發(fā)明背景

本文的實(shí)施方案總體涉及用于地下地層操作的設(shè)備和方法，并且更具體地說(shuō)涉及地下地層操作中的光譜電化學(xué)池，諸如薄層光譜電化學(xué)池以及其使用方法。

在油氣工業(yè)中，在鉆探井筒期間通常使用鉆井流體來(lái)促進(jìn)鉆井過(guò)程并且將井筒內(nèi)的流體靜壓保持大于井筒周?chē)牡叵碌貙?又簡(jiǎn)稱(chēng)為“地層”)中的壓力。這種鉆井流體滲透到或侵入地層中以改變徑向深度(通常被稱(chēng)為侵入?yún)^(qū))，所述徑向深度尤其取決于地層的類(lèi)型和所使用的鉆井流體。在鉆井期間或在此之后下放到井筒中的井下地層測(cè)試工具可以用于監(jiān)測(cè)地層壓力，從井筒收集地層流體樣品，以預(yù)測(cè)井筒周?chē)膬?chǔ)層的動(dòng)態(tài)等等。這些地層測(cè)試工具通常含有細(xì)長(zhǎng)主體，所述細(xì)長(zhǎng)主體具有對(duì)井筒中的感興趣區(qū)進(jìn)行密封的彈性體封隔器或襯墊。密封系統(tǒng)中的通路或流動(dòng)通道用于從地層中抽取流體。這種流體被收集在工具內(nèi)并且在井筒中進(jìn)行分析或者被帶到表面來(lái)進(jìn)行分析，以確定流體的特性，從中收集了所述流體的地層的條件等等。

傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，分析地層流體中的物質(zhì)(例如，與地層流體含量相關(guān)的物質(zhì)的濃度和/或類(lèi)型)。通常，使用傳統(tǒng)光譜技術(shù)來(lái)分析地層流體，其中從地層流體獲得與地層流體中特定物質(zhì)的類(lèi)型或濃度相關(guān)的光譜。然而，特定物質(zhì)或其濃度的檢測(cè)在這種物質(zhì)不能產(chǎn)生強(qiáng)光學(xué)信號(hào)的情況下可能是困難的。在這類(lèi)情況下，地層流體和/或地層中的儲(chǔ)層的類(lèi)型和條件可能是無(wú)法獲得的，或者僅可以實(shí)現(xiàn)次優(yōu)的信息量。

附圖簡(jiǎn)述

下圖被包括來(lái)說(shuō)明本文描述的實(shí)施方案的某些特征和創(chuàng)造性方面，并且不應(yīng)被視為是排他性實(shí)施方案。如受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)想到，所公開(kāi)的主題在形式和功能上能夠具有相當(dāng)多的修改、改變、組合以及等效形式。

圖1展示根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的薄層光譜電化學(xué)池。

圖2展示非機(jī)械地說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案如何使用薄層光譜電化學(xué)池來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的光譜電化學(xué)評(píng)估的方框圖。

具體實(shí)施方式

本文的實(shí)施方案總體涉及用于地下地層操作的設(shè)備和方法，并且更具體地說(shuō)涉及地下地層操作中的光譜電化學(xué)池，諸如薄層光譜電化學(xué)池以及其使用方法。以下描述了本公開(kāi)的多個(gè)方面和實(shí)施方案。在特定實(shí)施方案的背景下描述了獨(dú)立的創(chuàng)造性特征，但是所述創(chuàng)造性特征并不僅限于這些實(shí)施方案，除非明確指出如此。公開(kāi)了薄層光譜電化學(xué)池，所述薄層光譜電化學(xué)池可以與電磁輻射源和檢測(cè)器組合。設(shè)備可以包括恒電勢(shì)器，并且可以包括流體混合器。所述設(shè)備可以在地下地層操作執(zhí)行期間整合在井下工具諸如地層測(cè)試器內(nèi)或位于所述井下工具上，或者可以位于流體管道中，諸如以獲取與位于井下的物質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

光譜電化學(xué)將光譜和電化學(xué)技術(shù)結(jié)合在一起來(lái)對(duì)某些流體執(zhí)行測(cè)量和數(shù)據(jù)收集。確切地說(shuō)，本文使用的光譜電化學(xué)評(píng)估個(gè)別與氧化和/或還原物質(zhì)的類(lèi)型和濃度相關(guān)的光譜。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“流體”指代呈液相和/或氣相的材料。

使用光譜電化學(xué)來(lái)感測(cè)流體中的物質(zhì)，諸如金屬離子可能會(huì)因處于其還原態(tài)和氧化態(tài)的物質(zhì)之間的摩爾吸光度的差異較小而具有較差的敏感度，從而導(dǎo)致弱光學(xué)信號(hào)。然而，當(dāng)配位配體用作還原態(tài)和/或氧化態(tài)的強(qiáng)發(fā)色團(tuán)來(lái)與金屬離子絡(luò)合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)較大的摩爾吸光度差異，從而改進(jìn)光學(xué)信號(hào)以及其檢測(cè)。增強(qiáng)信號(hào)允許操作者更充分地了解正被測(cè)試的特定地層流體的組分，從而允許作出有關(guān)地層的完井和生產(chǎn)的更明智的決策，進(jìn)而減少操作者時(shí)間并且提高地層生產(chǎn)率。也可以在井下位置評(píng)估其他流體，諸如放置在其中的與地層相互作用的處理流體。在這類(lèi)情況下，處理流體因來(lái)自地層的一種或多種物質(zhì)而發(fā)生的改變可能是可檢測(cè)的。

在一些實(shí)施方案中，本文描述的設(shè)備和方法可以參考地下地層中的鉆井或測(cè)井操作。然而，所述設(shè)備和方法可以用在可能受益于流體的原位(或非原位)光譜電化學(xué)測(cè)量的任何其他地下地層操作中。這些操作也可以在地下地層中進(jìn)行并且涉及油氣工業(yè)，但是還可以涉及油氣工業(yè)之外的操作，而不脫離本公開(kāi)的范圍。

下文呈現(xiàn)了本文公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)說(shuō)明性實(shí)施方案。為了清楚起見(jiàn)，在本申請(qǐng)中并未描述或示出實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式的所有特征。應(yīng)理解，在開(kāi)發(fā)結(jié)合本文公開(kāi)的實(shí)施方案的實(shí)際實(shí)施方案中，必須作出眾多實(shí)現(xiàn)方式特定的決策來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的目標(biāo)，諸如遵守與系統(tǒng)相關(guān)、與巖性學(xué)相關(guān)、與商業(yè)相關(guān)、與政府相關(guān)的約束以及其他約束，所述約束隨著實(shí)現(xiàn)方式和時(shí)間的不同而不同。雖然開(kāi)發(fā)者的工作可能是復(fù)雜而又耗時(shí)的，但是這類(lèi)工作對(duì)于受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將是常規(guī)任務(wù)。

應(yīng)注意，當(dāng)本文中在數(shù)字列表的開(kāi)頭提供“約”時(shí)，所述術(shù)語(yǔ)修飾數(shù)字列表的每個(gè)數(shù)字。在范圍內(nèi)的一些數(shù)字列表中，列出的一些下限可能大于列出的一些上限。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所選擇的子集將要求選擇超過(guò)所選擇的下限的上限。除非另外指明，否則在本說(shuō)明書(shū)和相關(guān)權(quán)利要求中使用的表示成分的量、特性諸如溫度、壓力、反應(yīng)條件等等的所有數(shù)字應(yīng)被理解為在所有情況下都由術(shù)語(yǔ)“約”修飾。因此除非相反地指明，否則以下說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中闡述的數(shù)字參數(shù)是近似值，所述近似值可以根據(jù)力求通過(guò)本文描述的示例性實(shí)施方案來(lái)獲得的期望特性來(lái)變化。在最低限度上，且不試圖將等同原則的應(yīng)用限制于權(quán)利要求的范圍，每個(gè)數(shù)字參數(shù)應(yīng)至少根據(jù)所報(bào)道的有效位的數(shù)目并通過(guò)應(yīng)用一般舍入技術(shù)來(lái)解釋。

