CN111855481A - 一种吸附气体同位素分馏数据测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例提供一种吸附气体同位素分馏数据测量方法及装置。所述方法包括：向测量装置中注入待测气体至第一饱和气压；所述测量装置中存在固体样本和待测气体；所述待测气体包括吸附于固体样本中的吸附相气体和测量装置内的自由相气体；在所述测量装置的气压降低至第二饱和气压后，确定测量装置中释放出的第一气体的第一同位素比值；检测至少一个降压阶段中测量装置中释放出的第二气体的质量；获取所述第二气体的第二同位素比值；根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据。上述方法实现了对于固体样本中解吸的不同同位素的吸附气体的测量，确保了对同位素分馏数据的获取。

Description

一种吸附气体同位素分馏数据测量方法及装置

技术领域

本说明书实施例涉及地质勘探开发技术领域，特别涉及一种吸附气体同位素分馏数据测量方法及装置。

背景技术

随着地质勘探开发技术的发展，对于地层中的甲烷、天然气等气体的开采程度逐渐提高。地层中的甲烷、天然气等气体往往会以吸附态存在于岩层中，随着开采的进行，这些气体随着地层压力的降低逐渐从岩层中解吸并转化为游离态后采出。因此，对于吸附于岩层中的气体随压力而解吸的过程进行探究对于勘探开发工作具有重要的指导意义。

目前在针对吸附气体从岩层中解吸的过程进行探究时，往往直接利用实验确定吸附气体解吸的量与压力之间的对应关系。但是，由于吸附气体中的部分元素可能会存在不同的稳定同位素，使得对应于不同同位素的吸附气体的摩尔质量存在差异，从而产生同位素分馏现象。同位素分馏现象指对应于不同同位素的吸附气体随压力变化而解吸的过程存在差异的现象，例如，在某一压力下，在对应于某一同位素的吸附气体已经开始解吸，但对应于其他同位素的吸附气体可能仍未开始解吸，从而造成吸附气体存在多种不同的吸附-脱附情况，进而使得吸附气体的解吸过程并不是一个稳定变化的过程，直接确定吸附气体解吸的量与压力之间的对应关系可能会使得结果存在较大误差。因此，目前亟需一种能够确定岩样中吸附气体的同位素分馏情况的方法。

发明内容

本说明书实施例的目的是提供一种吸附气体同位素分馏数据测量方法及装置，以解决如何确定岩样中吸附气体的同位素分馏情况的问题。

为了解决上述技术问题，本说明书实施例提出一种吸附气体同位素分馏数据测量方法，包括：

向测量装置中注入待测气体至第一饱和气压；所述测量装置中存在固体样本和待测气体；所述待测气体包括吸附于固体样本中的吸附相气体和测量装置内的自由相气体；所述第一饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；

在所述测量装置的气压降低至第二饱和气压后后，确定测量装置中释放出的第一气体的第一同位素比值；所述第二饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；所述第一同位素比值表示所述自由相气体中不同同位素的比重；

检测至少一个降压阶段中测量装置中释放出的第二气体的质量；

获取所述第二气体的第二同位素比值；所述第二同位素比值表示所述第二气体中不同同位素的比重；

根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据；所述同位素分馏数据包括对应于不同同位素的解吸的吸附相气体的量。

本说明书实施例还提出一种吸附气体同位素分馏数据测量装置，包括：

待测气体注入模块，用于向测量装置中注入待测气体至第一饱和气压；所述测量装置中存在固体样本和待测气体；所述待测气体包括吸附于固体样本中的吸附相气体和测量装置内的自由相气体；所述第一饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；

第一同位素比值测量模块，用于在所述测量装置的气压降低至第二饱和气压后，测量测量装置中释放出的第一气体的第一同位素比值；所述第二饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；所述第一同位素比值表示所述自由相气体中不同同位素的比重；

第二气体质量检测模块，用于检测至少一个降压阶段中测量装置中释放出的第二气体的质量；

第二同位素比值获取模块，用于获取所述第二气体的第二同位素比值；所述第二同位素比值表示所述第二气体中不同同位素的比重；

同位素分馏数据计算模块，用于根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据；所述同位素分馏数据包括具有不同同位素的解吸的吸附相气体的量。

