新聞動態劉文等-JCA：利用在線富集方法準確測定低含量氣態烴分子間和分子內
同位素組成
天然氣是一種清潔能源，在全球能源轉變的過程中發揮著重要作用。穩定同位素組成被廣泛用于天然氣來源和成熟度研究。隨著分析技術的發展，穩定同位素分析已經從總同位素分析（BSIA）發展到單體化合物同位素分析（CSIA）、化合物分子內特定位置同位素分析（PSIA）和團簇同位素（Clumped Isotope）階段。分析物含量是影響同位素比質譜（IRMS）測定結果準確性的主要因素之一。然而，天然氣中C2–C5氣態烴的相對體積含量通常低于0.1%，尤其是高成熟天然氣中C3+重烴氣常不足0.01%，這導致C2+氣態烴的同位素難以測定或測定的數據誤差很大，阻礙了穩定同位素指標在天然氣成因和來源方面的應用。
針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室博士生劉文在導師熊永強研究員、李蕓特任研究員、蔣文敏副研究員的指導下，建立了一種簡單、快速的低含量C2+氣態烴在線富集方法，特別適合于單個氣態烴的CSIA和丙烷的PSIA的精確測定。該方法在現有GC-IRMS或GC-Py-GC-IRMS分析平臺基礎上，在進樣口前端增加了低溫冷凍富集裝置（圖1）。對比不同進樣體積下C2+氣態烴的富集系數，該方法可以有效提高C2–C5氣態烴的含量（圖2）。經過該方法富集，用于單體化合物碳和氫同位素組成以及丙烷特定位置碳同位素組成測定的氣態烴相對體積含量（相對于天然氣總體積）下限由原來的0.05%、0.15%和0.3%分別降至0.001%、0.003%和0.005%。另外，標準樣品富集前后同位素組成對比結果顯示，該富集方法不會造成明顯的同位素分餾?；谠摲椒?，單個氣態烴化合物δ13C值和δD值的精度分別為±0.4‰和±2.8‰，丙烷的分子內同位素組成δ13Ca（端元碳）、δ13Cb（中心碳）和SP（δ13Ca - δ13Cb）值的精度分別為±0.3‰、±0.5‰和±0.7‰。該方法已成功用于鄂爾多斯盆地和四川盆地高成熟天然氣中低含量氣態烴的同位素組成測定，為深層油氣成因與來源提供了更多、更準確有效的信息。
圖1 測量裝置示意圖
圖2 不同進樣體積下C2–C5氣態烴的富集系數
研究成果近期發表于國際期刊《Journal of Chromatography A》上。該項研究受國家自然科學基金（42072159、42073065、42272164）等項目的資助。
論文信息：Liu W. (劉文), Li, Y. * (李蕓), Jiang W. * (蔣文敏), Xiong Y. (熊永強), Determination of intermolecular and intramolecular isotopic compositions of low-abundance gaseous hydrocarbons using an online hydrocarbon gas concentration method. Journal of Chromatography A, 2023, 1706, 464250.
