天然气同位素分析仪

天然气分析仪是用于确定天然气样品的热值、组成和其他重要性质的设备。以下是一般用于热值分析的实验操作步骤，具体步骤可能会因分析仪器型号和制造商而异，因此在进行实验之前，请务必查阅您的设备操作手册并遵循其指导：准备工作：a. 确保天然气分析仪的所有部件和仪器都已经安装并连接好。b. 检查天然气样品的来源，确保它是代表性的。c. 检查仪器的校准状态，必要时进行校准。

检测天然气热值通常需要使用天然气分析仪，该仪器能够测量天然气中各种组分的含量，从而计算出天然气的热值。以下是一般的实验操作步骤：1. 准备工作：确保天然气分析仪处于正常工作状态。检查仪器的校准状态，确保准确性。2. 样品采集：从天然气源头采集代表性的样品。样品应该是真实来源的典型天然气，以确保实验结果的可靠性。3. 样品预处理：将采集到的天然气样品通入样品处理系统。这可能涉及到去除杂质、水分等步骤，以确保分析的准确性。4. 样品分析：将经过预处理的天然气样品输入到天然气分析仪中。仪器将分析样品中各种组分的含量，例如甲烷、乙烷、丙烷等。

天然气的组成与热值的测定是天然气生产与配送中最重要的环节，因为天然气的买卖价格与其能含量有关。本文将介绍Agilent 490 微型气相色谱天然气分析仪在分析天然气和热值计算方面的应用。490 微型气相色谱仪是安捷伦为实验室、在线和现场应用提供的理想解决方案。

本研究展示了四款基于 990 微型气相色谱平台的 NGA 分析仪。每种分析仪的配置取决于其目标天然气的组成。NGA分析仪 A 能够在两分钟内完成空气、甲烷、二氧化碳和 C2–C6 烃类的分析。重质化合物（高达 C9）的分析可在约 5 分钟内完成。为了快速分析含有重烃（高达 C12）的天然气，采用配备三通道的扩展型 NGA 分析仪 A。NGA 分析仪 B 能够分析的样品与 NGA 分析仪 A 所能分析的样品组成类似，此外它还能够分析 H2S。

1. 能够准确测量含量高达9000ppm的高富集HDO的水样品（delta_2H ~ +57,000‰）, 其精度和准确度是目前测量天然水样所能达到的最高水平；2. 在测量高富集样品后的1个小时之内，用户即可应用同样的设置测量普通的自然水样，快速的消除记忆效应，没有同位素质谱仪可以做到这一点；3. 文章中报道LGR水同位素分析仪可每天测量60个高富集水样品；4. 文章所述LGR水同位素分析仪的高性能在所有EP型号的水同位素分析仪上均可实现，无需特殊设置。

单体同位素在石油地球化学中的应用 天然气地球化学研究；天然气的成因分类和判识；天然气的成熟度研究；天然气的混合研究； 石油地球化学研究鉴别原油的生成环境和母质类型油-油对比和油-岩对比进行油源研究油气的次生变化研究油气运移研究油藏地球化学（连通性）研究 基础有机地球化学研究

安捷伦开发出了一种使用气相色谱分析天然气与液化天然气中的永久性气体以及带 C6+基团的任意 C1-C6 扩展烃类的方法。气相色谱配置包括两个通道。第一个通道串联配置了液体和气体进样阀、分流进样口、配备了 HP-PLOT Q 和 Molsieve PLOT 毛细管柱的微板流路控制技术 (CFT) 中心切割，毛细管柱与单个热导检测器 (TCD) 连接。TCD 通道用于分析永久性气体与轻质烃。第二个通道串联配置了液体和气体进样阀、分流进样口、DB-1 色谱柱，色谱柱与火焰离子化检测器 (FID) 连接，用于分析扩展烃类。此外，FID通道具有反吹到检测器的 6 通阀，适用于无需分析扩展烃类并且需要缩短分析时间的复合 C6+ 基团分析。该配置采用毛细管柱，只需分析一次便可完成对天然气、液化天然气(NGL) 或液化石油气 (LPG) 中的永久性气体和扩展烃类的分析，此外还可用于相对简单的 C6+ 复合物分析。