由以上本说明书实施例提供的技术方案可见，本说明书实施例通过确定测量装置中的自由相气体中不同同位素的比值后，通过获取降压过程中所释放的气体，可以确定其中属于自由相气体的对应于不同同位素的气体，从而确定在降压阶段中固体样本中所释放出的吸附相气体以及吸附相气体中不同同位素的量，进而能够依次获取各个降压阶段中对应于不同同位素的吸附相气体的解吸情况，实现对于吸附气体的同位素分馏数据的获取。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本说明书实施例一种吸附气体同位素分馏数据测量方法的流程图；

图2为本说明书实施例一种测量装置的示意图；

图3为本说明书实施例一种甲烷密度与吸附量关系的示意图；

图4为本说明书实施例一种吸附气体同位素分馏数据测量装置的模块图。

具体实施方式

下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

为了解决上述技术问题，下面结合附图1介绍本说明书实施例一种吸附气体同位素分馏数据测量方法。所述方法包括以下具体步骤。

S110：向测量装置中注入待测气体至第一饱和气压；所述测量装置中存在固体样本和待测气体；所述待测气体包括吸附于固体样本中的吸附相气体和测量装置内的自由相气体；所述第一饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态。

测量装置即为用于测量质量的装置。为了保证固体样本中能够吸附有气体且保证所吸附的气体为本说明书实施例所探究的气体，所述测量装置可以为密封装置，且能够对所述测量装置内的气压进行调整。此外，为了保证能够获取到固体样本中解吸的气体的质量，所述测量装置的准确度也需要得到保障。

固体样本是可以吸附气体的样本。所述固体样本例如可以是地层中直接采集的岩样，或者也可以是由某种特定材料构成的样本。

待测气体是可以吸附于固体样本中，且对应有不同的同位素的气体。由于对应于不同的同位素的待测气体具有不同的质量，使得在压力变化的情况下，对应于不同的同位素的待测气体具有不同的解吸状态。例如，甲烷气体可以吸附于岩样中，且甲烷气体具有¹³CH₄和¹²CH₄两种稳定的存在形式，但在地层中的压力减小时，岩样中的¹³CH₄和¹²CH₄可能并不是在同一气压时产生解吸，对应于不同的气压解吸的气体的量也不相同。因此，需要对待测气体的同位素分馏情况进行测量。

在本说明书的实施方式中，为了保证对于所述待测气体的同位素分馏数据的测量不被干扰，在所述测量装置中可以只注入所述待测气体，相应的，所述测量装置中的测量气体包括吸附于固体样本中的吸附相气体和未吸附于固体样本中但位于所述测量装置内的自由相气体。同位素分馏数据即为在降低测量装置中的气压时，所述吸附相气体从固体样本中解吸出的对应于不同同位素的气体的量。

在一些实施方式中，所述测量装置可以包括磁悬浮天平。磁悬浮天平为高精度的测量装置，实验精度可以达到10μg，且最高测试压力为35MPa，最高测试温度为150℃。由于采用循环油浴加热，温度波动范围可以控制在0.2℃以内。

如图2所示，所述磁悬浮天平包含电磁铁和样品测定池，在所述样品测定池内设置永久磁铁、位置感应块、耦合框1、耦合框2、浮子和样品桶，在所述样品桶中可以放置所述固体样本。所述磁悬浮天平可以外接温度计，用于对测量装置内的温度进行测量。所述磁悬浮天平还可以外接真空泵和增压泵，分别用于降低和提高测量装置内部的气压。在附图2对应的示例中，所述磁悬浮天平还可以外接氮气气罐和甲烷气罐，其中氮气用于形成对照，甲烷可以吸附于固体样本，从而能够对不同同位素的甲烷的分馏情况进行研究。相应的，上述装置可以外接计算机设备以对测量过程进行控制以及对于实验数据进行处理。

