合物为Ⅱ型天然气水合物。

8.2.1Ⅰ型天然气水合物水合数

在Ⅰ型天然气水合物中，大笼和小笼的比值为3：1，甲烷在大笼和小笼中的占有率比值为：