该系列文章由三部分组成，本文为第二篇，探讨了 Picarro 分析仪、系统和配件如何确保对具有挑战性的海水和高盐水样品实现准确测量。第一篇文章海水的水稳定同位素测量介绍了多实验室间的研究结果，该研究旨在评估与同位素比质谱 (IRMS) 测量相比，在结果一致性和测量值上，光腔衰荡光谱 (CRDS) 所得测量结果的质量。本篇文章报道了对 CRDS 用于高盐水分析的评估。

我公司技术团队基于气相色谱分析原理，推出GCS-60、GCS-70、NBGC-60等多款在线分析的专用仪器，仪器配置合理、操作简单、准确度高、分析速度快、费用低等优点，在中石油已广泛应用案例，是天然气相关应用领域理想的工业在线分析仪。

今年3月23日，我国与欧盟、加拿大共同举办第五届气候行动部长级会议。生态环境部部长黄润秋强调:“十四五是中国实现碳达峰、碳中和的关键时期。中方将采取更加有力的政策措施，制定并实施碳排放达峰行动方案，落实控制二氧化碳排放目标，加大对甲烷等其他温室气体的控制力度，推进全国碳市场建设运行，大力推动低碳技术创新应用，持续推进经济社会发展全面绿色转型。(生态环境部)CH4是大气中仅次于CO2的第二大温室气体。进入工业化时代以来，大气中CH4的浓度相比18世纪增加了近一倍之多（2018年1858 ppb）。因此，了解CH4的形成途径和排放源对于提供有效的CH4控制措施至关重要。 CH4的自然排放源包括湿地土壤、反刍动物消化系统以及自然地质源。而约60%的CH4 排放则归因于人类活动，主要包括能源开采、生物质燃烧、农业（包括水稻种植）、天然气管道输送泄露等。由于各因素贡献率评估相对较为困难，因此需要一种高效的检测手段来准确识别CH4的源和汇。 这其中稳定同位素比质谱仪作为一种强大的示踪工具，有其独特的优势。早期富集大气中CH4 用于测量时，需进行多次“离线”手动气体净化，过程非常耗时。而近年广泛应用“定制化”GC-连续流IRMS自动净化分析技术，使得这一情况得以改善。Sercon开发了与稳定同位素比质谱仪 (CG-2022) 适配的CryoGas多功能气体净化富集装置，这是一款结合GC、低温捕集、热解/燃烧和连续流 IRMS 的商用自动化同位素分析系统，用于对低至大气浓度的CH4-δ 13C、CH4-δ 2H进行高精度、高通量检测。莱伯泰科作为Sercon公司在中国区的代理，在中国长期设立服务网点，为用户提供全面的售后支持及服务，同时还可提供多种稳定同位素比质谱相关配件、耗材。

于 Agilent 990 微型气相色谱平台，开发了一种用于天然气分析的快速解决方案。采用双通道（第一个为直型 HayeSep A 通道，第二个为 CP-Sil 5CB BF2D 通道）配置，能够在一分钟内完成天然气分析。在 HayeSep A 通道上对甲烷、空气、二氧化碳、乙烷和丙烷进行分析。在 BF2DCP-Sil 5CB 通道上对丙烷、丁烷、异丁烷、戊烷、异戊烷、2,2-二甲基丙烷和C6/C6+ 烃进行分离。系统具有了良好的重现性。与其他 990 微型气相色谱天然气分析仪相比，这种快速解决方案能够进一步提高天然气分析的速度。