雖然組合物和方法在本文中已在“包含”各種組分或步驟方面進(jìn)行了描述，但是組合物和方法也可以“基本上由各種組分和步驟組成”或“由各種組分和步驟組成”。當(dāng)在權(quán)利要求中使用“包含”時(shí)，它是開(kāi)放式的。

在本文的一些實(shí)施方案中，提供薄層光譜電化學(xué)池，所述薄層光譜電化學(xué)池可以用在井下環(huán)境中來(lái)原位獲取有關(guān)位于其中的流體中的物質(zhì)的數(shù)據(jù)，可以有利地實(shí)時(shí)地或基本上實(shí)時(shí)地采集所述數(shù)據(jù)。如前所述，測(cè)試流體或“樣品”可以是地層流體或已接觸地層的引入流體。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“基本上”意指很大程度上但不一定是完全的。如下文更詳細(xì)所論述，可以在進(jìn)行某些地下地層操作之前、期間和/或之后，評(píng)估樣品中各種類(lèi)型的物質(zhì)的存在和/或不存在。

現(xiàn)參考圖1，展示了根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的薄層光譜電化學(xué)池100。如圖所示，在本文中可替代地簡(jiǎn)稱(chēng)為“池100”的薄層光譜電化學(xué)池100包括池主體102，所述池主體被密封性地密封并且具有第一體積。如圖所示，池主體102被展示為立方體或矩形棱柱，具有一定體積并允許在其中限定透明樣品窗口104的任何形狀都可能是合適的，而不會(huì)脫離本公開(kāi)的范圍。一般而言，池主體102的形狀優(yōu)選地使得池主體102具有在操作時(shí)能夠平衡池主體102的基底，這可以使所述池主體更好地用在井下工具中，如以下詳細(xì)論述。還可以?xún)?yōu)選的是，池主體102的形狀圍繞兩個(gè)軸線(xiàn)是對(duì)稱(chēng)的；這類(lèi)形狀可以包括但不限于立方體、長(zhǎng)方體、圓柱體、六角棱柱、三棱柱等等。然而，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)形狀也可以用于形成池主體102，包括但不限于圓錐體、正方角椎體、長(zhǎng)方角錐體、三角角錐體等等。類(lèi)似地，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，可以選擇不對(duì)稱(chēng)的形狀或不具有基底的形狀來(lái)形成池主體102。

在一些實(shí)施方案中，池主體102可以由能夠承受在井下環(huán)境中常會(huì)遇到的升高的溫度和壓力的材料制成。也就是說(shuō)，在升高的溫度和壓力下，池主體102在地下地層操作期間保持完整，并且隨著時(shí)間的推移基本上不會(huì)遭受結(jié)構(gòu)損壞。在其他實(shí)施方案中，池主體102可以是壓力平衡的，使得池主體102在井下環(huán)境中經(jīng)歷的升高的溫度和壓力基本上被消除并且不需要進(jìn)行控制。

例如，池主體102可以在以下范圍內(nèi)的溫度下使用：約0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃和150℃的下限至約300℃、290℃、280℃、270℃、260℃、250℃、240℃、230℃、220℃、210℃、200℃、190℃、180℃、170℃、160℃和150℃的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

在一些實(shí)施方案中，池主體102可以在以下范圍內(nèi)的壓力下使用：約14.7磅/平方英寸(psi)、100psi、500psi、1000psi、2000psi、4000psi、6000psi、8000psi、10000psi、12000psi、14000psi、16000psi、18000psi和20000psi的下限至約45000psi、44000psi、42000psi、40000psi、38000psi、36000psi、34000psi、32000psi、30000psi、28000psi、26000psi、24000psi、22000psi和20000psi的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

池100和池主體102可以暴露于井下溫度和壓力(諸如上文描述的那些)的操作時(shí)間可以是開(kāi)始和完成特定地下地層操作所需的任何時(shí)間。這類(lèi)操作時(shí)間可以在以下范圍內(nèi)：約30分鐘、1小時(shí)(小時(shí))、5小時(shí)、10小時(shí)、20小時(shí)、40小時(shí)、60小時(shí)、80小時(shí)、100小時(shí)、120小時(shí)和140小時(shí)的下限至約360小時(shí)、340小時(shí)、320小時(shí)、300小時(shí)、280小時(shí)、260小時(shí)、240小時(shí)、220小時(shí)、200小時(shí)、180小時(shí)、160小時(shí)和140小時(shí)的上限，涵蓋其間的任何值和子集。在一些情況下，操作時(shí)間可能甚至?xí)^(guò)360小時(shí)，包括高達(dá)20天或一個(gè)月。池100和池主體102可以暴露于井下條件的操作時(shí)間可以取決于許多因素，包括例如正使用的地層評(píng)估工具的類(lèi)型等等。在不受限制的情況下，提供以下示例操作時(shí)間以供參考。例如，可從halliburtonenergyservices公司，houston，texas獲得的某些電纜工具，諸如wirelinedescriptiontool(rdt^tm)可能要求從約幾小時(shí)至約幾天，通常不超過(guò)約五天(約120小時(shí))的操作時(shí)間。其他工具，諸如隨鉆測(cè)量工具可能要求更寬泛的操作時(shí)間，范圍為約一天或約幾天至約15天(360小時(shí))。此外，在一些情況下，采樣事件本身(例如，如上所述抽取和收集地層流體)往往朝向井筒的底部發(fā)生，由此要求池100和池主體102在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)處于井下環(huán)境中。

與操作時(shí)間相比較，采樣事件可能是相當(dāng)簡(jiǎn)短的，這僅與采集地層流體的樣品所需的時(shí)間一致。分析事件本身(即，使用本文描述的池100來(lái)分析)可能發(fā)生在或不發(fā)生在井下環(huán)境中，但是在時(shí)間上可能要晚于操作時(shí)間，特別是在地層流體被捕獲在工具內(nèi)的情況下。分析事件通?？梢栽谝韵路秶鷥?nèi)完成：約3秒(秒)、5秒、10秒、30秒、1分鐘(分鐘)、5分鐘、10分鐘、20分鐘、40分鐘、60分鐘、80分鐘、100分鐘的下限至約300分鐘、280分鐘、260分鐘、240分鐘、220分鐘、200分鐘、180分鐘、160分鐘、140分鐘、120分鐘和100分鐘的上限，涵蓋其間的任何值和子集。分析事件的持續(xù)時(shí)間可以取決于許多因素，包括例如本文描述的儀器的敏感度、信噪比等等。

然而，本文提供的溫度、壓力和操作時(shí)間是非限制性的，并且可以取決于地層的類(lèi)型、所選擇的池主體材料的類(lèi)型、實(shí)現(xiàn)所選擇的密封性密封的手段等等。

在一些實(shí)施方案中，池主體102可以由選自由以下各項(xiàng)組成的組的材料構(gòu)成：聚(醚酮)、聚(醚醚酮)、聚(醚酮酮)、聚(醚醚酮酮)、聚(醚酮醚酮酮)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚苯并咪唑、耐腐蝕金屬(例如，鈦、鈦合金、鋯、鈮合金、鎳、鎳合金)、金屬合金(例如，鈦合金)、超合金(例如，其為可從specialmetals公司，newhartford，newyork獲得的一類(lèi)奧氏體鎳-鉻基超合金)以及其任何組合。在一些情況下，耐腐蝕金屬、金屬合金或超合金可以?xún)?yōu)選用于形成池主體102。在其他情況下，鈦、鈦合金或可以?xún)?yōu)選用于形成池主體102。

