CN103018357A - 色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法 - Google Patents

色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法 Download PDF

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潘旭
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Abstract

本发明涉及一种色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，该方法包括以下步骤：⑴建立甲烷稳定同位素比值数学模型；⑵将纯度大于99.999%的载气以0.20~0.60MPa的输出压力通过净化器，使净化后的载气纯度大于99.9999%或大于99.99999%；⑶将净化后的载气通入气相色谱仪内已放置待测样品的色谱柱中，经吸附脱附作用后，待测样品中的甲烷进入质量检测器进行测量，得到待测气体中甲烷分子16、17、18、19、20、21质量数丰度；⑷将待测气体中甲烷分子16、17、18、19、20、21质量数丰度带入表2即可得到15个甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值。本发明通过建立数学模型达到甲烷来源的精细表达的目的，可用于人类健康、人体医学及动、植物研究中的无创伤性检测。

Description

色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法
技术领域
本发明涉及人体医学、动植物研究、石油、天然气、煤碳、环保等技术领域，尤其涉及色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法。
背景技术
甲烷稳定碳同位素组成作为气态烃的示踪剂，是近地表油气化探中常用的判别烃类来源的方法。油气化探中分析土壤中不同赋存状态的烃类的甲烷稳定碳同位素，一直沿用有机地球化学中的标准来确定地表土壤中的烃类属何种成因，所获得的结果往往令人难以信服。因此，运用稳定同位素表征技术揭示甲烷生成途径可为针对性的微生态调控提供依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简便、易行的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法。
为解决上述问题，本发明所述的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，包括以下步骤：
⑴建立甲烷稳定同位素比值数学模型：
根据甲烷分子是由四种稳定同位素C12、C13、H1、H2元素组成，在不同的条件下会形成六种不同质量数的碳、氢元素甲烷分子，即表1：
据此，可获得15个甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值，即表2：
Figure 739392DEST_PATH_IMAGE002
；
⑵将纯度大于99.999%的的载气以0.20~0.60 MPa的输出压力通过净化器，使净化后的载气纯度大于99.9999%或大于99.99999%；
⑶将所述净化后的载气以25~195ml/min的流量、在10~40℃的温度下通入气相色谱仪内已放置待测样品的色谱柱中，在20~250℃的温度下经吸附脱附作用后，所述待测样品中的甲烷进入质量检测器进行测量，得到待测气体中甲烷分子16、17、18、19、20、21质量数丰度；
⑷将所述待测气体中甲烷分子16、17、18、19、20、21质量数丰度带入表2即可得到15个甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值。
所述步骤⑵中的载气为He、Ne、Ar、N2、H2中的任意一种。
所述步骤⑵中的净化器是由三支串联且内径均为30~45㎜、长度均为250~450㎜的内装分子筛、变色硅胶和脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器组成；所述内装变色硅胶的容器的一端与所述内装分子筛的容器相连，其另一端则与所述内装脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器相连；所述内装分子筛的容器与所述载气相通；所述内装脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器中脱氧、脱烃、脱碳氧化物的容积比为1：1：1，并与所述色谱柱相通。
所述内装分子筛的容器内充填4A分子筛和5A分子筛，且4A分子筛、5A分子筛的容积比为1：1。
所述脱氧填料是指脱氧催化剂。
所述脱烃填料是指脱烃催化剂。
所述脱碳氧化物是指二氧化碳净化催化剂。
所述步骤⑶中的色谱柱是指内径为1~5mm、柱长为0.3~8m且内填Porapak、Chromosorb、GDX高聚物小球、分子筛和碳分子筛填料的不锈钢管，或内径为0.25~0.53mm、柱长为30~60m 的PLOT Q石英毛细管；其中分子筛为4A、5A、13X分子筛中的一种。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过建立数学模型达到甲烷来源的精细表达的目的，根据本发明方法可建立各个样品的甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值指纹库，用于相互比对，可用于人类健康、人体医学及动、植物研究中的无创伤性检测。
2、本发明方法简便、实用，具有良好的应用前景。
具体实施方式
色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，包括以下步骤：
⑴建立甲烷稳定同位素比值数学模型：
根据甲烷分子是由四种稳定同位素C12、C13、H1、H2元素组成，在不同的条件下会形成六种不同质量数的碳、氢元素甲烷分子，即表1：
Figure 553764DEST_PATH_IMAGE001
据此，可获得15个甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值，即表2：
Figure 310980DEST_PATH_IMAGE002
。
⑵将纯度大于99.999%的的载气以0.20~0.60 MPa的输出压力通过净化器，使净化后的载气纯度大于99.9999%或大于99.99999%。
其中：载气为He、Ne、Ar、N2、H2中的任意一种。
净化器是由三支串联且内径均为30~45㎜、长度均为250~450㎜的内装分子筛、变色硅胶和脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器组成。内装变色硅胶的容器的一端与内装分子筛的容器相连，其另一端则与内装脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器相连；内装分子筛的容器与所述载气相通；内装脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器中脱氧、脱烃、脱碳氧化物的容积比为1：1：1，并与色谱柱相通。
内装分子筛的容器内充填4A分子筛和5A分子筛，且4A分子筛、5A分子筛的容积比为1：1。
脱氧填料是指脱氧催化剂。
脱烃填料是指脱烃催化剂。
脱碳氧化物是指二氧化碳净化催化剂。
⑶将净化后的载气以25~195ml/min的流量、在10~40℃的温度下通入气相色谱仪内已放置待测样品的色谱柱中，在20~250℃的温度下经吸附脱附作用后，待测样品中的甲烷进入质量检测器进行测量，得到待测气体中甲烷分子16、17、18、19、20、21质量数丰度。
其中：色谱柱是指内径为1~5mm、柱长为0.3~8m且内填Porapak、Chromosorb、GDX高聚物小球、分子筛和碳分子筛填料的不锈钢管，或内径为0.25~0.53mm、柱长为30~60m 的PLOT Q石英毛细管；其中分子筛为4A、5A、13X分子筛中的一种。
⑷将待测气体中甲烷分子16、17、18、19、20、21质量数丰度带入表2即可得到15个甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值。

