四方光电-锐意自控激光拉曼光谱气体分析仪在天

目前，天然气组分分析通常采用气相色谱分析方法，但气相色谱仪运行时需要有多个色谱柱和分离分析步骤，较为复杂费时。激光拉曼光谱分析技术为一项通过测定物质的光散射信号来实现目标分析物的分析方法，具有实时、简便、快捷的技术优势，目前已广泛应用于固体及液体样品的分析。通过分析比对现有的天然气分析方法的技术特点，结合激光拉曼技术在气体分析方面的技术发展，提出了将激光拉曼光谱发展成为天然气组成快速分析的方案，并探讨了激光拉曼天然气分析应用情况，为激光拉曼天然气分析技术发展探路。在定性分析方面，不同于传统的通过拉曼位移识别谱峰，而是通过特定的天然气标准气体物质系列的激光拉曼光谱分析，可快速准确获取天然气中烃类组分的特征谱峰，从而进行天然气中各个组分的定性分析，然后用外标法定量，即采用天然气气体标准物质进行单点校准，可进行定量分析。采用激光拉曼光谱法测定了2个典型的天然气样品，分析结果表明激光拉曼光谱法和气相色谱法水平相当。

1天然气分析现状简介

天然气一般采用长输管道输送，GB-2012《天然气》涉及到的管输天然气的质量指标包括高位发热量、总硫、硫化氢、二氧化碳、水露点及颗粒物含量指标。因此，天然气分析主要包含取样、组成分析、硫化物测定、水含量测定及有毒有害物质分析，天然气的组成分析一般是指甲烷、乙烷至己烷及更重组分(C6+)、氮气、二氧化碳等大量组分，有时还包括氦、氢、一氧化碳等少量组分的分析，目前普遍采用气相色谱法。天然气中硫化氢的测定方法有碘量法、亚甲蓝法、醋酸铅反应速率法等，这些方法需要特定的试剂及分析仪器。天然气中总硫含量的测定，既可采用将天然气样品燃烧，将其中的硫化合物转化成二氧化硫，检测二氧化硫含量的方法，也可采用将样品中所有的硫化合物加氢生产硫化氢，进而检测生成的硫化氢含量的方法。此外，还可采用气相色谱法，分析天然气中的各个硫化合物的含量，随后再将各组分的含量进行相加的方法获得天然气中总硫的含量。天然气中水含量分析方法很多，归纳起来有露点法、卡尔费休法、吸收称量法、电解法等。由此可见，天然气分析是一项较为复杂的工作，需要采用各种定制方法及分析仪器共同完成，随着天然气工业的发展，未来天然气分析测试技术将走向在线化、自动化及快速化。近年来，拉曼光谱作为一种强有力的分子结构鉴别手段，在分析检测领域也得到了充分的重视。

拉曼光谱不仅能区分多种振动模式，同时还具有微观(微区、微量)、特征、灵敏、原位无损、多相态、稳定性好等特点。因此，采用该技术进行天然气质量检测，无需将天然气中各组分分离便可实现多组分(包含硫化氢等酸性气体)同步检测，减少分析时长，提高测量的实时性，实现快速分析，但由于无法检测天然气中的戊烷及更重组分，未来该技术主要用于不含C5以上组分的天然气，如页岩气、煤层气、煤制气及液化天然气等气质监控，也可以用于天然气原料气中硫化氢、二氧化碳和甲烷等主要关键组分含量的快速测定。

2拉曼光谱天然气分析简介

自1928年印度物理学家Raman发现了激光拉曼光谱以来，经过近一个世纪的发展，其原理已十分成熟，并成为光谱学的一个分支，已广泛应用于材料、石油、化工、环保生物、医学、地质等很多研究领域。由于气体分子的密度远小于固体和液体分子的密度，其散射截面更小，从而导致散射强度很微弱，较难检测。因此，之前的激光拉曼光谱技术主要用于固体、液体的检测，在天然气分析中尚无成功的应用，朱华东等对激光拉曼光谱在天然气分析中的应用情况进行了综述。据报道，激光拉曼光谱天然气分析测定结果的重现性及准确度较差，且灵敏度低。仅有的几篇报道未见对天然气中的C5+组分检出，这可能是由于现有的激光拉曼光谱技术的灵敏度尚无法满足测定低含量C5+组分的要求。值得注意的是，由于硫化氢具有较大的拉曼散射横截面积，拉曼光谱在测定硫化氢时具有较高的灵敏度，可检测出天然气中微量的硫化氢，但是在定量分析方面的研究有待提高。在进行天然气中甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氮气及二氧化碳的测定时，其准确度及重现性均有待提高。目前，较为成功的应用案例为2013年夏杰等将激光拉曼光谱技术用于天然气录井。该方法在10s内即可分析出天然气组分含量，而且实现了在线连续测定，通过川西油田天然气井、空气钻井等多口井的录井试验证实，激光拉曼光谱气测仪在油气发现、稳定性、准确性等方面效果显著。

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