在一些實(shí)施方案中，池主體102的體積可以在以下范圍內(nèi)：約0.02毫升(ml)、0.05ml、0.1ml、0.25ml、0.5ml、0.75ml、1ml、2.5ml、5ml、10ml、50ml、100ml、250ml、500ml、750ml、1000ml、1250ml、1500ml、1750ml、2000ml、2250ml和2500ml的下限至約5000ml、4750ml、4500ml、4250ml、4000ml、3750ml、3500ml、3250ml、3000ml、2750ml和2500ml的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

池主體102可以被密封性地密封，使得所述池主體具有不透流體(包括氣體)的品質(zhì)。密封性密封可以使用錐形接頭和密封裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述密封裝置包括但不限于密封環(huán)、o形環(huán)、套筒、膠帶、樹(shù)脂串以及其任何組合。這類(lèi)密封裝置可以由能夠在井下位置中維持密封性密封的包括例如聚四氟乙烯的任何材料制成。在其他實(shí)施方案中，池主體102可以膠合或焊接，諸如通過(guò)樹(shù)脂膠合(例如，環(huán)氧樹(shù)脂)、電阻焊接、焊合、電子束焊接、激光焊接、螺紋連接、互鎖以及其任何組合。由于池主體102可能經(jīng)歷升高的溫度和壓力，以及有可能存在恒定的流體接觸和腐蝕性環(huán)境，焊接池主體102可能是優(yōu)選的。

在池主體102中限定了透明樣品窗口104，并且使其與所述池主體流體連通(例如，使用o形密封件)。透明樣品窗口104限定穿過(guò)池主體102的光路。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“光路”指代電磁輻射穿過(guò)一定距離，并且在這種情況下，至少穿過(guò)池主體102中限定透明樣品窗口104的距離時(shí)所占用的路徑。透明樣品窗口104可以由各種透明的剛性或半剛性材料構(gòu)成，所述材料被配置為允許電磁輻射以感興趣的波長(zhǎng)透過(guò)其中。在一些實(shí)施方案中，形成透明樣品窗口104的材料可以由一種材料構(gòu)成，所述材料包括但不限于玻璃、石英、藍(lán)寶石、熔凝石英、氧化鋁以及其任何組合。樣品窗口104可以呈任何三維形式，諸如立方體、桿、盤(pán)、棱柱、圓錐體、圓柱體、纖維(例如，極窄的圓柱體)等等。

透明樣品窗口104具有基本上小于池主體102的第二體積。透明樣品窗口104的形狀是非限制性的，并且可以包括上文參考池主體102論述的任何形狀，而不脫離本公開(kāi)的范圍，前提是透明樣品窗口如下文更詳細(xì)所論述能夠在上文論述的溫度和壓力范圍下固持一定體積的流體，并且允許電磁輻射透過(guò)其中。

進(jìn)入到透明樣品窗口104中的流體(例如，地層流體或其他流體，諸如引入的井下流體)可以如下文更詳細(xì)所論述進(jìn)行光譜電化學(xué)分析。然而，池主體102中的流體和透明樣品窗口104中的流體基本上是相同的，但是只有透明樣品窗口104中的流體經(jīng)受電壓電位，而池主體102中的流體保持中性。下文還將更詳細(xì)論述的電壓電位驅(qū)動(dòng)電化學(xué)反應(yīng)，所述電化學(xué)反應(yīng)指示流體內(nèi)物質(zhì)的相對(duì)氧化態(tài)或還原態(tài)。在一些實(shí)施方案中，透明樣品窗口104的體積可以在以下范圍內(nèi)：約0.01ml、0.02ml、0.05ml、0.1ml、0.15ml、0.2ml、0.25ml、0.3ml、0.35ml、0.4ml、0.45ml和0.5ml的下限至約1ml、0.95ml、0.9ml、0.85ml、0.8ml、0.75ml、0.7ml、0.65ml、0.6ml、0.55ml和0.5ml的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

透明樣品窗口104的位置雖然基本上示出處于池主體102內(nèi)的中心位置，但是在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下可以位于與池主體102流體連通的任何位置，前提是來(lái)自池主體102的流體如下文更詳細(xì)所論述能夠在池主體102中的流體混合時(shí)進(jìn)入和離開(kāi)透明樣品窗口104。例如，透明樣品窗口104可以位于池主體102的中心點(diǎn)的左側(cè)或右側(cè)，包括鄰接池主體102的側(cè)邊緣。此外，透明樣品窗口104可以位于池主體102的中心點(diǎn)的上方或下方，包括鄰接池主體102的底緣。然而，除非透明樣品窗口104被配置為允許流體在池主體102中的流體混合時(shí)從池主體102進(jìn)入和離開(kāi)透明樣品窗口104，否則透明樣品窗口104優(yōu)選地不定位在鄰接池主體102的頂緣的位置處。

池100包括工作電極120，所述工作電極延伸穿過(guò)池主體102而進(jìn)入到整體進(jìn)行密封性密封的透明樣品窗口104中；對(duì)電極122，所述對(duì)電極延伸穿過(guò)整體進(jìn)行密封性密封的池主體102；以及參比電極124，所述參比電極延伸穿過(guò)整體進(jìn)行密封性密封的池主體102。電極120、122和124中的每一個(gè)被如此配置來(lái)允許在透明樣品窗口104上形成電壓電位，而池主體102中的其余流體保持中性。

在一些實(shí)施方案中，工作電極120、對(duì)電極122和參比電極124(統(tǒng)稱(chēng)為“電極”)可以分別電耦合至工作電引線(xiàn)130、對(duì)向電引線(xiàn)132和參比電引線(xiàn)134(統(tǒng)稱(chēng)為“電引線(xiàn)”)的第一端。電極和電引線(xiàn)可以延伸穿過(guò)池主體102，并且在工作電極120的情況下，透明樣品窗口104可以使用先前參考池主體102論述的任何方法(例如，o形環(huán)、焊接部件、環(huán)氧樹(shù)脂等等)來(lái)進(jìn)行密封性密封，而不脫離本公開(kāi)的范圍。在一些實(shí)施方案中，電極和電引線(xiàn)可以定位在管子(未示出)中，所述管子延伸穿過(guò)池主體102并且可以鄰接或延伸到透明樣品窗口104中。管子可以通過(guò)螺紋連接穿過(guò)池主體102和透明樣品窗口104來(lái)形成密封性密封，其中o形環(huán)或其他密封機(jī)構(gòu)可以用于在管子與池主體102之間提供氣密密封。

工作電極120、對(duì)電極122和參比電極124在池100中相對(duì)于彼此的配置不具有限制性。如圖所示，工作電極120被定位成穿過(guò)池主體102而進(jìn)入到透明樣品窗口104中位于對(duì)電極122和參比電極124上方的位置，所述電極本身基本上是平行的。然而，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，任何其他配置都可能是可接受的，前提是工作電極120完全或基本上位于透明樣品窗口104內(nèi)，并且對(duì)電極122和參比電極124位于池主體102內(nèi)。例如，對(duì)電極122和工作電極124可以位于彼此上方或下方，可以相對(duì)于彼此位于池主體102的相同或不同的邊緣上(例如，側(cè)邊緣、底緣、頂緣)，一起位于工作電極120的上方或下方，單獨(dú)位于工作電極120的上方和下方(例如，一個(gè)位于上方，而另一個(gè)位于下方)，相對(duì)于工作電極120一起位于池主體102的相同邊緣上，相對(duì)于工作電極120單獨(dú)位于池主體102的不同邊緣上等等。

在一些實(shí)施方案中，工作電極120、對(duì)電極122和參比電極124可以全部或其任何組合至少部分(即，部分或全部)地涂布有功能性涂層。功能性涂層可以諸如通過(guò)例如用作樣品的結(jié)合物質(zhì)或下文描述的檢測(cè)物質(zhì)來(lái)增強(qiáng)電極的特性。功能性涂層可以包括但不限于納米金顆粒。

