Récemment, l'équipe de recherche de Xin Zhang de l'Institut d'océanographie de l'Académie chinoise des sciences (IOCS) a réalisé de nouveaux progrès dans l'identification et la quantification in situ des isotopes du carbone du méthane sur la base de la spectroscopie Raman laser in situ, en utilisant la différence significative dans les spectres Raman. des isotopes du carbone du méthane (13CH4 et 12CH4), et les résultats associés ont été récemment publiés dans la revue internationale de spectroscopie Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.
Les systèmes hydrothermaux en eaux profondes libèrent de grandes quantités de CH4, H2 et d’autres gaz réducteurs qui alimentent des biomes chimiosynthétiques uniques, importants pour l’étude de l’origine du début de la vie. Cependant, la source de cette concentration élevée de méthane est encore controversée, par exemple, la concentration de méthane dans le système hydrothermal super-MgFe de Rainbow atteint 2,5 mmol/kg, ce qui est bien supérieur au rendement en méthane de la réaction eau-roche. en laboratoire.La composition isotopique du carbone du CH4 est un moyen puissant de différencier le méthane biogénique du méthane abiogénique, mais les techniques expérimentales existantes et les méthodes de test de la valeur isotopique du carbone ne peuvent pas être utilisées pour exclure le rendement en méthane du laboratoire. Cependant, les techniques expérimentales existantes et les méthodes de test des valeurs isotopiques du carbone ne permettent pas d'exclure l'influence des sources de carbone de fond, ce qui affecte grandement la fiabilité expérimentale. Ces dernières années, le développement rapide de la spectroscopie Raman in situ a permis de déterminer les isotopes des gaz in situ, mais il manque encore des études spectroscopiques Raman des isotopes du carbone du méthane dans des systèmes hydrothermaux à haute température et haute pression.
Pour résoudre les problèmes ci-dessus, l'équipe de recherche a systématiquement étudié les caractéristiques spectrales Raman du 13CH4 et du 12CH4 dans le système CH4 pur et le système CH4-H2O à haute température et haute pression (25-400oC, {{8 }} bar) en utilisant une cavité capillaire transparente haute pression. Il a été démontré que les pics caractéristiques du 13CH4 étaient de l'ordre de 2 907 cm-1-2912cm-1, se déplaçant vers des nombres d'ondes inférieurs avec l'augmentation de la température et la diminution de la pression, tandis que les pics du les pics caractéristiques du 12CH4 étaient de l'ordre de 2912 cm-1 -2917 cm-1, ce qui est toujours supérieur au 13CH4 de 4.6-5,1 cm-1 sous la même température et pression , indiquant que les deux peuvent être bien distingués par spectroscopie Raman (Figure 1). En outre, l'équipe de recherche a également établi des modèles d'étalonnage quantitatifs Raman pour les concentrations de 13CH4 et 12CH4 dans des solutions aqueuses (Fig. 2), qui ont montré que les différences entre les modèles d'étalonnage quantitatif Raman pour le 13CH4 et le 12CH4 dissous étaient dues aux différences de Sections efficaces de diffusion Raman des 13CH4 et 12CH4 dissous eux-mêmes, plutôt que les changements dans la densité molaire de l'eau ou les sections efficaces de diffusion Raman des 13CH4 et 12CH4 dissous. Les résultats de recherche associés apportent un soutien solide à l'identification in situ et à l'analyse quantitative de la composition isotopique du carbone du méthane, qui a de larges perspectives d'application dans les expériences hydrothermales à haute température et haute pression et l'exploration in situ en haute mer.
Le premier auteur de l'article est Yuzhou Ge, doctorant à l'Institut d'océanographie de l'Académie chinoise des sciences, et Xin Zhang, chercheur, est l'auteur correspondant de l'article. Cette recherche a été financée conjointement par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine et le programme pilote stratégique de classe A de l'Académie chinoise des sciences.
Les résultats et liens associés sont les suivants :
Ge, Y., Li, L., Xi, S., Zhang, Y., Luan, Z. et Zhang, X., 2023, Comparaison des caractéristiques spectrales Raman et des méthodes quantitatives entre 13CH4 et 12CH4 de 25 à 400 degrés et 50 à 400 bar : Spectrochimica Acta Part A : Spectroscopie moléculaire et biomoléculaire, p. 123380.
Fig. 1 Positions des pics et mi-hauteur et pleine largeur des pics caractéristiques du 13CH4 et du 12CH4 à différentes températures et pressions.
Fig. 2 Modèles d'étalonnage quantitatifs Raman de 13CH4 et 12CH4 basés sur les bandes vibratoires de flexion OH (a) et d'étirement des bandes vibratoires (b) de l'eau