本应用简报讨论了对从天然气中除去的重质烃类即所谓“天然气凝析液(NGL)”的分析。天然气是一种天然存在的烃类气体混合物，其主要由甲烷组成，但通常还包含不同量的其它高级烷烃，甚至还有少量的二氧化碳、氮气和硫化氢。此外，天然气中可能包含大量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及其它重质烃类，在甲烷被出售用作商业用途之前必须除去这些烃类。页岩气是储藏在页岩内部的天然气，而页岩是一种细粒度沉积岩，其中可能富含石油和天然气。过去十年间，结合水平钻井与水力压裂已经能够获取大量的页岩气，而在此之前，生产页岩气的成本非常高。从天然气凝析液中分离出的一种馏分被称作y 级馏分，其通常通过管道转移至集中式储存设施中以备分馏。美国中部实验室分析管道中的这些天然气凝析液并颁发用于确定产品市场价值的分析证书。

摘要：随着天然气产业绿色发展的趋势，天然气产品质量快速升级，关键指标总硫含量的分析测试技术水平也亟需提升，以满足在线监测的生产需求。在对天然气产业及技术指标发展动态的广泛调研和分析基础上，介绍了已取得的总硫检测技术国际标准化研究成果，并开展了３种总硫在线检测方法（ＧＣ－μ ＴＣＤ、ＧＣ－ＩＭＳ、ＧＣ－ＦＰＤ）的检测限、重复性、相对一致性的实验研究。结果表明，３种方法具备检测天然气中总硫（硫化合物加和）的能力，为未来总硫在线分析方法选择和优化奠定了基础。最后，提出实现天然气总硫在线检测是未来发展的必然趋势，下步将继续深入开展在线总硫色谱法检测技术和国际标准化工作，为天然气绿色发展提供技术支撑和标准化保障。

针对天然气在开发，处理，运输和销售过程中的一系列分析需求，安捷伦建立了一个广泛的分析方案组合满足于这些广泛的需求。下面的解决方案涵盖了从C1 到C5，C6+ 反吹，甚至扩展分析到C16。烃类的分析使用FID定量浓度下限是10 ppm，TCD 定量浓度下限是50 pmm。由氦气作载气，TCD 分析永久性气体的浓度下限是：O2, N2, CO, CO2 为50 ppm，H2S 为500 ppm。表2 是一个天然气分析的选择指南。

天然气硫化物分析

气相色谱法分析天然气的测试方法摘要：天然气，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。它主要存在于油田、气田、煤层和页岩层。天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。

天然气中的硫主要以硫化氢和有机硫为主，有机硫以 COS、硫醇、CS 2 和硫醚等形式存在，这些硫化物有毒、剧臭而且具有腐蚀性。在天然气化工和净化过程中，都要对天然气进行脱硫处理，因此准确分析天然气中的硫化物组成对天然气净化有着重要意义。本方案可实现一次进样完成高低浓度硫化物分析；全 PEEK 管路和 HC 切换阀大程度降低硫化物吸附可以有效提高灵敏度；特殊色谱柱分离烃类和硫化物，提高准确度。

天然气中的硫主要以硫化氢和有机硫为主，有机硫以 COS、硫醇、CS 2 和硫醚等形式存在，这些硫化物有毒、剧臭而且具有腐蚀性。在天然气化工和净化过程中，都要对天然气进行脱硫处理，因此准确分析天然气中的硫化物组成对天然气净化有着重要意义。本方案可实现一次进样完成高低浓度硫化物分析；全 PEEK 管路和 HC 切换阀大程度降低硫化物吸附可以有效提高灵敏度；特殊色谱柱分离烃类和硫化物，提高准确度。

N2O是一种重要的温室气体，其全球增温潜势是CO2的300倍。农田生态系统是大气的主要来源。此时，氮元素的来源就成为了非常有意义的参数，通过同位素分馏的现象来判断来源成为了热门分析手段。研究表明N同位素在各类土壤和水体中存在重合的情况，那么引入O同位素就显得尤为重要。目前，国内外主要的研究方法是细菌反硝化方法，他们是怎么通过Elementar元素分析仪+气体浓缩仪+同位素质谱联用系统实现的呢？详细请查阅附件内容