本文描述的電極中的每一個(gè)的電引線(xiàn)可以從池主體102延伸并且在第二端(與連接至所述電極的端部相對(duì)的端部)上電連接至恒電勢(shì)器140。恒電勢(shì)器140可以用于在工作電極120與參比電極124之間產(chǎn)生并維持恒定的電壓電位，使得工作電極120與對(duì)電極122之間有電流流動(dòng)。所選擇的特定電壓電位可以取決于特定操作的要求，包括但不限于樣品的類(lèi)型，檢測(cè)物質(zhì)等等。一般而言，施加在透明樣品窗口104上的電壓電位可以在以下范圍內(nèi)：約-2.0伏(v)、-1.8v、-1.6v、-1.4v、-1.2v、-1.0v、-0.8v、-0.6v、-0.4v、-0.2v、-0.0v、+0.2v、+0.4v和+0.6v的下限至約+3.0v、+2.8v、+2.6v、+2.4v、+2.2v、+2.0v、+1.8v、+1.6v、+1.4v、+1.2v、+1.0v、+0.8v和+0.6v的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

參考工作電極120，“工作電極”是電化學(xué)系統(tǒng)中在上面發(fā)生了感興趣的反應(yīng)(例如，物質(zhì)的還原和氧化)的電極。工作電極120如圖1所示可以處于透明樣品窗口中的中間位置，并且可以是電耦合至工作電引線(xiàn)130的端部的網(wǎng)狀電極。然而，應(yīng)理解，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，工作電極120可以是其他類(lèi)型的電極，包括但不限于超微電極、旋轉(zhuǎn)盤(pán)電極、旋轉(zhuǎn)環(huán)-盤(pán)電極、懸汞滴電極、滴汞電極、線(xiàn)電極、金屬膜電極、結(jié)構(gòu)化金屬薄膜電極等等。

工作電引線(xiàn)130可以通過(guò)適合于在工作電引線(xiàn)130與工作電極120之間提供電連通的任何手段來(lái)連接至工作電極120。合適的連接可以包括但不限于焊合、導(dǎo)電粘附劑(例如，環(huán)氧樹(shù)脂)、絕緣的而又密封性密封的機(jī)械連接(例如，插塞、夾具、通孔配置等等)等等。工作電引線(xiàn)130可以由任何導(dǎo)電材料構(gòu)成，包括但不限于導(dǎo)電金屬(例如，鉑線(xiàn)、銅線(xiàn)、鍍錫銅線(xiàn)、鋁線(xiàn)等等)。在一些實(shí)施方案中，工作電引線(xiàn)130可以?xún)?yōu)選地由護(hù)套材料來(lái)絕緣。護(hù)套提供絕緣，使得內(nèi)部電荷不會(huì)自由流動(dòng)，從而使得在電場(chǎng)的影響下難以傳導(dǎo)電流；而是，有目的的外加電壓可行進(jìn)穿過(guò)護(hù)套電線(xiàn)。護(hù)套還可以將抗性賦予熱、光、侵蝕、腐蝕等等暴露。形成用于隔絕工作電引線(xiàn)130的護(hù)套的合適的材料可以包括但不限于橡膠、硫化橡膠、聚氯乙烯、聚(醚醚酮)等等以及其任何組合。

由于工作電極120是如前所述上面發(fā)生感興趣的反應(yīng)的電極，工作電極120完全處于透明樣品窗口104內(nèi)(例如，如圖所示處于透明樣品窗口104的中間)。一般而言，工作電極120可以覆蓋將有電磁輻射穿過(guò)的透明樣品窗口104的面積的至少約60％。在一些實(shí)施方案中，工作電引線(xiàn)130的一部分也可以穿過(guò)池主體102延伸到透明樣品窗口104中。

在一些實(shí)施方案中，工作電極120可以由用作上面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的表面的電化學(xué)惰性材料(包括基本上電化學(xué)惰性的材料)構(gòu)成。形成工作電極120的電化學(xué)惰性材料可以包括但不限于惰性金屬(例如，金、銀、鉑、釕、銠、鈀、鋨、銥、銅、錸、汞、不銹鋼等等)、惰性碳(例如，玻璃碳、熱解碳、石墨等等)、透明導(dǎo)電膜(例如，氧化銦錫、氟摻雜型氧化錫、摻雜氧化鋅等等)以及其任何組合。在一些非限制性實(shí)施方案中，鉑可以是用于形成工作電極120的惰性材料。

現(xiàn)參考對(duì)電極122，對(duì)電極132用作完成池100中的電路的導(dǎo)體。也就是說(shuō)，對(duì)電極122連同工作電極120一起提供了對(duì)其施加電流或測(cè)量其電流的電路。一般而言，不測(cè)量對(duì)電極122的電位，而是調(diào)節(jié)所述電位來(lái)平衡在工作電極120的表面上發(fā)生的反應(yīng)。因此，由于不會(huì)因上面有電流通過(guò)而損害參比電極124的穩(wěn)定性，可以相對(duì)于參比電極124測(cè)量工作電極120的電位。類(lèi)似于工作電極120，對(duì)電極122電耦合至對(duì)向電引線(xiàn)132的端部。對(duì)向電引線(xiàn)132可以與工作電引線(xiàn)130相同的方式配置，或者通過(guò)參考工作電引線(xiàn)130論述的任何手段或材料來(lái)配置，而不脫離本公開(kāi)的范圍，所述手段或材料包括復(fù)合材料、絕緣、絕緣材料(即，護(hù)套)、電引線(xiàn)連接等等。因此，不會(huì)參考對(duì)向電引線(xiàn)132來(lái)再次詳細(xì)論述這些配置。還應(yīng)注意，如上所述，工作電極120和對(duì)電極122可以分別具有電引線(xiàn)130和132，所述電引線(xiàn)在各方面都相同(例如，具有相同材料，相同地絕緣等等)，僅在某些方面相同(例如，具有相同材料，但是不同地絕緣，或反之亦然等等)，或完全不同(例如，具有不同材料，并且不同地絕緣等等)，而不脫離本公開(kāi)的范圍。

同樣類(lèi)似于工作電極120，對(duì)電極122可以由上文參考工作電極120論述的任何電化學(xué)惰性材料構(gòu)成。在一些實(shí)施方案中，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，工作電極120和對(duì)電極122可以具有相同材料或不同材料。類(lèi)似地，對(duì)電極122的類(lèi)型可以是參考工作電極120論述的任何類(lèi)型(例如，如前所述的盤(pán)形電極、旋轉(zhuǎn)盤(pán)電極、旋轉(zhuǎn)環(huán)-盤(pán)電極等)。在一些實(shí)施方案中，在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，工作電極120和對(duì)電極122可以具有相同類(lèi)型或不同類(lèi)型。

現(xiàn)參考參比電極124，參比電極124具有穩(wěn)定且已知的電勢(shì)。參比電極124可以用于測(cè)量工作電極電位。類(lèi)似于工作電極120和對(duì)電極122，參比電極124電耦合至參比電引線(xiàn)134，所述參比電引線(xiàn)可以與工作電引線(xiàn)130或?qū)ο螂娨€(xiàn)132中的一個(gè)或兩者相同的方式配置和制造，或者通過(guò)參考工作電引線(xiàn)130和對(duì)向電引線(xiàn)132論述的任何手段或材料來(lái)配置或制造，而不脫離本公開(kāi)的范圍，所述手段或材料包括復(fù)合材料、絕緣、絕緣材料(即，護(hù)套)、電引線(xiàn)連接等等。因此，不會(huì)參考參比電引線(xiàn)134來(lái)再次詳細(xì)論述這些配置。還應(yīng)注意，如上所述，工作電極120、對(duì)電極122和參比電極可以分別具有電引線(xiàn)130、132和134，所述電引線(xiàn)在各方面都相同(例如，具有相同材料，相同地絕緣等等)，僅在某些方面相同(例如，具有相同材料，但是不同地絕緣，或反之亦然等等)，或完全不同(例如，具有不同材料，并且不同地絕緣等等)，而不脫離本公開(kāi)的范圍。