在降低所述测量装置的气压时，所述固体样本中可能会解吸出所述待测气体，相应的，所述测量装置中的自由相气体也会随之解吸，从而使得测量装置中所释放出的气体中同时包含有所述吸附相气体和所述自由相气体，无法直接根据所释放出的气体的同位素情况得到同位素分馏数据。因此，可以预先确定所述自由相气体中对应于不同同位素的气体的比重。

基于上述分析，首先向所述测量装置中注入待测气体至第一饱和气压，其中，所述第一饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态，即在到达所述第一饱和气压后，即使提高所述测量装置的气压，固体样本中也无法继续吸附所述待测气体。

在一些实施方式中，上述步骤中注入待测气体至第一饱和气压之前，可以根据测量过程获取所述固体样本中的吸附相气体的质量。具体的，通过以下步骤测量所述吸附相气体的质量。

S101：测量所述测量装置中的样品桶的质量；所述样品桶，用于放置所述固体样本。

为了保证测量过程中不会因为与固体样本进行接触导致固体样本的量产生变化从而影响最终的实验结果，可以在所述测量装置中设置样品桶，并将所述固体样本放置于所述样品桶内。但是，在样品桶本身具有质量，且样品桶与固体样本之间不易进行分离的情况下，需要对所述样品桶的质量进行测量。

具体的，对所述样品桶的质量进行测量的方法可以是在所述测量装置中只包含所述样品桶时向所述测量装置内注入参考气体。参考气体是不会吸附于固体样本中的气体，从而在后续步骤中能够应用于对固体样本的质量进行测量。相应的，在测量样品桶的质量时注入参考气体能够避免不同的因素对测量结果所造成的影响。在一个具体的示例中，所述参考气体可以是氮气。

在注入所述参考气体并测量此时测量装置内的气压后，可以根据测量得到的气压获取对应于该气压下的参考气体的密度，从而利用所述参考气体的密度和测量装置的读数计算得到所述样品桶的质量。

具体的，可以利用公式Δm₁＝m_sc-V_scρ_g确定样品桶的质量，式中，Δm₁为第一测量质量，m_sc为样品桶质量，V_sc为样品桶体积，ρ_g为分别对应所述至少两个气压的参考气体密度。

由于上述公式中样品桶的质量与样品桶的体积均为未知量，但第一测量质量与参考气体密度之间呈线性关系，因此可以通过测量至少两个第一测量质量和对应的参考气体密度，拟合线性关系从而根据拟合得到的结果获取所述样品桶的质量与样品桶的体积。

S102：在对固体样本进行预处理后加入所述样品桶。

测量得到样品桶的质量后，可以在所述样品桶中加入所述固体样本，并进行对于所述固体样本的质量的测量。在固体样本加入所述样品桶之前，可以对所述固体样本进行预处理。所述预处理可以是抽真空，从而去除所述固体样本中的吸附气和吸附水。

在一些实施方式中，在所述固体样本为地层中的岩样时，对所述固体样本的预处理可以是先将所述固体样本粉碎，再筛选粒径为0.18-0.25mm(60目-80目)的样品60g，并在105℃下抽真空72小时，以充分脱去所述固体样本中的游离水、吸附水和气体。

S103：在所述测量装置中注入参考气体后读取测量装置的第二测量质量；所述参考气体不与所述固体样本产生吸附效果。

为了防止固体样本中存在吸附气体从而对实验结果造成干扰，可以在所述测量装置中注入参考气体，所述参考气体不与所述固体样本产生吸附效果，从而保证固体样本的质量不会因为自身所吸附的气体的质量造成干扰。所述参考气体例如可以是氮气。

在注入所述参考气体后，可以读取所述测量装置的读数作为第二测量质量。

S104：基于所述样品桶的质量和第二测量质量计算所述固体样本的质量。

在注入所述参考气体并测量此时测量装置内的气压后，可以根据测量得到的气压获取对应于该气压下的参考气体的密度，从而利用所述参考气体的密度、测量装置的读数以及预先测量得到的样品桶的质量计算所述固体样本的质量。

具体的，可以利用公式Δm₂＝m_sc+m_s-ρ_g(V_sc+V_s)计算所述固体样本的质量，式中，Δm₂为第二测量质量，m_sc为样品桶质量，m_s为固体样本的质量，V_sc为样品桶体积，ρ_g为气体密度，V_s为固体样本的体积。