树轮常用于研究气候变化与环境演变，通过对其稳定同位素的分析，可揭示生态系统碳—水—氮变化特征及相互作用。树木在生长发育中响应环境变化，将环境信息通过水/空气/土壤中的碳、氢、氧转化为树木年轮的同位素比值变化，从而为重建环境变化提供了一份可靠的“档案”。古气候变化研究载体有树轮、石笋、海洋/湖泊沉积物和冰芯等。其中树轮样本具有两大优势:1）定年精确，分辨率可以到年；2）树轮年表的每一部分都可以和其它树木(年表)重叠搭接,能够获取平均值。稳定碳同位素：气孔导度、光合速率氧氢同位素：温度、叶片蒸腾作用

采用单模块MicroGC Fusion快速分析天然气组分快速和精确地分析天然气的化学组分和物理性质对于天然气生产厂, 采集厂和气体分配公司的密闭输送是极为重要的. 此外, 天然气发动机, 锅炉, 和设备的制造厂依靠天然气的计算来确定重点发展的技术指标, 例如热效率.由于天然气组分的变化, 必须监测气体的物理性质, 如压缩率, 相对密度, 和热值(英国热量单位, 或BTU). 热值上的小差别可产生显著的经济影响.基于已通过验证的微电子机械系统(MEMS) 技术, Micro GC Fusion 能用单个模块分析C1-C8 "+" (天然气中存在的从C1甲烷到C8辛烷"+"所有碳氢化合物和永久性气体). 可程序升温的色谱柱大大提高分析速度和分离效果, 降低分析的周期时间和增大样品分析的效率. 程序升温还可以快速清洗色谱柱, 防止柱内残余污染物和对色谱柱寿命的影响.基于网络的Micro GC Fusion 用户界面与Diablo EZReporter 软件的组合可在每次样品运行后自动计算化学组分和物理性质.

采用单模块MicroGC Fusion快速分析天然气组分快速和精确地分析天然气的化学组分和物理性质对于天然气生产厂, 采集厂和气体分配公司的密闭输送是极为重要的. 此外, 天然气发动机, 锅炉, 和设备的制造厂依靠天然气的计算来确定重点发展的技术指标, 例如热效率.由于天然气组分的变化, 必须监测气体的物理性质, 如压缩率, 相对密度, 和热值(英国热量单位, 或BTU). 热值上的小差别可产生显著的经济影响.基于已通过验证的微电子机械系统(MEMS) 技术, Micro GC Fusion 能用单个模块分析C1-C8 "+" (天然气中存在的从C1甲烷到C8辛烷"+"所有碳氢化合物和永久性气体). 可程序升温的色谱柱大大提高分析速度和分离效果, 降低分析的周期时间和增大样品分析的效率. 程序升温还可以快速清洗色谱柱, 防止柱内残余污染物和对色谱柱寿命的影响.基于网络的Micro GC Fusion 用户界面与Diablo EZReporter 软件的组合可在每次样品运行后自动计算化学组分和物理性质.