由于參比電極124應(yīng)維持穩(wěn)定且已知的電勢(shì)，所述參比電極可以由抵抗電勢(shì)漂移的材料制成。這種電勢(shì)漂移可能會(huì)導(dǎo)致與在池100中正分析的流體物質(zhì)相關(guān)的數(shù)據(jù)收集中出現(xiàn)定量和/或定性誤差。因此，本公開(kāi)的參比電極124可以是包括但不限于以下各項(xiàng)的電極：含水參比電極(例如，標(biāo)準(zhǔn)氫電極、正常氫電極、可逆氫電極、飽和甘汞電極、銅-硫酸銅(ii)電極、氯化銀電極、ph電極、鈀-氫電極、動(dòng)態(tài)氫電極等等)、非水參比電極(例如，銀-氯化銀電極、準(zhǔn)參比電極、銀-硝酸銀電極)或偽參比電極(例如，銀-銀離子偽參比電極)或鉑線(xiàn)電極等等。在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，參比電極124的形狀可以是適合于形成本文論述的合適的參比電極的任何形狀，包括線(xiàn)形、盤(pán)狀、網(wǎng)狀等等。

池主體102可以包括流體混合器160。流體混合器可以位于池主體中，以如下文更詳細(xì)所論述使其中放置的流體再循環(huán)。在一些實(shí)施方案中，流體混合器可以用于使池主體102和透明樣品窗口104中的流體再循環(huán)，使得新鮮的透明樣品窗口流體進(jìn)入到透明樣品窗口104中以進(jìn)一步測(cè)試分析。以此方式，可以單一流體組合對(duì)透明樣品窗口104中的各種新鮮流體樣品進(jìn)行多次測(cè)試，而不必從池100去除任何流體。如圖所示，流體混合器160是位于池主體102中的機(jī)械混合器；然而，根據(jù)本文的實(shí)施方案，可以使用能夠使池主體102和透明樣品窗口104中的流體循環(huán)的任何混合器。在一些實(shí)施方案中，流體混合器可以包括但不限于機(jī)械混合器、磁力混合器、聲波混合器等等以及其任何組合。

雖然圖1中的流體混合器160在池主體102的底部且朝向池主體102的邊緣定位，但是流體混合器160可以存在于池主體102中的任何位置處，前提是流體混合器160能夠使池主體102和透明樣品窗口104中的流體循環(huán)，以便于更新透明樣品窗口104中的流體。此外，雖然圖1中示出了單一流體混合器160，但是池主體102中可以包括超過(guò)一個(gè)流體混合器160以及超過(guò)一種類(lèi)型的流體混合器160，諸如兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)、或甚至更多個(gè)。在池主體102的體積較大并且其中的流體的循環(huán)相較于較小體積池主體102更為困難的情況下，包括多個(gè)流體混合器160可能是有益的。

池主體102可以包括多個(gè)入口(150、152、154、156和158)，所述多個(gè)入口用于將流體引入到池主體102和透明樣品窗口104中。以下單獨(dú)論述的每個(gè)入口可以延伸穿過(guò)池主體102，以便將流體引入其中。所述入口各自通過(guò)以上參考電極和電引線(xiàn)論述的任何手段來(lái)相對(duì)于池主體102進(jìn)行密封性密封。入口也可以形成為管件(例如，柔性管件或非柔性管件)，所述管件直接從來(lái)源接收流體，所述來(lái)源可以處于井下位置或附連至井下工具，使得例如地層流體從井下工具直接輸入到池主體102中。在入口連接至管件或用于將流體引入其中的另一個(gè)設(shè)備部件的情況下，入口整體和任何相關(guān)聯(lián)的連接優(yōu)選地被密封性地密封或可密封來(lái)確保池主體102的氣密配置。

如圖1所示，流體入口位于池主體102的頂部上。然而，它們可以在任何位置(例如，池主體102的側(cè)部或底部)延伸穿過(guò)池主體102，而不脫離本公開(kāi)的范圍，前提是所述入口能夠?qū)⒁欢w積的流體引入到池主體102和透明樣品窗口104中。例如，即使是在流體入口位于池主體102的填充體積下方的情況下，流體入口都可以具有止回閥，所述止回閥能夠允許流體入口將流體引入到池主體102和透明樣品窗口104中。

類(lèi)似于用于將流體引入到池主體102和透明樣品窗口104中的流體入口，池主體可以包括一個(gè)或多個(gè)(示出一個(gè))流體出口170，所述一個(gè)或多個(gè)流體出口延伸穿過(guò)池主體102以便從池主體102和透明樣品窗口104去除流體。流體出口170通過(guò)以上參考電極和電引線(xiàn)論述的任何手段來(lái)相對(duì)于池主體102進(jìn)行密封性密封。在不脫離本公開(kāi)的范圍的情況下，流體出口170可以位于池主體102的任何位置(例如，頂部、側(cè)部、底部)，但是在圖1中被展示處于池主體102的側(cè)部。流體可以通過(guò)任何手段經(jīng)由流體出口170而從池100去除，所述手段包括但不限于重力、吸力(例如，抽真空)等等以及其任何組合。在一些實(shí)施方案中，流體出口170可以形成為管件(例如，柔性管件或非柔性管件)，所述管件允許在其中將流體從池100去除。這類(lèi)管件可以連接至有助于去除流體的來(lái)源，諸如抽吸裝置(例如，真空)。在入口連接至管件或用于將流體從中去除的另一個(gè)裝置的情況下，流體出口170整體和任何相關(guān)聯(lián)的連接優(yōu)選地被密封性地密封或可密封來(lái)確保池主體102的氣密配置。

返回參考圖1中的流體入口，如圖所示，池100可以包括樣品入口150，有待測(cè)試的樣品最初通過(guò)所述樣品入口而引入到池主體102中。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)在井下環(huán)境中使用池100時(shí)，通過(guò)樣品入口150引入的樣品可以是地層流體、以其他方式引入到地層中的流體、或其組合。也可以使用本公開(kāi)的池100來(lái)測(cè)試其他樣品流體，以識(shí)別樣品流體中特定物質(zhì)的存在或不存在。

溶劑入口152可以延伸穿過(guò)池主體102，電解溶劑可以通過(guò)所述溶劑入口而被包括在池主體102中。溶劑與可以通過(guò)電解質(zhì)入口154引入的支持電解質(zhì)結(jié)合來(lái)在將電壓電位施加在透明樣品窗口104中時(shí)促進(jìn)所述透明樣品窗口中的電化學(xué)反應(yīng)。在池100中使用雙溶劑和支持電解質(zhì)流體可以有助于進(jìn)行調(diào)節(jié)，諸如對(duì)包括的電解質(zhì)的量的調(diào)節(jié)，所述電解質(zhì)的量例如可以在一種或多種樣品流體分析期間逐步增加。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“支持電解質(zhì)”(或本文中簡(jiǎn)稱(chēng)“電解質(zhì)”)指代電解質(zhì)溶液，所述電解質(zhì)溶液的成分在所研究的外加電位的范圍中不具有電活性，并且所述電解質(zhì)溶液的離子強(qiáng)度(以及因此對(duì)導(dǎo)電性的貢獻(xiàn))通常比有待溶解在其中的電活性物質(zhì)的濃度大得多。