由于上述公式中固体样本的质量与固体样本的体积均为未知量，但第二测量质量与参考气体密度之间呈线性关系，因此可以通过测量至少两个第二测量质量和对应的参考气体密度，拟合线性关系从而根据拟合得到的结果获取所述固体样本的质量与固体样本的体积。

S105：在所述测量装置中注入待测气体至所述固体样本中吸附的待测气体为饱和状态后，读取测量装置的第三测量质量。

在获取到所述固体样本的质量后，可以对所述测量装置抽真空，以去除所述测量装置中的参考气体。具体的，可以在抽真空4小时后，后续在每个间隔小于10MPa的压力点处平衡两个小时，在每个间隔大于10MPa的压力点处平衡4个小时，以确保待测气体吸附过程中的压力的稳定性，确保固体样本对于所述待测气体的饱和吸附。

在注入待测气体至固体样本中吸附的待测气体为饱和状态后，可以读取所述测量装置的读数作为第三测量质量。

S106：根据所述第三测量质量、样品桶的质量和所述固体样本的质量确定所述固体样本中的吸附相气体的质量。

在注入所述待测气体并测量此时测量装置内的气压后，可以根据测量得到的气压获取对应于该气压下的待测气体的密度，从而利用所述待测气体的密度、测量装置的读数、预先测量得到的样品桶的质量以及固体样本的质量。

具体的，可以利用公式m_ex＝Δm₃-m_sc-m_s+ρ_g(V_sc+V_s)计算所述固体样本中的吸附相气体的质量，式中，m_ex为固体样本中的吸附相气体的质量，Δm₃为第二测量质量，m_sc为样品桶质量，m_s为固体样本的质量，V_sc为样品桶体积，ρ_g为气体密度，V_s为固体样本的体积。

实际应用中，所述固体样本中所吸附的气体也存在一定的体积，且由于气体吸附于固体样本上，使得吸附气体也受到浮力的作用，因此实际情况中的吸附相气体的绝对质量与上述计算得到的固体样本中的吸附相气体的质量存在m_a＝m_ex+V_aρ_g的关系，式中，m_a为吸附相气体绝对质量，m_ex为固体样本中的吸附相气体的质量，V_a为吸附相气体体积，ρ_g为气体密度。式中，吸附相气体的体积无法直接确定，因此，需要通过其他方法测量所述固体样本中的吸附相气体的体积。

由于在所述测量装置中，当测量装置内的气压达到一定值后，待测气体会在固体样本中达到饱和吸附，即所述固体样本中的吸附相气体的体积不会随着气压的增大而改变，使得在气压在某一特定值后继续增加时，计算得到的固体样本中的吸附相气体的质量只与气体密度之间存在线性变化的关系。如图3所示，为利用甲烷注入页岩岩样中的甲烷密度与气体吸附量的变化情况，其中，所述绝对吸附量为吸附相气体绝对质量，所述过剩吸附量为固体样本中的吸附相气体的质量。可以看出，所述吸附相气体的质量与气体密度之间存在m_ex＝-V_aρ′_g+A的关系，因此，可以通过测量得到的固体样本中的吸附相气体的质量和过剩气体密度计算吸附相气体体积。

具体的，可以是获取至少两个大于预设饱和气压的过剩气压下测量装置中的过剩气体密度后，分别利用公式m_ex＝-V_aρ′_g+A计算吸附相气体体积，式中，m_ex为固体样本中的吸附相气体的质量，V_a为吸附相气体体积，ρ′_g为过剩气体密度，A为常数。再利用公式m_a＝m_ex+V_aρ_g计算吸附相气体绝对质量，式中，m_a为吸附相气体绝对质量，m_ex为固体样本中的吸附相气体的质量，V_a为吸附相气体体积，ρ_g为气体密度。

通过计算得到的固体样本中的吸附相气体的质量或吸附相气体绝对质量，可以用于在后续步骤中判断同位素分馏是否结束。

S120：在所述测量装置的气压降低至第二饱和气压后，确定测量装置中释放出的第一气体的第一同位素比值；所述第二饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；所述第一同位素比值表示所述自由相气体中不同同位素的比重。