由robert Michener 和 Kate Lajtha编辑 自从第一版之后，同位素的领域又已经非常扩大了。从开始的应用，地理学家和海洋学家已经更深入的发展了同位素在的理论和实际应用，过去的水土状况，热系统，追踪岩石来源等。相似的，植物生物学家，地理学家，和环境化学家也已经发展了新的理论框架，经验数据库，为了研究植物和动物的同位素应用。自然丰度的同位素记号可以被用来发现单个有机体的类型和机理就像追踪食物的网络一样， 理解营养，和追踪整个生态的营养循环不论是陆地生物还是海洋系统。因此，同位素分析已经越来越作为生物学家，生态学家和所有研究元素和物质一个标准化的手段。 从历史视角的方法 每一个不同的元素，制备样品的方法都不一样。稳定同位素分析的目标是使得样品定量的转变成合适的纯气体（比如CO2，N2或者H2等）使得质谱能够分析。硫可以以SO2或者SF6的方法分析。通常，有机样品首先被干燥（或者在60℃的烘箱中或者冷冻干燥），并且被碾压成粉末。样品可以被保存在一个密闭容器中，使得他们保持干燥。如果对样品的碳元素感兴趣，但是样品中含有无机碳的话，样品需要首先被酸化（通常使用1NHCL，即便有很多用户使用稀释的磷酸） 有机样品中的C和N 早起的同位素测定中，大多数研究者使用氧化反应要不就是“离线”或者“在线”，将有机样品燃烧成气体。 现在均转变成在线的方式，通过元素分析仪连接同位素质谱的装置。1-20mg（或者更多）的样品被称量后，用锡纸包好，放在样品盘上。样品会在氧气流中，在高温下燃烧，然后燃烧的气体被氦气流带到吸附阱上进行分离成H2O，N2，CO2等。感兴趣的气体然后被导入到质谱中进行分析。这就是目前所知的连续流分析模式。 碳酸盐和溶解无机碳 无机碳样品与100%磷酸反应在真空下反应，使其完全转化为纯CO2。这使得可以同时分析C13和O18，条件是磷酸是纯的，并且不能有水。 水样中的溶解无机碳，通过酸化水样并且搅拌水样，在部分真空下产生CO2样品，然后分离纯化该气体。该样品制备原则可以被用来制备血液中的生物碳酸盐。 关于上诉样品的最新方法使用了自动的连续流系统。不需要估计瓶子中的碳酸盐，氦气在酸化之前已经代替了瓶子中的所有气体。在一个反应时间之后，CO2气体被转移到样品环中，然后使用氦气做载气导入到质谱中。一个相似的方法使用在水中DIC的测定中。 氨和水中的硝酸盐δ 15N 早期的溶解无机氮分析中，水样中的氨被分离，使用各种蒸汽蒸馏技术或者使用扩散技术等。所有的步骤使得水中的pH变化，然后将氨气被一个酸trap捕获。蒸馏技术比较适合于大量水中含有痕量氨气的情况，可以使用盐水溶液，大概每个样品需要30分钟。一旦氨气被收集在酸阱中，沸石将会用来从溶液中转移出氨气。在所有的方法中，需要小心NH3在每个阶段的收集也纺织分馏。硝态-N可以使用同样的技术蒸馏在使用还原剂将水中的硝酸根还原为氨气。 水中氧 水中氧的分析主要有两种：水平衡法和元素分析仪-同位素质谱法。 水平衡法： 氘： 水平衡法和EA-IRMS方法。 硫： 测定硫的办法，取决于样品的初始状态，核心是将硫转变成SO2还是SF6。 SF6的优势是F只有一个同位素原子，但是技术上转化有点复杂，所以大部分的实验室使用SO2气体。 大部分的方法都是将硫分离出来然后采用氧化硫成溶液中的硫酸盐。硫酸盐可以使用10%的氯化钡转变成BaSO4沉淀。在这里，样品可以氧化为SO2气体并且导入到质谱中进行检测。 连续流的方法：在元素分析仪中，高温下燃烧S，然后进入柱子分离。之后SO2被导入到质谱中进行分析。

样品类型:天然气或类似天然气混合气体分析组分:H2、02、N2、CO、CO2、C1-C5执行标准:GB/T 13610-2020

天然气指在地表以下、空隙性地层中、天然存在的烃类和非烃类混合物。按定义将天然气分为两大类，一类是可燃性天然气，其组成大部分为碳氢化合物；另一类为不可燃天然气，其组成大部分为二氧化碳和氮气。　　天然气的组成是指天然气中所含的组分及其在可检测范围内相应的含量。此配置仪器主机采用GC9720气相色谱仪，高灵敏FID、TCD检测器，配备三阀四柱阀进样切换系统，实现一次进样即可把样品中H2、O2、N2、CO、CO2、C1以上烃类等组分一次检测，FID检测谱图与TCD检测谱图自动合并为一张谱图，校正归一化法自动定量分析及热值显示，气路全EPC/AFC气路控制，全反控工作站，进样切换阀采用美国进口VICI阀头，全自动气动控制，所有仪器方法条件均由电脑工作站控制，并以文件形式存储，实现不同检测项目色谱条件的一键式转换，仪器的操作只需会电脑的基本操作及可完成对样品的检测，真正实现仪器的全自动化、智能化、操作简单化。

