Том 34, номер 05, статья № 3

Таничев А. С., Петров Д. В., Матросов И. И., Шарыбкина К. К. Влияние гелия на спектр комбинационного рассеяния метана в диапазоне 2500–3300 см-1. // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 05. С. 329–333. DOI: 10.15372/AOO20210503.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Представлены полученные с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света результаты измерений положения максимума и полуширины Q-ветви полосы ν1 метана, а также отношения интенсивностей Q-ветвей его полос ν3 и 2ν2 в смеси метан–гелий при различных давлениях и концентрациях. Получена эмпирическая модель для оценки содержания гелия в среде метана посредством измерения указанных выше параметров. Установлено, что использование полуширины Q-ветви полосы ν1 позволяет определить концентрацию гелия с погрешностью менее 1%. Рассмотрены пути развития и улучшения точности этого метода.

Ключевые слова:

метан, гелий, комбинационное рассеяние света, газоанализ

Список литературы:

1. Knebl A., Yan D., Popp J., Frosch T. Fiber enhanced Raman gas spectroscopy // Trends Anal. Chem. 2018. V. 103. P. 230–238.
2. Wang P., Chen W., Wan F., Wang J., Hu J. Cavity-enhanced Raman spectroscopy with optical feedback frequency-locking for gas sensing // Opt. Express. 2019. V. 27, N 23. P. 33312–33325.
3. Schlüter S., Krischke F., Popovska-Leipertz N., Seeger T., Breuer G., Jeleazcov C., Schüttler J., Leipertz A. Demonstration of a signal enhanced fast Raman sensor for multi-species gas analyses at a low pressure range for anesthesia monitoring // J. Raman Spectrosc. 2015. V. 46, N 8. P. 708–715.
4. Wen C., Huang X., Shen C. Multiple-pass-enhanced multiple-point gas Raman analyzer for industrial process control applications // J. Raman Spectrosc. 2020. V. 51, N 10. P. 2046–2052.
5. Petrov D.V., Matrosov I.I., Zaripov A.R., Maznoy A.S. Application of Raman spectroscopy for determination of syngas composition // Appl. Spectrosc. 2020. V. 74, N 8. P. 948–953.
6. Buldakov M.A., Korolev B.V., Matrosov I.I., Petrov D.V., Tikhomirov A.A. Raman gas analyzer for determining the composition of natural gas // J. Appl. Spectrosc. 2013. V. 80, N 1. P. 124–128.
7. Petrov D.V., Matrosov I.I. Raman Gas Analyzer (RGA): Natural gas measurements // Appl. Spectrosc. 2016. V. 70, N 10. P. 1770–1776.
8. Gao Y., Dai L.-K., Zhu H.-D., Chen Y.-L., Zhou L. Quantitative analysis of main components of natural gas based on Raman spectroscopy // Chinese J. Anal. Chem. 2019. V. 47, N 1. P. 67–76.
9. Grynia E., Griffin P.J. Helium in natural gas – occurrence and production // J. Nat. Gas Eng. 2017. V. 1, N 2. P. 163–215.
10. Pieroni D., Hartmann J.M., Chaussard F., Michaut X., Gabard T., Saint-Loup R., Berger H., Champion J.P. Experimental and theoretical study of line mixing in methane spectra. III. The Q branch of the Raman ν1 band // J. Chem. Phys. 2000. V. 112, N 3. P. 1335–1343.
11. Zhang J., Qiao S., Lu W., Hu Q., Chen S., Liu Y. An equation for determining methane densities in fluid inclusions with Raman shifts // J. Geochem. Explor. 2016. V. 171. P. 20–28.
12. Lin F., Bodnar R.J., Becker S.P. Experimental determination of the Raman CH4 symmetric stretching (ν1) band position from 1–650 bar and 0.3–22 °C: Application to fluid inclusion studies // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71, N 15. P. 3746–3756.
13. Shang L., Chou I.-M., Burruss R.C., Hu R., Bi X. Raman spectroscopic characterization of CH4 density over a wide range of temperature and pressure // J. Raman Spectrosc. 2014. V. 45, N 8. P. 696–702.
14. Seitz J.C., Pasteris J.D., Chou I.-M. Raman spectroscopic characterization of gas mixtures; I. Quantitative composition and pressure determination of CH4, N2 and their mixtures // Am. J. Sci. 1993. V. 293, N 4. P. 297–321.
15. Herranz J., Stoicheff B.P. High-resolution Raman spectroscopy of gases. Part XVI. The n3 Raman band of methane // J. Mol. Spectrosc. 1963. V. 10, N 1–6. P. 448–483.
16. Lolck J.E., Robiette A.G. A theoretical model for the interacting upper states of the ν1, ν3, 2ν2, ν2 + ν4, and 2ν4 bands in methane // J. Mol. Spectrosc. 1981. V. 88, N 1. P. 14–29.
17. Petrov D.V. Pressure dependence of peak positions, half widths, and peak intensities of methane Raman bands (ν2, 2ν4, ν1, ν3, and 2ν2) // J. Raman Spectrosc. 2017. V. 48, N 11. P. 1426–1431.
18. Lu W., Chou I.-M., Burruss R.C., Song Y. A unified equation for calculating methane vapor pressures in the CH4–H2O system with measured Raman shifts // Geochim. Cosmochim. Acta. 2007. V. 71, N 16. P. 3969–3978.
19. Brunsgaard Hansen S., Berg R.W., Stenby E.H. How to determine the pressure of a methane-containing gas mixture by means of two weak Raman bands, ν3 and 2ν2 // J. Raman Spectrosc. 2002. V. 33, N 3. P. 160–164.
20. Wang M., Lu W., Li L., Qiao S. Pressure and temperature dependence of the Raman peak intensity ratio of asymmetric stretching vibration (ν3) and asymmetric bending overtone (2ν2) of methane // Appl. Spectrosc. 2014. V. 68, N 5. P. 536–540.
21. Petrov D.V, Matrosov I.I., Tanichev A.S. Intensities of 2ν4 and 2ν2 methane Raman bands as a function of pressure // Proc. SPIE. 2020. V. 11560. P. 115600A.