第二饱和气压小于所述第一饱和气压，但在所述第二饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体仍然为饱和状态，即在将所述测量装置的气压降低至第二饱和气压的过程中，所述测量装置中并未出现吸附气体解吸的情况，所释放出的气体均为自由相气体。分析所述第一气体的第一同位素比值即可得到所述自由相气体中不同同位素的比重。

第一同位素比值为所述第一气体中对应于不同的同位素的气体的量的比值。例如，在所述待测气体为甲烷时，会存在¹³CH₄和¹²CH₄两种稳定的存在形式。通过同位素质谱仪可以测得所述第一气体中的¹³C同位素比值，从而能够进一步利用公式求得第一气体中¹³C和¹²C的比值。

具体的，可以利用公式

计算得到，式中，δ¹³C为测量得到的¹³C同位素比值，(¹³C/¹²C)_标准为碳同位素相对丰度的标准值，具体的可以是0.011237。(¹³C/¹²C)_样品为所述第一气体中¹³C和¹²C的比值。在得到所述(¹³C/¹²C)_样品后，可以根据第一气体中的质量获取所述第一气体中待测气体的量，从而分别确定第一气体中¹³C和¹²C的量。

S130：检测至少一个降压阶段中测量装置中释放出的第二气体的质量。

降压阶段为所述第二饱和气压后降低所述测量装置内的气压的阶段。所述降压阶段中固体样本中吸附的吸附相气体可以仍然为饱和状态，也可以存在吸附相气体解吸，也可以固体样本中已经不存在吸附的气体。因此，所述降压阶段可以较为全面地对气体解吸的过程进行描述。

为了准确地对降压过程中气体解吸的过程进行描述，所述降压阶段可以具有预设降压幅度，通过每次降低所述预设降压幅度可以较为细致地记录固体样本中同位素分馏的情况。

S140：获取所述第二气体的第二同位素比值；所述第二同位素比值表示所述第二气体中不同同位素的比重。

在获取到测量装置中释放的第二气体后，可以测量所述第二气体的第二同位素比值。具体的获取所述第二同位素比值的过程可以参照步骤S120中的叙述，在此不再赘述。

S150：根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据；所述同位素分馏数据包括对应于不同同位素的解吸的吸附相气体的量。

在获取到所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量，可以根据气压的变化情况获取所述第二气体中自由相气体的量，再根据所述第一同位素比值和第二同位素比值确定所述第二气体中的吸附相气体的同位素比值，从而确定对应于所述降压阶段的同位素分馏数据。

具体的，计算所述第二气体中的自由相气体的量可以是利用公式

计算降压阶段所释放的自由相气体的量，式中，n₁为降压阶段所释放的自由相气体的量，V_池为测量装置内部体积，R为气体常数，可以为8.31，T为温度，P_n为降压阶段开始时测量装置内部气压，P_n+1为降压阶段结束时测量装置内部气压。

之后，可以先根据所述第二同位素比值和所述第二气体的质量计算分别对应于不同同位素的第二气体的量，再利用所述自由相气体的量和所述第一同位素比值计算分别对应于不同同位素的自由相气体的量，从而能够直接通过减法获取所述第二气体中对应于不同同位素的吸附相气体的量，即对应于所述降压阶段的吸附相气体分馏情况。

在一些实施方式中，若在测量之前获取了饱和吸附的情况下固体样本中的吸附相气体的质量，可以根据所述吸附相气体的质量在降压的过程中确定所述吸附相气体是否已经完全解吸，从而更好地对同位素分馏的过程进行确定。

在一些实施方式中，确定了待测气体的中同位素分馏效应随压力变化的关系后，可以利用公式

计算所述待测气体的各组分的摩尔分数，其中，V_a,i为吸附相气体的组分i的体积，V_Li为待测气体的兰氏体积，B_Li为待测气体的组分i的朗格缪尔常数，p为气体压力，y_i为待测气体的组分i的摩尔分数。进而使得，待测气体中的气体组分i和j的吸附系数的比值可表示为

