一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台

1.本发明具体涉及一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台。


背景技术：

[0002]“双碳”目标下，天然气水合物的碳氢化合物具有零消耗臭氧潜能值、低全球变暖潜能值，成为优良的替代工质。天然气水合物是由水和小气体分子在低温、高压条件下形成的非化学计量性笼型结晶化合物。“为验证天然气水合物的组分及结构，实验分析需要提供低温环境，从而来研究天然气水合物在形成过程种的结构特征。拉曼光谱作为一种非结构性破坏的光谱分子技术，可以从微观分子水平上对样品进行检测，与核磁共振光谱、中子衍射和x光衍射等技术相比，其取样测量面积小，能够测量单一水合物中不同组分的信息。但现有原位拉曼测试方法只适用于特定温度下进行检测，无法检测出不同温度下物质结构。本发明设计可控的低温拉曼测试装置，用在不同低温条件下的天然气水合物物质的组分结构和水笼子占优比率等关键信息。


技术实现要素：

[0003]
本发明是要解决现有原位拉曼测试方法只适用于特定温度下进行检测，无法检测出不同温度下物质结构。本发明设计可控的低温拉曼测试装置，用在不同低温条件下的天然气水合物的结构特性。
[0004]
本发明一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台由1-烧杯、2-烧杯、3-蠕动泵、4-拉曼光学显微镜、5-气囊、6-外接电源、7-低温拉曼测试池、8-水冷散热器构成；所述1-烧杯通过管路与3-蠕动泵的进液口相连通，所述3-蠕动泵的出液口通过管路与5-气囊的进口相连通，所述5-气囊的出口通过管路与7-低温拉曼测试池的进液口相连通，所述7-低温拉曼测试池的出液口通过管路与2-烧杯相连通，所述7-低温拉曼测试池的上方设置4-拉曼光学显微镜；所述7-低温拉曼测试池由7-1上盖、7-2半导体制冷片、7-3制冷片固定器、7-4水冷片、7-5底盖构成；所述7-2导体制冷片与6-外接电源相连接，所述7-4水冷片通过管线与8-水冷散热器相连接。
[0005]
本发明的有益效果是：
[0006]
本发明设计的用于天然气水合物的原位拉曼测试平台可以利用半导体制冷片实现不同低温条件下的天然气水合物结构特性的动态和差异检测，进而研究天然气水合物在形成过程中的结构变化。能够实现在拉曼检测过程中温度的快速和准确变化，进而实现不同低温下的天热气水合物结构特性的动态与变化检测，而且成本低，制造方便。
附图说明
[0007]
图1为本发明的整体结构示意图；
[0008]
图2为原位低温拉曼测试装置的测试池爆炸图；
[0009]
图3为上盖三视图及剖面图；
[0010]
图4为上盖具体；
[0011]
图5为半导体制冷片三视图
[0012]
图6为水冷片三视图
具体实施方式
[0013]
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合，结合附图说明以下具体实施方式。
[0014]
具体实施方式一：本实施方式用于天然气水合物的原位拉曼测试平台由1-烧杯、2-烧杯、3-蠕动泵、4-拉曼光学显微镜、5-气囊、6-外接电源、7-低温拉曼测试池、8-水冷散热器构成；所述1-烧杯通过管路与3-蠕动泵的进液口相连通，所述3-蠕动泵的出液口通过管路与5-气囊的进口相连通，所述5-气囊的出口通过管路与7-低温拉曼测试池的进液口相连通，所述7-低温拉曼测试池的出液口通过管路与2-烧杯相连通，所述7-低温拉曼测试池的上方设置4-拉曼光学显微镜；所述7-低温拉曼测试池由7-1上盖、7-2半导体制冷片、7-3制冷片限位器、7-4水冷片、7-5底盖构成；所述7-2导体制冷片与6-外接电源相连接，所述7-4水冷片通过管线与8-水冷散热器相连接。
[0015]
本实施方式中7-低温拉曼测试池由五部分组成；7-1上盖的整体尺寸如图3所示、在中心处设有观测孔、观测孔为导梯台形状，并且上方用玻璃片密封；7-1上盖下方紧贴7-2半导体制冷片的冷端；7-2半导体制冷片热端与7-4水冷片紧贴，并且二者之间涂抹散热硅脂，提高散热效率；7-2半导体制冷片由7-3制冷片限位器固定，7-4水冷片由7-5底盖定位。在7-1上盖、7-3制冷片限位器、7-5底盖四周纵向开8个直径为4mm的螺栓孔将低温拉曼测试池各个部件固定在一起。
[0016]
本实施方式测试过程不接触样品表面，通过拉曼激光进行测试，是一种无损检测技术。
[0017]
本实施方式通过水冷以及半导体制冷片进行制冷，以实现在天然气水合物结构测试过程中温度的快速和准确变化，进而实现不同低温条件下天然气水合物结构特性的动态与差异检测。
[0018]
本实施方式利用蠕动泵控制软管中溶液流量，实现腐蚀溶液的稳定流动。
[0019]
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，在低温拉曼测试池进液口与蠕动泵之间加装气囊，该气囊减弱了由蠕动泵的脉冲导致的回流现象，容纳脉动过程中产生的气泡，同时也使气体能够通过过滤口排出。本实施方式可以排出低温拉曼测试池内的气体，从而减少因气体的存在而对实验产生的影响。其他与具体实施方式一相同。
[0020]
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二，所述拉曼池7-1上盖下方底面设置有环形密封槽，加装垫圈，紧贴7-2半导体制冷片的冷端并用垫圈进行密封，防止漏液。其他与具体实施方式一或二相同。
[0021]
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：所述拉曼光学显微镜4装有三维载物台、微调台、步进电机和pid控制系统组成。在测试过程中实现对样品位置的微调与定位。其他与具体实施方式一至三相同。
[0022]
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：对低温拉曼测试池进出液口进行封堵密封，通过测试孔加入待测材料，然后盖上玻璃片，维持测试池内液体
环境的稳定，通过移动三维台，从而测定待测材料在溶液中的结构变化及扩散情况。其他与具体实施方式一至四相同
[0023]
实施实例：
[0024]
一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台由1-烧杯、2-烧杯、3-蠕动泵、4-拉曼光学显微镜、5-气囊、6-外接电源、7-低温拉曼测试池、8-水冷散热器构成。所述1-烧杯通过管路与3-蠕动泵的进液口相连通，所述3-蠕动泵的出液口通过管路与5-气囊的进口相连通，所述5-气囊的出口通过管路与7-低温拉曼测试池的进液口相连通，所述7-低温拉曼测试池的出液口通过管路与2-烧杯相连通，所述7-低温拉曼测试池的上方设置4-拉曼光学显微镜；所述7-低温拉曼测试池由7-1上盖、7-2半导体制冷片、7-3制冷片限位器、7-4水冷片、7-5底盖构成；所述7-2导体制冷片与6-外接电源相连接，所述7-4水冷片通过管线与8-水冷散热器相连接。低温拉曼测试池的主要材料是聚乳酸(pla)，可以通过3d打印机获得。