用于池100的合適的溶劑可以包括但不限于極性溶劑、非極性溶劑以及其任何組合。用于本公開(kāi)的池100的合適的溶劑的特定實(shí)例可以包括但不限于己烷、苯、甲苯、乙醚、氯仿、1,4-二惡烷、乙酸乙酯、四氫呋喃、二氯甲烷、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙酸、正丁醇、叔丁醇、異丙醇、正丙醇、乙醇、甲醇、甲酸、水、四氯化碳、氯苯、環(huán)己烷、1,2-二氯乙烷、乳酸丁酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、二甘醇甲醚、乙二醇丁醚、二甘醇丁醚、碳酸丙烯酯、甲醇、丁醇、苧烯、脂肪酸甲酯、和丁基縮水甘油醚、1,2,-二甲氧基-乙烷、庚烷、甘油、六甲基磷酰胺、六甲基磷三酰胺、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、正-甲基-2-吡咯烷酮、硝基甲烷、戊烷、石油醚、三乙胺、四氫呋喃、吡啶、鄰二甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯、辛酸、丙酸等等以及其任何組合。

合適的支持電解質(zhì)應(yīng)在感興趣的電壓電位區(qū)域中保持無(wú)電活性。合適的支持電解質(zhì)可以包括滿(mǎn)足上文提供的定義的任何支持電解質(zhì)，所述支持電解質(zhì)包括但不限于任何離子物質(zhì)，包括但不限于氯化鋰、無(wú)水氯化鋰、氯化鉀、高氯酸、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氯化物、氫氧化物、檸檬酸鹽、酒石酸鹽、草酸鹽、氰化鉀、硫氰酸鉀、乙二胺四乙酸(edta)、高氯酸鋰、高氯酸鈉、四烷基銨鹽、四乙基銨鹽、四正丁基銨鹽、高氯酸根離子等等以及其任何組合。支持電解質(zhì)的選擇可以取決于許多因素，包括但不限于所選擇的溶劑的類(lèi)型(例如，酸性或堿性溶劑)、感興趣的電壓電位、正在其中進(jìn)行分析的井下環(huán)境等等。

在一些實(shí)施方案中，支持電解質(zhì)可以通過(guò)電解質(zhì)入口154而被包括在池主體102中，使得溶劑中的支持電解質(zhì)的摩爾濃度具有在以下范圍內(nèi)的摩爾濃度：約10^-4摩爾/升(mol/l)、0.01mol/l、0.05mol/l、0.1mol/l、0.15mol/l、0.2mol/l、0.25mol/l、0.3mol/l、0.35mol/l、0.4mol/l、0.45mol/l和0.5mol/l的下限至約1mol/l、0.95mol/l、0.9mol/l、0.85mol/l、0.8mol/l、0.75mol/l、0.7mol/l、0.65mol/l、0.6mol/l、0.55mol/l和0.5mol/l的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

代替溶劑和支持電解質(zhì)，可以在池100中使用離子流體來(lái)用于相同的目的。在一些情況下，離子流體可能比本文描述的實(shí)施方案中使用的分開(kāi)的溶劑和電解質(zhì)的組合更環(huán)保。離子流體可以通過(guò)離子流體入口156來(lái)引入到池主體102中。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“離子流體”指代呈液態(tài)的鹽。

合適的離子流體可以包括但不限于氯化鈉、氯化鋰、硝酸鈉、氯化鋁、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([bmim]pf6)以及其任何組合。

如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“導(dǎo)電流體”可以統(tǒng)一用于指代根據(jù)本公開(kāi)可以使用的溶劑和支持電解質(zhì)的組合與離子流體兩者。

檢測(cè)物質(zhì)可以通過(guò)檢測(cè)物質(zhì)入口158而被包括在池主體102中。如下文詳細(xì)所描述，檢測(cè)物質(zhì)可以與樣品流體(例如，地層流體或井下流體)中的物質(zhì)反應(yīng)，從而引起構(gòu)象(例如，異構(gòu)體)、比色變化或可以通過(guò)光譜電化學(xué)手段檢測(cè)的其他變化。在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)物質(zhì)可以部分(即，部分或全部)地涂布到透明樣品窗口104中的工作電極120上，涂布到透明樣品窗口104本身上或以其任何組合進(jìn)行涂布，而不是通過(guò)檢測(cè)物質(zhì)入口150將檢測(cè)物質(zhì)引入到池主體102中，從而進(jìn)入到透明樣品窗口104中并進(jìn)行檢測(cè)。例如，在一些實(shí)施方案中，透明樣品窗口104可以由氧化鋁制成，并且檢測(cè)物質(zhì)可以用氧化鈦或另一種材料進(jìn)行表面處理(例如，陽(yáng)極氧化處理)，所述氧化鈦或另一種材料附接至檢測(cè)物質(zhì)上的官能團(tuán)。在其他實(shí)施方案中，透明樣品窗口104可以被蝕刻成蜂窩形狀，其中檢測(cè)物質(zhì)層可以涂布在所述蜂窩形狀上以允許磨損?？梢愿鶕?jù)本文描述的方法來(lái)使用任何其他類(lèi)型的涂層，諸如功能化涂層(例如，使用納米金顆粒)。在透明樣品窗口104至少部分涂布有一種或多種檢測(cè)物質(zhì)的這類(lèi)實(shí)施方案中，可以涂布透明樣品窗口104的任何部分，諸如單側(cè)、多側(cè)等等，前提是所述任何部分要處于光路中。此外，可以在上面涂布不同類(lèi)型的檢測(cè)物質(zhì)。

在其他實(shí)施方案中，檢測(cè)物質(zhì)可以涂布在放置在透明樣品窗口104中的光學(xué)惰性膜(其可以由用于形成透明樣品窗口104的任何材料制成)上。在這類(lèi)情況下，可以使用一種類(lèi)型“膜條”系統(tǒng)，使得所述膜在檢測(cè)物質(zhì)被耗盡時(shí)移動(dòng)(例如，就像在暗盒裝置上那樣)，或者在希望有不同類(lèi)型的檢測(cè)物質(zhì)時(shí)移動(dòng)。在其他實(shí)施方案中，檢測(cè)物質(zhì)可以在池主體102和/或透明樣品窗口104中自由浮動(dòng)。

在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)物質(zhì)可以包括但不限于卟啉、包含金屬離子的金屬卟啉、金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合物以及其任何組合。檢測(cè)物質(zhì)可以能夠與池100的透明樣品窗口104中的感興趣的樣品發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的任何量包括在池主體102中。在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)物質(zhì)可以以下范圍中的量包括在具有導(dǎo)電流體(例如，溶劑和支持電解質(zhì)的組合或離子流體)的池主體102中：約10^-4mol/cm³、0.1mol/cm³、0.5mol/cm³、1.5mol/cm³、2mol/cm³、2.5mol/cm³、3mol/cm³、3.5mol/cm³、4mol/cm³、4.5mol/cm³和5mol/cm³的下限至約10mol/cm³、9.5mol/cm³、9mol/cm³、8.5mol/cm³、8mol/cm³、7.5mol/cm³、7mol/cm³、6.5mol/cm³、6mol/cm³、5.5mol/cm³和5mol/cm³的上限，涵蓋其間的任何值和子集。下文提供了本文公開(kāi)的檢測(cè)物質(zhì)中的一些的功能的實(shí)例。

卟啉是由四個(gè)改性的吡咯亞基在其α-碳原子處經(jīng)由甲烷(＝ch-)橋互連而形成的一組雜環(huán)大環(huán)有機(jī)化合物。卟啉尤其具有優(yōu)異的電光特性和熒光變化(或切換)。用于本公開(kāi)的合適的卟啉可以包括但不限于卟吩、焦脫鎂葉綠酸-a、脫鎂葉綠酸、二氫卟吩e6、紅紫素、紅紫素酰亞胺(purpurinimide)、八乙基卟啉(octatethylporphyrin)、四(o-胺苯基)卟啉、中-四苯基卟啉、四苯基卟啉、氟氯四苯基卟啉、二氯四苯基卟啉等等以及其任何組合。

