Baru-baru ini, tim peneliti Xin Zhang dari Institute of Oceanography, Chinese Academy of Sciences (IOCS) telah membuat kemajuan baru dalam identifikasi in situ dan kuantifikasi isotop karbon metana berdasarkan spektroskopi laser Raman in situ, memanfaatkan perbedaan signifikan dalam spektrum Raman. isotop karbon metana (13CH4 dan 12CH4), dan hasil terkait baru-baru ini dipublikasikan di jurnal spektroskopi internasional Spectrochimica Acta Bagian A: Spektroskopi Molekuler dan Biomolekuler.
Sistem hidrotermal laut dalam melepaskan sejumlah besar CH4, H2, dan gas pereduksi lainnya yang menjadi sumber bioma kemosintetik unik, yang penting untuk mempelajari asal usul kehidupan awal. Namun, sumber konsentrasi metana yang tinggi tersebut masih kontroversial, misalnya konsentrasi metana dalam sistem hidrotermal super-MgFe di Rainbow mencapai 2,5 mmol/kg, yang jauh lebih tinggi daripada hasil metana dari reaksi air-batuan. di laboratorium.Komposisi isotop karbon CH4 merupakan cara yang ampuh untuk membedakan antara metana biogenik dan abiogenik, namun teknik eksperimental dan metode pengujian nilai isotop karbon yang ada tidak dapat digunakan untuk mengecualikan hasil metana dari laboratorium. Namun, teknik eksperimental dan metode pengujian nilai isotop karbon yang ada tidak dapat mengecualikan pengaruh sumber karbon latar belakang, yang sangat mempengaruhi keandalan eksperimen. Dalam beberapa tahun terakhir, perkembangan pesat spektroskopi Raman in situ memungkinkan penentuan isotop gas in situ, namun studi spektroskopi Raman terhadap isotop karbon metana dalam sistem hidrotermal suhu tinggi dan tekanan tinggi masih kurang.
Untuk mengatasi permasalahan di atas, tim peneliti secara sistematis menyelidiki karakteristik spektral Raman 13CH4 dan 12CH4 dalam sistem CH4 murni dan sistem CH4-H2O pada suhu tinggi dan tekanan tinggi (25-400oC, {{8 }} bar) dengan menggunakan rongga transparan bertekanan tinggi kapiler. Terlihat bahwa puncak dari puncak karakteristik 13CH4 berada pada kisaran 2907cm-1-2912cm-1, bergerak ke bilangan gelombang yang lebih rendah seiring dengan kenaikan suhu dan penurunan tekanan, sedangkan puncak dari puncak karakteristik 12CH4 berada pada kisaran 2912cm-1 -2917 cm-1, yang selalu lebih tinggi dari 13CH4 sebesar 4.6-5.1 cm-1 pada suhu dan tekanan yang sama , menunjukkan bahwa keduanya dapat dibedakan dengan baik dengan spektroskopi Raman (Gambar 1). Selain itu, tim peneliti juga membuat model kalibrasi kuantitatif Raman untuk konsentrasi 13CH4 dan 12CH4 dalam larutan air (Gbr. 2), yang menunjukkan bahwa perbedaan model kalibrasi kuantitatif Raman untuk 13CH4 dan 12CH4 terlarut disebabkan oleh perbedaan dalam Penampang hamburan Raman dari 13CH4 dan 12CH4 terlarut itu sendiri, bukan perubahan massa jenis molar air atau penampang hamburan Raman dari 13CH4 dan 12CH4 terlarut. Hasil penelitian terkait memberikan dukungan kuat untuk identifikasi in-situ dan analisis kuantitatif komposisi isotop karbon metana, yang memiliki prospek penerapan luas dalam eksperimen hidrotermal suhu tinggi dan tekanan tinggi serta eksplorasi in-situ laut dalam.
Penulis pertama makalah ini adalah Yuzhou Ge, seorang mahasiswa doktoral di Institut Oseanografi, Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, dan Xin Zhang, seorang peneliti, adalah penulis koresponden artikel tersebut. Penelitian ini didanai bersama oleh National Natural Science Foundation of China dan Program Percontohan Strategis Kelas A dari Chinese Academy of Sciences.
Hasil dan tautan terkait adalah sebagai berikut:
Ge, Y., Li, L., Xi, S., Zhang, Y., Luan, Z., dan Zhang, X., 2023, Perbandingan karakteristik spektral Raman dan metode kuantitatif antara 13CH4 dan 12CH4 dari 25 hingga 400 derajat dan 50 hingga 400 bar: Spectrochimica Acta Bagian A: Spektroskopi Molekuler dan Biomolekuler, hal. 123380.
Gambar 1 Posisi puncak dan setengah tinggi serta lebar penuh dari karakteristik puncak 13CH4 dan 12CH4 pada suhu dan tekanan yang berbeda.
Gambar 2 Model kalibrasi kuantitatif Raman 13CH4 dan 12CH4 berdasarkan pita vibrasi pembengkokan OH (a) dan pita vibrasi ulur (b) air