美国海岸警卫队希利 (Healy) 号破冰船实施北极水循环和碳同位素循环研究，博士杰夫· 威尔克 (Jeff Welker) 博士和埃里克• 克莱因 (Eric Klein) 博士 生物科学系 阿拉斯加大学安克雷奇分校 北极地区的水文循环和碳循环目前正随着气候变迁而不断变化，包括海冰覆盖范围及其厚度、北冰洋酸碱度 (pH 值) 以及初级生产力格局和食物网动力学模式方面发生的变化。此外，与海冰有关的蒸发过程变化正在影响着冬夏两季的降水特征以及更广泛的气候模式。举例来说，北极涡旋转移使更多北极气团抵达低纬度地区，这可能会导致美国东北部出现更频繁的极端天气事件。

天然气是一种主要由惰性气体和低分子量烃类组成的复杂混合物，可能含有硫化氢(H2S)和其它有机含硫化合物等杂质。一般说来，原料天然气都要经过处理去除大量含硫气体。此外，天然气中会加入叔丁硫醇(TBM) 或四氢呋喃(THT) 之类有气味的气体，人们可以嗅到它的存在。气相色谱是分析天然气及其杂质的一项可靠技术。本应用简报展示了Elster 公司采用配备有多孔聚合物U 和CP-Sil 13 型色谱柱通道的微型气相色谱仪分离多种含硫化合物的结果。

天然气是一种主要由惰性气体和低分子量烃类组成的复杂混合物，可能含有硫化氢(H2S)和其它有机含硫化合物等杂质。一般说来，原料天然气都要经过处理去除大量含硫气体。此外，天然气中会加入叔丁硫醇(TBM) 或四氢呋喃(THT) 之类有气味的气体，人们可以嗅到它的存在。气相色谱是分析天然气及其杂质的一项可靠技术。本应用简报展示了Elster 公司采用配备有多孔聚合物U 和CP-Sil 13 型色谱柱通道的微型气相色谱仪分离多种含硫化合物的结果。

天然气是一种主要由惰性气体和低分子量烃类组成的复杂混合物，可能含有硫化氢(H2S)和其它有机含硫化合物等杂质。一般说来，原料天然气都要经过处理去除大量含硫气体。此外，天然气中会加入叔丁硫醇(TBM) 或四氢呋喃(THT) 之类有气味的气体，人们可以嗅到它的存在。气相色谱是分析天然气及其杂质的一项可靠技术。本应用简报展示了Elster 公司采用配备有多孔聚合物U 和CP-Sil 13 型色谱柱通道的微型气相色谱仪分离多种含硫化合物的结果。

通常，天然气以能源为基础进行买卖，因此除了比重、压缩性等其他特性外，还需要进行成分分析以确定其热值或BTU含量。天然气加工协会（GPA）发布了天然气和脱甲烷烃类液体混合物的分析方法（GPA 2261和GPA 2177标准）。组分包括氧、氮、二氧化碳、轻烃和按反吹分组的重烃。分组峰包括气体分析方法（GPA 2261）中的己烷和较重组分（C6+）以及液体分析方法GPA 2177中的庚烷和较重组分（C7+）。硫化氢是天然气中经常存在的一种组分，通常具有定量意义。尽管它是从指定的色谱柱中以明确的峰进行洗脱的，但可能需要采取特殊的预防措施以获得令人满意的准确度,天然气分析系统B流程图详见图1。