稀有气体分析概况_胡哲生

Ar有三个稳定同位素： 36Ar、38Ar和40Ar 36Ar和38Ar基本上是地球形成时捕获的（primordial） 40Ar 基本上是由40K衰变产生的
地幔样品：橄榄石，辉石，钛磁铁矿，
蓝宝石，石榴子石、金刚石，铬铁矿等 测量过程无污染，无样品损耗 样品量大于1克，粒度40-60目，尽量系统 测量共生矿物
谢谢！
数据解释 3He/4He - [He]
He丢失产生的 同位素分馏 U\Th衰变产 生4He加入
Martelli et al., 2011
数据解释 4He/40Ar* - 3He/4He
He丢失产 生的同位 素分馏
Yamamoto et al., 2009
指示在寄主岩浆上升过程的 Martelli et al., 2011 去气作用，或者是低挥发分 熔体的交代过程
10
10
109 -40 -30 -20 -10 0 10
d 13 C („ ‰)
MORB
High-temperature volcanic gas Medium-temperature fumarole Low-temperature fumarole
10 9 -10
-8
-6
-4
-2
0
d 13 C („ ‰)
(La/Sm)N
0.8
1.2
1.6
华北克拉通东部存在地壳物质
10 10
13
1011
Department of Chh Institute
Sediment
12
Limestone
CO 2 / 3 He
10 11 1010
MORB
Hu et al., Chemical Geology, 2004

稀有气体的制取及工艺研究◎文/蒋旭1 厉彦忠2（1，中空能源设备有限公司,浙江省杭州市滨江区1509号,310000）（2，西安交通大学能动学院,陕西省西安市咸宁西路28号,710049）摘 要：对稀有气体的市场和发展进行了简述，对稀有气体的制取工艺进行了简单介绍，并对其进 行了研究和探讨。

结合国内外发展状况，提出了具体流程方案并进行了详细阐述，希望能 促进气体分离行业的发展与进步。

关键词：稀有气体；制取；工艺；研究前言近年来随着电子及材料等高新技术行业的发展，市场对空分装置特殊气体的需求呈逐年增长之势，空分装置特殊气体的纯度较普通气体要高出许多，量一般不大，能耗比常规产品要高出许多。

当前市场上所指的空分装置特殊气体即为：超高纯氮气、超高纯氧气及稀有气体（氩，氦，氖，氪，氙）。

这些气体制取方式较多，但是主要还是通过空分副产，采用深冷分离方式获取，国外在这方面的技术已经非常成熟，我国在这方面起步较晚，但是由于我国高科技行业地强势崛起，同时也带动了空分装置特殊气体市场的发展。

以下结合国内外发展状况，总结制取稀有气体的工艺流程。

一、稀有气体的应用稀有气体也称之为黄金气体，其中氪、氙主要用于照明、中空玻璃、平板电视、电子芯片、空间、卫星、医疗方面。

氦、氖主要用于照明、飞行器充气、高能物理实验。

氪在大气中含量为1.14×10E-6（空分装置、合成氨尾气、原子反应堆核裂变气中回收）；氙在大气中含量为0.086×10E-6（空分装置、合成氨尾气、原子反应堆核裂变气中回收）；氦在大气中含量为5.24×10E-6（空分装置、天然气含量高1～8%）；氖在大气中含量为18×10E-6（目前只能从空分装置中得到）。