金屬卟啉通過(guò)卟啉與金屬離子的組合來(lái)形成。可以根據(jù)本公開(kāi)來(lái)使用能夠與金屬離子化學(xué)地相互作用(例如，結(jié)合)的任何卟啉，包括先前提及的每種卟啉。在形成金屬卟啉中合適的金屬離子可以包括但不限于鐵(ii)、鐵(iii)、鉻(ii)、鉻(iii)、鈷(ii)、鈷(iii)、銅(ii)、鉛(ii)、鉛(iv)、汞(i)、汞(ii)、錫(ii)、錫(iv)、鎘、鋅、金(iii)、錳(ii)、錳(iii)、錳(iv)、鋁、鎳(ii)、鎳(iii)、銻(iii)、銻(v)、釩等等以及其任何組合。金屬卟啉的特定實(shí)例可以包括但不限于血紅素等等以及其任何組合。

在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)物質(zhì)可以是金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合物。用于本公開(kāi)的合適的金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合物可以包括但不限于血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素、過(guò)氧化氫酶、內(nèi)皮型一氧化氮合酶、高鐵血紅蛋白、葉綠素、其異構(gòu)體以及其任何組合。

現(xiàn)參考圖2，在繼續(xù)參考圖1的情況下，示出了非機(jī)械地說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案如何使用薄層光譜電化學(xué)池來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的光譜電化學(xué)評(píng)估的方框圖。薄層光譜電化學(xué)池200(“池200”)可以基本上類(lèi)似于圖1的池100。如圖所示，池200具有池主體202和透明樣品窗口204。通過(guò)流體入口(圖1)，可以將導(dǎo)電流體、檢測(cè)物質(zhì)和感興趣的樣品引入到池主體202中，其中導(dǎo)電流體、檢測(cè)物質(zhì)和感興趣的樣品的一部分進(jìn)入到透明樣品窗口204中。這可以通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：在透明樣品窗口204上方填充各種流體，或者使用流體混合器160(圖1)來(lái)進(jìn)行混合，或者其他手段，諸如井下環(huán)境中的自然或人為振動(dòng)(例如，作為地層操作的結(jié)果)。透明樣品窗口204中的導(dǎo)電流體、檢測(cè)物質(zhì)和樣品的組合在本文中被稱(chēng)為“透明樣品窗口流體”。透明樣品窗口流體是可評(píng)估其光譜和電化學(xué)行為來(lái)確定感興趣的樣品的特征的流體。

首先，可以使用恒電勢(shì)器140(圖1)來(lái)將電壓電位施加在透明樣品窗口204上，所述恒電勢(shì)器連接至工作電極120(圖1)、對(duì)電極122(圖1)和參比電極124(圖1)的電引線(xiàn)。施加的電壓電位驅(qū)動(dòng)檢測(cè)物質(zhì)與透明樣品窗口流體中的樣品之間的電化學(xué)反應(yīng)。如下所述收集所述電化學(xué)反應(yīng)的光譜，并且所述光譜指示了樣品的特征，這是因?yàn)闄z測(cè)物質(zhì)基于與樣品的結(jié)合或其他形式的締合而產(chǎn)生了氧化或還原的光譜。電壓電位可以連續(xù)地或以逐步方式施加，其中在整個(gè)測(cè)試持續(xù)時(shí)間內(nèi)電壓都在增加。

電磁輻射源206將電磁輻射發(fā)射到由透明樣品窗口204限定(即，穿過(guò)透明樣品窗口204)的光路中。電磁輻射源206可以是但不限于單波長(zhǎng)源、多波長(zhǎng)源、全譜波長(zhǎng)源以及其任何組合。合適的電磁輻射源206的特定實(shí)例可以包括但不限于燈泡、發(fā)光裝置、激光器、黑體、光子晶體以及其任何組合。電磁輻射源產(chǎn)生電磁輻射208，所述電磁輻射可以是呈以下非限制性形式：紅外輻射、近紅外輻射、可見(jiàn)光、紫外光以及其任何組合。

電磁輻射208從電磁輻射源發(fā)射并且與透明樣品窗口流體發(fā)生光學(xué)相互作用以產(chǎn)生修改的電磁輻射210。如本文所使用，術(shù)語(yǔ)“發(fā)生光學(xué)相互作用”或其變型指代電磁輻射的反射、透射、吸收、熒光反應(yīng)、散射或衍射。在一些實(shí)施方案中，電磁輻射208可以在未向透明樣品窗口204施加電壓電位的情況下在所述透明樣品窗口中與透明樣品窗口流體發(fā)生光學(xué)相互作用，從而反映透明樣品窗口流體在不存在電化學(xué)行為(例如，處于非還原態(tài)和/或非氧化態(tài))的情況下的光譜。在其他實(shí)施方案中，電磁輻射208可以在向透明樣品窗口204施加電壓電位的情況下在所述透明樣品窗口中與透明樣品窗口流體發(fā)生光學(xué)相互作用，從而反映透明樣品窗口流體的光譜和電化學(xué)行為(例如，處于還原態(tài)和/或氧化態(tài))。

修改的電磁輻射210可以由檢測(cè)器212接收，所述檢測(cè)器產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于感興趣的樣品(例如，地層流體或井下流體)的特征的輸出信號(hào)214。檢測(cè)器212可以是能夠檢測(cè)電磁輻射的任何裝置，并且通?？梢员槐碚鳛楣怆姍z測(cè)器，所述光電檢測(cè)器如本文所使用包括光譜儀、光度計(jì)、與光電檢測(cè)器耦合的集成計(jì)算元件等等。在一些情況下，檢測(cè)器212可能能夠檢測(cè)隨著波長(zhǎng)的變化而變化的電磁輻射的強(qiáng)度?？梢栽诒疚拿枋龅膶?shí)施方案中用作檢測(cè)器212或用在所述檢測(cè)器內(nèi)的特定光電檢測(cè)器可以包括但不限于硅光電檢測(cè)器、ingaas光電檢測(cè)器、光電倍增管等等以及其任何組合。

由透明樣品窗口204限定的光路可以具有從電磁輻射源206到檢測(cè)器210的長(zhǎng)度。在一些實(shí)施方案中，電磁輻射208直接發(fā)射到光路中，而在其他實(shí)施方案中，電磁輻射208可以從另一個(gè)表面(例如，鏡子或透鏡)反射并經(jīng)引導(dǎo)進(jìn)入光路中以在透明樣品窗口204中與透明樣品窗口流體進(jìn)行光學(xué)相互作用。在一些實(shí)施方案中，在電磁輻射源與檢測(cè)器之間的光路具有在以下范圍內(nèi)的長(zhǎng)度：約1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm和5mm的下限至約10mm、9.5mm、9mm、8.5mm、8mm、7.5mm、7mm、6.5mm、6mm、5.5mm和5mm的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

如圖所示，檢測(cè)器212與電磁輻射源206相對(duì)。然而，在一些實(shí)施方案中，透明樣品窗口204的一側(cè)可以是反射表面，并且檢測(cè)器212可以位于透明樣品窗口204上與電磁輻射源206相同的一側(cè)上，其中發(fā)射的電磁輻射208透過(guò)透明樣品窗口204，與其中的流體發(fā)生光學(xué)相互作用，從反射表面上反射穿過(guò)透明樣品窗口204的側(cè)部而回到檢測(cè)器212。在這種配置中，透明樣品窗口204的僅一側(cè)是透明的。在其他實(shí)施方案中，可以存在單一透明樣品窗口204，其中通過(guò)衰減全內(nèi)反射與其中的流體發(fā)生光相互作用。

