本实验的装置图如图4－2所示。实验是在透明的熔融石英毛细管（Chou et al，2003；Lu et al，2006）内进行的（图4－3）。毛细管长30cm左右、内径300μm、外径665μm，断面为圆形。毛细管的一端用氢氧焰焊封，另一端通过高压密封圈、阀门与进样和加压系统相连。实验中温度通过linkam CAP500冷热台控制及监测，实验时毛细管水平安放在冷热台的内凹长槽内，冷热台可保证长槽内的温度长时间保持在一个稳定值，冷热台测量温度范围为74～773K，经实验前多次反复测量，卡槽内测量精度在253～373K范围内，为±0.1K，在373～573K范围内为±0.3K。实验中所用到的CO2气体纯度为99.99％。压力由Setra 204D数字压力传感器读数，压力表基准为2000TM（最高测量压力值为69MPa，精度为±0.14％）。
图4－2 加压泵定压封闭体系装样示意图
（据Lu et al，2006，修改）
实验步骤如下。
（1）样品准备：用酒精灯将高压石英腔外部的保护膜烧掉，将一段长1cm左右的溶液装进石英管，毛细管的一端用氢氧焰焊封，在高速离心机作用下将水溶液柱旋到石英管的封闭端以去除封闭端的空气，将毛细管另一端通过高压密封圈、阀门与进样和加压系统相连，将管状透明高压腔水平方向安放在X－Y－Z控制台上。
图4－3 实验中所用熔融石英毛细管
（2）抽真空及洗气：打开真空泵，将管线中的空气全部抽走（打开V－8，V－4、V－2之外的所有阀门，使压力表显示到真空状态），注入所需气体（关闭V－7，开V－8），再抽真空，放气，使透明高压腔体的空气尽量排净（为尽可能保证毛细管内溶液内含待测气体的初始浓度为0，洗气过程中时间应尽量短，通常在3分钟以内，并且通入气体压力不宜太大，最好小于2MPa，这种压力下气体在水中的溶解度非常小，从而可以忽略该阶段待测气体的少量溶解量）。
（3）加压及升温：注入所需气体后，关闭V－8，打开V－7，使用加压泵（为减少加压时间，打开阀门前可在加压泵中预留一定压力的气体）给系统快速加压，当压力表读数显示到目标压力时，如20MPa、40MPa等，关闭V－7、V－6。调整冷热台参数使之快速达到目标温度。加压后气液界面附近的气体开始大量溶解于水中，因而水柱的两头产生了一个浓度梯度，扩散作用开始，记录该时间作为扩散过程的起始时间。
（4）拉曼观测：加压及升温后，为了弄清扩散过程中浓度在时间、空间上的变化规律，在气液界面和管末端之间沿着水柱方向（扩散路径），以1～3mm的间距选取若干个标记点（A、B、C、D）作为拉曼采集的位置（图4－4），各个标记点与石英管密封端以及与气液界面之间的距离，在实验前后均用螺旋测微器进行多次测量（精度0.01mm）。测量时将激光调整至信号最佳的位置以便于得到最好的谱峰效果，依次轮流采集各位置上随时间变化的拉曼谱图（图4－5）。光谱的采集范围在1200～4000cm－1之间，单个图谱时间约为60s并叠加两次，溶解气体的峰面积利用GRAMS32／AI软件（Galactic Industries）积分，水的峰面积选取2650～3950cm－1之间积分，CO2为1330～1450cm－1之间积分。
以本实验中压力为20MPa、温度为298K时CO2在浓度为5.7％的Na Cl溶液中扩散数据为例，圆形为离气液界面极近的点（距离界面约20μm），乘号为管尾选择的标记点，菱形、四边形、三角形为两者之间隔1～3mm所选的点。利用积分软件积分，水的峰面积选取2650～3950cm－1之间积分，CO2为1330～1450cm－1之间积分，得到积分数据后，求取各标记点上的HR（CO2／H2O）的比值，得到如图4－6的结果，即为实验中所选标记点上CO2浓度随时间的变化值。
图4－4 管式高压腔体中气体由气－液界面向水柱末端扩散示意图
（据Lu et al，2006，修改）
图4－5 扩散过程中选取标记点上CO2浓度随时间变化的拉曼谱图
（1385cm－1附近为溶解CO2的伸缩峰，3400cm－1附近为水的伸缩峰，图中选取的谱图为20MPa、298K时CO2在5.7％的Na Cl溶液中的扩散谱图）
图4－6 实验中各测点上CO2浓度随时间的变化关系
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