Claims (8)

1.色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，包括以下步骤：
⑴建立甲烷稳定同位素比值数学模型：
根据甲烷分子是由四种稳定同位素C12、C13、H1、H2元素组成，在不同的条件下会形成六种不同质量数的碳、氢元素甲烷分子，即表1：
Figure 2012104939838100001DEST_PATH_IMAGE001
据此，可获得15个甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值，即表2：
Figure 763616DEST_PATH_IMAGE002
；
⑵将纯度大于99.999%的的载气以0.20~0.60 MPa的输出压力通过净化器，使净化后的载气纯度大于99.9999%或大于99.99999%；
⑶将所述净化后的载气以25~195ml/min的流量、在10~40℃的温度下通入气相色谱仪内已放置待测样品的色谱柱中，在20~250℃的温度下经吸附脱附作用后，所述待测样品中的甲烷进入质量检测器进行测量，得到待测气体中甲烷分子16、17、18、19、20、21质量数丰度；
⑷将所述待测气体中甲烷分子16、17、18、19、20、21质量数丰度带入表2即可得到15个甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值。
2.如权利要求1所述的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，其特征在于：所述步骤⑵中的载气为He、Ne、Ar、N2、H2中的任意一种。
3.如权利要求1所述的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，其特征在于：所述步骤⑵中的净化器是由三支串联且内径均为30~45㎜、长度均为250~450㎜的内装分子筛、变色硅胶和脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器组成；所述内装变色硅胶的容器的一端与所述内装分子筛的容器相连，其另一端则与所述内装脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器相连；所述内装分子筛的容器与所述载气相通；所述内装脱氧-脱烃-脱碳氧化物填料的容器中脱氧、脱烃、脱碳氧化物的容积比为1：1：1，并与所述色谱柱相通。
4.如权利要求3所述的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，其特征在于：所述内装分子筛的容器内充填4A分子筛和5A分子筛，且4A分子筛、5A分子筛的容积比为1：1。
5.如权利要求3所述的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，其特征在于：所述脱氧填料是指脱氧催化剂。
6.如权利要求3所述的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，其特征在于：所述脱烃填料是指脱烃催化剂。
7.如权利要求3所述的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，其特征在于：所述脱碳氧化物是指二氧化碳净化催化剂。
8.如权利要求1所述的色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法，其特征在于：所述步骤⑶中的色谱柱是指内径为1~5mm、柱长为0.3~8m且内填Porapak、Chromosorb、GDX高聚物小球、分子筛和碳分子筛填料的不锈钢管，或内径为0.25~0.53mm、柱长为30~60m 的PLOT Q石英毛细管；其中分子筛为4A、5A、13X分子筛中的一种。
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