式中，K_i、K_j分别为待测气体的组分i、j的吸附系数，x_i、x_j为待测气体的组分i、j的摩尔组成比例。通过上述公式可以实现对于待测气体的吸附系数比值。

上述吸附气体同位素分馏数据测量方法的实施例中，通过确定测量装置中的自由相气体中不同同位素的比值后，通过获取降压过程中所释放的气体，可以确定其中属于自由相气体的对应于不同同位素的气体，从而确定在降压阶段中固体样本中所释放出的吸附相气体以及吸附相气体中不同同位素的量，进而能够依次获取各个降压阶段中对应于不同同位素的吸附相气体的解吸情况，实现对于吸附气体的同位素分馏数据的获取。

以下结合附图4对本说明书实施例一种吸附气体同位素分馏数据测量装置进行介绍，所述装置包括：

待测气体注入模块410，用于向测量装置中注入待测气体至第一饱和气压；所述测量装置中存在固体样本和待测气体；所述待测气体包括吸附于固体样本中的吸附相气体和测量装置内的自由相气体；所述第一饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；

第一同位素比值测量模块420，用于在所述测量装置的气压降低至第二饱和气压后，测量测量装置中释放出的第一气体的第一同位素比值；所述第二饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；所述第一同位素比值表示所述自由相气体中不同同位素的比重；

第二气体质量检测模块430，用于检测至少一个降压阶段中测量装置中释放出的第二气体的质量；

第二同位素比值获取模块440，用于获取所述第二气体的第二同位素比值；所述第二同位素比值表示所述第二气体中不同同位素的比重；

同位素分馏数据计算模块450，用于根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据；所述同位素分馏数据包括具有不同同位素的解吸的吸附相气体的量。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本说明书可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本说明书的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本说明书各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本说明书可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

虽然通过实施例描绘了本说明书，本领域普通技术人员知道，本说明书有许多变形和变化而不脱离本说明书的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本说明书的精神。

Claims (10)

1.一种吸附气体同位素分馏数据测量方法，其特征在于，所述方法包括：

向测量装置中注入待测气体至第一饱和气压；所述测量装置中存在固体样本和待测气体；所述待测气体包括吸附于固体样本中的吸附相气体和未吸附于固体样本中的自由相气体；所述第一饱和气压下固体样本中的吸附相气体为饱和状态；

在所述测量装置的气压降低至第二饱和气压后，确定测量装置中释放出的第一气体的第一同位素比值；所述第二饱和气压下固体样本中的吸附相气体为饱和状态；所述第一同位素比值表示所述自由相气体中不同同位素的比重；

检测至少一个降压阶段中测量装置中释放出的第二气体的质量；

获取所述第二气体的第二同位素比值；所述第二同位素比值表示所述第二气体中不同同位素的比重；

根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据；所述同位素分馏数据包括对应于不同同位素的吸附相气体从固体样本中解吸的量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量装置包括磁悬浮天平。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向测量装置中注入待测气体至第一饱和气压之前，还包括：

测量所述测量装置中的样品桶的质量；所述样品桶，用于放置所述固体样本；

对固体样本进行预处理后加入所述样品桶；所述预处理包括抽真空；

在所述测量装置中注入参考气体后读取测量装置的第二测量质量；所述参考气体不与所述固体样本产生吸附效果；

基于所述样品桶的质量和第二测量质量计算所述固体样本的质量；

在所述测量装置中注入待测气体至所述固体样本中吸附的待测气体为饱和状态后，读取测量装置的第三测量质量；

根据所述第三测量质量、样品桶的质量和所述固体样本的质量确定所述固体样本中的吸附相气体的质量；

相应的，所述根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据之后，还包括：

若对应于各个降压阶段所释放的第二气体质量的总和为所述吸附相气体的质量，确定同位素分馏结束。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述测量样品桶的质量之前，还包括：