技术特征：
1.一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台，其特征在于：1-烧杯、2-烧杯、3-蠕动泵、4-拉曼光学显微镜、5-气囊、6-外接电源、7-低温拉曼测试池、8-水冷散热器构成；所述1-烧杯通过管路与3-蠕动泵的进液口相连通，所述3-蠕动泵的出液口通过管路与5-气囊的进口相连通，所述5-气囊的出口通过管路与7-低温拉曼测试池的进液口相连通，所述7-低温拉曼测试池的出液口通过管路与2-烧杯相连通，所述7-低温拉曼测试池的上方设置4-拉曼光学显微镜；所述7-低温拉曼测试池由7-1上盖、7-2半导体制冷片、7-3制冷片固定器、7-4水冷片、7-5底盖构成；所述7-2导体制冷片与6-外接电源相连接，所述7-4水冷片通过管线与8-水冷散热器相连接。2.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台，其特征在于：所述7-低温拉曼测试池由五部分组成；7-1上盖的整体尺寸如图3所示、在中心处设有观测孔、观测孔为导梯台形状，并且上方用玻璃片密封；7-1上盖下方紧贴7-2半导体制冷片的冷端；7-2半导体制冷片热端与7-4水冷片紧贴，并且二者之间涂抹散热硅脂，提高散热效率；7-2半导体制冷片由7-3制冷片限位器固定，7-4水冷片由7-5底盖定位。在7-1上盖、7-3制冷片限位器、7-5底盖四周纵向开8个直径为4mm的螺栓孔将低温拉曼测试池各个部件固定在一起。3.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台，其特征在于：在低温拉曼测试池进液口与蠕动泵之间加装气囊，该气囊减弱了由蠕动泵的脉冲导致的回流现象，容纳脉动过程中产生的气泡，同时也使气体能够通过过滤口排出。4.根据权利要求2所述的一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台，其特征在于：所述拉曼池7-1上盖下方底面设置有环形密封槽，加装垫圈，紧贴7-2半导体制冷片的冷端并用垫圈进行密封，防止漏液。5.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台，其特征在于：所述拉曼光学显微镜4装有三维载物台、微调台、步进电机和pid控制系统组成。在测试过程中实现对样品位置的微调与定位。6.根据权利要求2所述的一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台，其特征在于：对低温拉曼测试池进出液口进行封堵密封，通过测试孔加入待测材料，然后盖上玻璃片，维持测试池内液体环境的稳定，通过移动三维台，从而测定待测材料在溶液中的结构变化及扩散情况。7.根据权利要求1所述的一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台，其特征在于：所述测试池由半导体制冷片制冷，水冷片用于半导体制冷片热端的散热。

技术总结
一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台。本发明具体涉及一种用于天然气水合物的原位拉曼测试平台。本发明设计可控的原位低温拉曼测试平台，用在不同低温条件下的天然气水合物物质的组分结构和水笼子占优比率等关键信息。由1-烧杯、2-烧杯、3-蠕动泵、4-拉曼光学显微镜、5-气囊、6-外接电源、7-低温拉曼测试池、8-水冷散热器构成；所述-低温拉曼测试池的下部设置有半导体制冷片与水冷片，所述导体制冷片与6-外接电源相连接，所述水冷片通过管线与8-水冷散热器相连接。本发明设计的低温拉曼测试装置可以利用半导体制冷片实现不同低温条件下的天然气水合物结构特性的动态和差异检测，进而研究天然气水合物在形成过程中的结构变化。变化。变化。


技术研发人员：齐建涛 孙文涛 王宁 朱永强 卞贵学 陈跃良
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：2022.09.07
技术公布日：2023/3/24