研究土壤气体二氧化碳封存串联拉曼和红外光谱

地质储存的碳是一个潜在的方法来减少人为温室气体的排放。在这种方法中大气温室气体的物种,包括有限公司₂是隐藏在地下水库,而不是排放到大气中,他们最终会加剧全球气候变化。然而,有限的封存₂有许多挑战。

土壤气体监测封存现场必须确保网站的持续的完整性。振动光谱技术如拉曼光谱和中红外(IR)吸收提供一个潜在的方法来监控等关键物种CH₄H₄蒸汽阿。₄N₄有限公司有限公司₂,没有_x,所以_x土壤气体对周围画一个比较的水平。这样做是为了评估的可靠性实时封存地点。

区分公司的变化₂水平被认为是最大的问题在监测气体封存地点。这些变化表明一个问题与封存网站以及这些自然现象引起的,像在植物根系呼吸作用、光合作用、和土壤中有机碳的自然循环过程。

封存地点,一年或以上的天然差异计算找出一个基准,这是紧随其后的是做一个比较分析的有限公司₂在当地的气氛,在钻孔内,作为一个未来的一部分监测封存地点。这篇文章展示了一个实用的方法比较有限的浓度₂在这些网站。

实验框架

振动光谱适用于调查小homo和杂环的土壤气体。这种方法提供了锐利和清晰的光谱可以很容易衡量,也能收集实时光谱通过小采样循环和类似的标准仪器。三个隔间都包含在本研究的实验配置:外部气体循环模块,以及完成(完成设计良好的注入),和一个红外分析仪等多种传感器,拉曼光谱仪,压力传感器,湿度和温度传感器。气体分析系统的合成图如图1所示。

图1所示。气体分析系统的原理图,显示(A)钻孔和完成,(B)的外部模块气体循环,(C)红外和拉曼分析程序。适应与得到裁判许可。1。©2013爱思唯尔。

Kaiser光学系统的RamanRxn4™气相拉曼分析仪被用来收集通过波长532纳米的激光拉曼光谱激发和工作范围175到4325厘米吗¹拉曼数据。气路的一个定制的气体单元安装个傻瓜™拉曼探针头和与通过光纤光谱仪。

自定义气体细胞被导演专门设计利用multi-reflection散射放大激光通过一个蓝宝石窗口。然后在镜子的帮助下,激光反映之前获得拉曼通过蓝宝石窗口后向散射,最后传送通过拉曼光谱仪探测头。

结果

的标准拉曼光谱土壤气体封存现场如图2所示。主要峰有限公司₂H₄蒸汽阿。₄和N₄标记。

图2。一个典型的拉曼光谱测量在这项研究的网站。关键的山峰:H₄O蒸汽(3657厘米¹),N₄(2331厘米¹),阿₄(1555厘米¹),有限公司₂(费米双在1388和1285厘米¹)。从裁判允许转载。1。©2013爱思唯尔。

拉曼光谱显示,明显的峰值,这使快速、准确测量土壤的各种气体。在注射操作,测量有限公司₂差异比较的四天2011年1月(图3),表明拉曼数据与那些从光谱测量获得。参考1包括数据从其他土壤气体(O₄N₄,和H₄O蒸汽)。

图3。日变化的有限公司₂在大气中的网站,2011年1月4天。A, B是井有限公司₂浓度计算红外,C是井有限公司₂浓度的计算拉曼光谱利用费米双在1388和1285厘米¹。D是大气CO₂通过红外浓度测量。从裁判允许转载。1。©2013爱思唯尔。

结论

研究结果表明,拉曼光谱作为一个实际的技术监测土壤气体有限公司₂实时的封存。结合完井、拉曼光谱仪是有效地用于监控一些主要的土壤气体的浓度在一个封存地点。Mid-IR吸收光谱宽光谱液态水,不能应用在潮湿的条件。然而,拉曼光谱对水不敏感,它使常数监测无论干或湿的条件。相反,IR是高度敏感的在干旱条件下,两者的结合拉曼和红外允许每个方法中利用自己的适用条件。

此外,光纤耦合允许拉曼探针头被放置在完井,可以很容易地访问和光谱仪基本单位,在一个表面的模块。做出比较分析,拉曼探针头可以设置以下地点现场:

• 自然断层等网站和地下蓄水层
• 水井
• 接近地下天然气管道、注水井和废弃油井的完整性是一个主要问题

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