在所述测量装置中只包含所述样品桶时向所述测量装置内注入所述参考气体；

相应的，所述测量样品桶的质量，包括：

在至少两个气压下分别读取所述测量装置的第一测量质量；

利用公式Δm₁＝m_sc-V_scρ_g确定样品桶的质量，式中，Δm₁为第一测量质量，m_sc为样品桶质量，V_sc为样品桶体积，ρ_g为分别对应所述至少两个气压的参考气体密度。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述样品桶的质量和第二测量质量计算所述固体样本的质量，包括：

利用公式Δm₂＝m_sc+m_s-ρ_g(V_sc+V_s)计算所述固体样本的质量，式中，Δm₂为第二测量质量，m_sc为样品桶质量，m_s为固体样本的质量，V_sc为样品桶体积，ρ_g为气体密度，V_s为固体样本的体积。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三测量质量、样品桶的质量和所述固体样本的质量确定所述固体样本中的吸附相气体的质量，包括：

利用公式m_ex＝Δm₃-m_sc-m_s+ρ_g(V_sc+V_s)计算所述固体样本中的吸附相气体的质量，式中，m_ex为固体样本中的吸附相气体的质量，Δm₃为第二测量质量，m_sc为样品桶质量，m_s为固体样本的质量，V_sc为样品桶体积，ρ_g为气体密度，V_s为固体样本的体积。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述利用公式m_ex＝Δm₃-m_sc-m_s+ρ_g(V_sc+V_s)计算所述固体样本中的吸附相气体的质量之后，还包括：

获取至少两个大于预设饱和气压的过剩气压下测量装置中的过剩气体密度；

利用公式m_ex＝-V_aρ′_g+A计算吸附相气体体积，式中，m_ex为固体样本中的吸附相气体的质量，V_a为吸附相气体体积，ρ′_g为过剩气体密度，A为常数；

利用公式m_a＝m_ex+V_aρ_g计算吸附相气体绝对质量，式中，m_a为吸附相气体绝对质量，m_ex为固体样本中的吸附相气体的质量，V_a为吸附相气体体积，ρ_g为气体密度；

相应的，所述若对应于各个降压阶段所释放的第二气体质量的总和为所述吸附相气体的质量，确定同位素分馏结束，包括：

若对应于各个降压阶段所释放的第二气体质量的总和为所述吸附相气体绝对质量，确定同位素分馏结束。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据之前，还包括：

计算所述降压阶段所释放的自由相气体的量；

相应的，所述根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据，包括：

根据所述第二同位素比值和所述第二气体的质量计算分别对应于不同同位素的第二气体的量；

利用所述自由相气体的量和所述第一同位素比值计算分别对应于不同同位素的自由相气体的量；

基于所述对应于不同同位素的第二气体的量和对应于不同同位素的自由相气体的量确定对应于不同同位素的吸附相气体的量。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述计算所述降压阶段所释放的自由相气体的量，包括：

利用公式

计算降压阶段所释放的自由相气体的量，式中，n₁为降压阶段所释放的自由相气体的量，V_池为测量装置内部体积，R为气体常数，T为温度，P_n为降压阶段开始时测量装置内部气压，P_n+1为降压阶段结束时测量装置内部气压。

10.一种吸附气体同位素分馏数据测量装置，其特征在于，所述装置包括：

待测气体注入模块，用于向测量装置中注入待测气体至第一饱和气压；所述测量装置中存在固体样本和待测气体；所述待测气体包括吸附于固体样本中的吸附相气体和测量装置内的自由相气体；所述第一饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；

第一同位素比值测量模块，用于在所述测量装置的气压降低至第二饱和气压后，测量测量装置中释放出的第一气体的第一同位素比值；所述第二饱和气压下固体样本中吸附的吸附相气体为饱和状态；所述第一同位素比值表示所述自由相气体中不同同位素的比重；

第二气体质量检测模块，用于检测至少一个降压阶段中测量装置中释放出的第二气体的质量；

第二同位素比值获取模块，用于获取所述第二气体的第二同位素比值；所述第二同位素比值表示所述第二气体中不同同位素的比重；

同位素分馏数据计算模块，用于根据所述第一同位素比值、第二同位素比值和所述第二气体的质量计算对应于所述降压阶段的同位素分馏数据；所述同位素分馏数据包括具有不同同位素的解吸的吸附相气体的量。

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