第35卷，第11期 2015年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
激光拉曼光谱在气体水合物研究中的应用付娟1,2，5，吴能友2，4，卢海龙”，邬黛黛2*，苏秋成
1.中国科学院广州地球化学研究所，广东广州510640
2.中国科学院广州能源研究所，广东广州510640 3.北京大学工学院，北京100871
4，青岛海洋地质研究所，山东青岛266071 5.中国科学院大学，北京100049
Vol. 35 ,No. 11 -pp2996-3002
November, 2015
摘要天然气水合物是一种重要的潜在能源。用激光拉曼光谱法表征气体水合物能够为研究水合物形成机理和开采方法提供重要信息。系统介绍微光拉受光谱法的基本原理，综述广微光拉受光谱仪在气体水合物微观表征上的各种实际应用。通过激光拉曼测试可分析水合物气体组成、推测结构类型，再利用经验公式或者相对定量法可计算出其大/小笼的气体占有率和水合数：利用原位拉受技术可以观测水合物形成和分解的微观过程，解析气体分子进人和离开笼子的进程、进行水合物形成和分解过程中气体浓度变化及水合物形成过程中气体溶解度的测定，辨识水合物系统中的相变过程，进而研究水合物形成和分解动力学：微光拉曼光谱法还可用于研究超高压条件下气体水合物的结构及其变化过程。原位拉曼光谱能够对深海天然气水合物及其环境在原位进行表征；利用拉受成像技术可以对水合物晶体表面进行系统测定，探求气体组分在晶体表面的分布。随者微光拉受技术的发展及与其他设备联用水平的提高，微光拉受光谱仪向便携，高灵
敏度发展，能够更广泛深入地进行气体水合物微观研究，关键词激光拉曼；天然气水合物；原位表征；拉曼成像
中图分类号：0657.37
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964/j issn. 1000-0593 (2015 )11-2996-07
水合物的气体组成、结构特征等需要更详细的了解，因此天然气水合物微观测试分析和表征有关技术越来越得到重视，其中激光拉曼光谱法已被证明是一种有效的方法。自1975
天然气水合物是在一定条件下（合适的温度、压力、气体饱和度、盐度等），由水和气体分子（以甲烷为主)形成的类冰状的笼形结晶化合物。水合物具有很强的天然气储藏能力，理想结构I型的天然气水合物可以包含164倍标准状态下的甲烷气。天然气水合物的碳当量相当于全世界已知煤炭、石油和天然气总储量的两倍，因此，它是一种重要的潜在能源，有可能成为21世纪的新型能源。由于水合物具有特殊的笼型结构且具有强大的储气能力，是一种高能量密度的固体材料，它有可能被用于天然气的固体存储和运输3」，也有可能用于储存CO2以达到缓和地球温暖化的目的
随着天然气水合物勘探开发和应用研究的逐步深人，对收稿日期：2014-08-12，修订日期：2014-11-29
年首次将激光拉曼光谱法用于素水合物研究，因其能够获得水合物的结构、组成、笼占有率、水合数等重要参数，已被广泛地用于水合物分析4-」。为了更好地利用激光拉曼光谱法进行水合物微观测试分析和表征，本文将综述该方法在水合物研究中的实际应用，并指出未来发展方向。
激光拉曼的基本原理
根据经典力学理论？，单束光照射样品时，光作为具有一定强度的电磁波与样品分子发生作用，电磁波的电场（E）将使分子极化，产生电偶极矩（P)。
基金项目：国家自然科学基金项目（41273022和41003010），申国科学院重点部署项目（KGZD-EW-301），国家海洋地质专项项目
(GHZ2012006003和GZH201400309），中国科学院广州能源研究所所长创新基金培育专项（y307p51001)和中国科学院-国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划联合资助
作者简介：付娟，女，1982年生，中国科学院广州能源研究所工程师
e-mail , wudd@ ms -giec .ac .cn
》通讯联系人
e-mail : fujuan@ ms -giec .ac .cn