1.1 稀有气体市场2015年世界氪气的量约20.5万立方米、氙气需求量约2万立方米。

我国氪气生产量约1.8万立方米，氙气约500立方米。

中空玻璃使用氪气的40～50%，且增长速度很快。

氪能吸收X射线，可用作X射线工作时的遮光材料。
氙灯还具有高度的紫外光辐射，可用于医疗技术方面。氙能溶于 细胞质的油脂里，引起细胞的麻醉和膨胀，从而使神经末梢作用 暂时停止。人们曾试用80%氙和20%氧组成的混合气体，作为 无副作用的麻醉剂。在原子能工业上，氙可以用来检验高速粒子、 粒子、介子等的存在。
氪、氙的同位素还被用来测量脑血流量等。
氡是自然界唯一的天然放射性气体，氡在作用于人体的同时会很 快衰变成人体能吸收的氡子体，进入人体的呼吸系统造成辐射损 伤，诱发肺癌。一般在劣质装修材料中的钍杂质会衰变释放氡气 体，从而对人体造成伤害。体外辐射主要是指天然石材中的辐射 体直接照射人体后产生一种生物效果，会对人体内的造血器官、 神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。
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利用稀有气体可以制成多种混合气体激光器。氦-氖激光器就是其中之一。 氦氖混合气体被密封在一个特制的石英管中，在外界高频振荡器的激励下， 混合气体的原子间发生非弹性碰撞，被激发的原子之间发生能量传递，进而 产生电子跃迁，并发出与跃迁相对应的受激辐射波，近红外光。氦-氖激光器 可应用于测量和通讯。
氦气是除了氢气以外最轻的气体，可以代替氢气装在飞船里，不 会着火和发生爆炸。 液态氦的沸点为-269℃，是所有气体中最难液化的，利用液态氦 可获得接近绝对零度（-273.15℃）的超低温。氦气还用来代替 氮气作人造空气，供探海潜水员呼吸，因为在压强较大的深海里， 用普通空气呼吸，会有较多的氮气溶解在血液里。当潜水员从深 海处上升，体内逐渐恢复常压时，溶解在血液里的氮气要放出来 形成气泡， 对微血管起阻塞作用，引起“气塞症”。氦气在血 液里的溶解度比氮气小得多，用氦跟氧的混合气体（人造空气） 代替普通空气，就不会发生上述现象。温度在2.2K以上的液氦 是一种正常液态，具有一般液体的通性。温度在2.2K以下的液 氦则是一种超流体，具有许多反常的性质。例如具有超导性、低 粘滞性等。它的粘度变得为氢气粘度的百分之一，并且这种液氦 能沿着容器的内壁向上流动，再沿着容器的外壁往下慢慢流下来。 这种现象对于研究和验证量子理论很有意义。 氩气经高能的宇宙射线照射后会发生电离。利用这个原理，可以 在人造地球卫星里设置充有氩气的计数器。当人造卫星在宇宙空 间飞行时，氩气受到宇宙射线的照射。照射得越厉害，氩气发生 电离也越强烈。卫星上的无线电机把这些电离信号自动地送回地 球，人们就可根据信号的大小来判定空间宇宙辐射带的位置和 强度。

稀有气体的发现史作者：王壮凌来源：《发明与创新(学生版)》2007年第12期稀有气体在自然界中的含量很少，并且不容易和其他物质作用，因此发现它们是一件很困难的事。

稀有气体的发现前后共经历了一个多世纪，整个过程既曲折又有趣。

在地球上，人类首先发现的稀有气体是氩。

早在1785年之前就已经先发现氢的英国化学家卡文迪许在空气中通入过量的氧气，用放电法使空气中的氮气和氧气反应生成一氧化氮，然后用碱溶液吸收它，剩余的氧再用红热的铜除去。

但即使把所有的氮气和氧气都除去了，仍然存在着少量的残余气体。

卡文迪许报导了他观察到的这项实验结果，但在当时并没有引起其他化学家的注意，他本人也没有再进一步研究。

其实，在这“残余气体”内就隐藏着另外一族的化学元素。

如此一来，发现新元素的机会就这样从他身边溜走了。

大约再过一个世纪后，英国物理学家瑞礼男爵三世在研究大气中各种气体的密度时，发现从空气中除去氧以后，所得到“氮气”的密度是1.2572克／公升，然而从氮化物中制得氮的密度是1.2507克／公升。

虽然，两者之间的差异只显现在第三位小数上，但已经超过了当时的实验误差范围。

瑞礼并无法给予合理的解释，便把这个实验事实公布于世，征求解答。

后来，英国化学家瑞姆赛爵士开始了这项新研究，经过瑞礼和瑞姆赛反复精确地实验，最后都得到一种空气的残余气体，这种气体的体积约占原空气体积的1％，而且比氮气稍重，经过光谱分析后才断定这种气体是一种新元素。

在1894年，瑞礼和瑞姆赛宣布了这一元素的发现，并且把它定名argon，有“懒惰”的意思，中文的译名是氩。

这也就是在科学界中广被传说的“第三位小数的胜利”。

氦的发现有些凑巧，它是唯一先在地球以外发现到的一种元素。

1868年8月10日在印度发生日全食，法国天文学家杨森在观测这次日全食时，从太阳光谱中得到一条波长587．49纳米的橙黄色光谱线。

同时，英国天文学家简克伊尔也在不同的场合从太阳光谱中得到相同的发现。