在一些實(shí)施方案中，薄層光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器可以形成可以作為單一單元傳輸和操作的單一封閉裝置。在其他實(shí)施方案中，薄層光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器可以形成分隔部件來(lái)執(zhí)行本文描述的方法。無(wú)論作為單一裝置還是作為分隔部件，在一些實(shí)施方案中，薄層光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器都可以位于地下地層中的井筒中的井下位置處。它們可以類(lèi)似地在地下地層操作期間或作為其一部分定位在井筒中，或者在地下地層操作執(zhí)行期間定位在井下工具，例如像隨鉆測(cè)量工具、鉆柱、地層測(cè)試器、電纜、鉆桿測(cè)試工具以及其任何組合上。將薄層光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器包括作為這些工具的部分可以有助于收集地層流體以供用作本文描述的方法中的樣品，諸如在薄層光譜電化學(xué)池與被設(shè)計(jì)來(lái)收集地層流體的地層測(cè)試器一體成型的情況下。在其他實(shí)施方案中，薄層光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器可以位于管道，諸如包括烴流體的管道中。

再次參考圖2，檢測(cè)器210可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于感興趣的樣品的特征的輸出信號(hào)214。在一些實(shí)施方案中，輸出信號(hào)可以包括但不限于伏安信號(hào)(例如，循環(huán)伏安、線(xiàn)性?huà)呙璺病㈦A梯掃描伏安、方波伏安、陽(yáng)極溶出伏安、差示脈沖伏安信號(hào))、電磁輻射吸收光譜信號(hào)以及其任何組合。

在一些實(shí)施方案中，輸出信號(hào)214可以圖形方式(例如，作為伏安圖、光譜圖、數(shù)據(jù)圖表等等以及其組合)顯示。例如，輸出信號(hào)214可以傳送至通信地耦合至檢測(cè)器214的信號(hào)處理器(未示出)或另外由所述信號(hào)處理器接收。信號(hào)處理器可以是包括非暫態(tài)機(jī)器可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)被配置來(lái)以圖形方式顯示對(duì)應(yīng)于感興趣的樣品的特征的輸出信號(hào)214。

用于以圖形方式顯示本文描述的輸出信號(hào)214的計(jì)算機(jī)硬件可以包括處理器，所述處理器被配置來(lái)執(zhí)行存儲(chǔ)在非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的一個(gè)或多個(gè)指令序列、編程實(shí)例、或代碼。處理器可以是例如通用微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、專(zhuān)用集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列、可編程邏輯裝置、控制器、狀態(tài)機(jī)、門(mén)控邏輯、離散硬件部件、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、或可以執(zhí)行計(jì)算或其他數(shù)據(jù)操縱的任何類(lèi)似的合適的實(shí)體。在一些實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)硬件還可以包括元件，例如像，存儲(chǔ)器(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)、快閃存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器(rom)、可編程只讀存儲(chǔ)器(prom)、可擦除只讀存儲(chǔ)器(eprom))、寄存器、硬盤(pán)、可移動(dòng)盤(pán)、cd-roms、dvd、或任何其他類(lèi)似的合適的存儲(chǔ)裝置或介質(zhì)。

在一些實(shí)施方案中，輸出信號(hào)214對(duì)應(yīng)于分析物的存在和/或不存在，所述分析物包括但不限于二氧化碳、硫化氫、硫醇、一氧化碳、一氧化氮、汞以及其任何組合。對(duì)這些分析物的檢測(cè)可能是特別有益的，因?yàn)樵S多是烴流體或地層水中對(duì)動(dòng)植物有害的天然組分。例如，硫化氫具有極強(qiáng)的毒性、腐蝕性、易燃性和爆炸性。從流體中去除硫化氫可能是可行的，但是在不了解其存在和/或濃度的情況下，其去除會(huì)變得更加麻煩。作為另一個(gè)實(shí)例，將產(chǎn)生的水往回注入到具有氧含量(即，氧分子)的地下地層中(注入生產(chǎn)井或注入井中)可能會(huì)因腐蝕、細(xì)菌生長(zhǎng)等等而嚴(yán)重阻礙井的生產(chǎn)。然而，往往很難在實(shí)驗(yàn)室中檢測(cè)這些分析物，因?yàn)檫\(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)輸時(shí)間通常會(huì)導(dǎo)致降解(例如，吸收)。此外，特定地層流體樣品中的這些分析物的水平越低，對(duì)所述分析物進(jìn)行檢測(cè)就越困難。

在一些實(shí)施方案中，輸出信號(hào)214可以用于確定樣品流體中的一種或多種分析物的濃度，從而使得操作者能夠收集有關(guān)穿透烴儲(chǔ)層或水儲(chǔ)層的井筒的特定部分或整個(gè)區(qū)域的總分析物含量的信息。例如，特定分析物的濃度可能受到檢測(cè)物質(zhì)光譜發(fā)生變化(例如，指示對(duì)感興趣的分析物的攝取)所需的時(shí)間的限制。

使用如本文所使用的薄層光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器允許使用檢測(cè)物質(zhì)實(shí)時(shí)地或基本上實(shí)時(shí)地識(shí)別分析物(包括濃度)的存在或不存在，所述檢測(cè)物質(zhì)如上所述具有卟啉、包含金屬離子的金屬卟啉、金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合物以及其任何組合。這些檢測(cè)物質(zhì)與分析物(例如，通過(guò)鍵合)化學(xué)地相互作用，并且以構(gòu)象、熒光、比色或可以由本公開(kāi)的檢測(cè)器212檢測(cè)的其他可檢測(cè)的變化響應(yīng)。也就是說(shuō)，結(jié)合和未結(jié)合的物質(zhì)的電化學(xué)和光譜特性是非常不同而又可檢測(cè)的。將電壓電位施加在這些檢測(cè)物質(zhì)上會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致其光學(xué)特性的變化，從而產(chǎn)生可更容易檢測(cè)的增強(qiáng)的光學(xué)光譜，特別是在存在低濃度的分析物的情況下。在其他實(shí)施方案中，將電壓電位施加在檢測(cè)物質(zhì)上改變了檢測(cè)物質(zhì)的靜電特性以及其中的結(jié)合特性，這可以允許所述檢測(cè)物質(zhì)更容易地結(jié)合至樣品流體中的分析物(或例如分析物中的組分)或者特定類(lèi)型的分析物，由此還增加隨后的光學(xué)信號(hào)和選擇性。此外，結(jié)合特性的變化允許分析物在電壓電位反轉(zhuǎn)或以其他方式改變時(shí)不與檢測(cè)物質(zhì)結(jié)合。在其他情況下，電壓電位可能會(huì)影響檢測(cè)物質(zhì)的靜電特性，包括例如金屬卟啉中金屬離子的位置(例如，所述金屬離子是暴露出來(lái)還是被包括在卟啉中等等)，這會(huì)影響光學(xué)光譜。在一些實(shí)施方案中，所得輸出信號(hào)214可以用于創(chuàng)建與特定voc的存在或不存在相關(guān)的伏安圖或光譜圖。

卟啉、包含金屬卟啉的金屬和金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合物是極度敏感的檢測(cè)物質(zhì)。例如，它們可以從空氣中回收小于約20％的一定比例量的氧氣。對(duì)于其他材料，類(lèi)似voc一氧化碳，它們可以從空氣中回收約2或3百萬(wàn)分率(ppm)的氧氣。因此，所述檢測(cè)物質(zhì)能夠聚集某些感興趣的材料(分析物)，并且在聚集它們時(shí)提供成比例的響應(yīng)。它們還能夠承受超高溫度和壓力，諸如在上文論述的地下地層中發(fā)現(xiàn)的那些。

例如，在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)物質(zhì)是金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合血紅蛋白，其可以用于使用本文描述的方法來(lái)檢測(cè)感興趣的樣品中的二氧化碳。血紅蛋白具有超過(guò)一種形狀，并且可以基于環(huán)境條件(包括存在分析物)而在其結(jié)構(gòu)上發(fā)生構(gòu)象變化。血紅蛋白具有兩種替代結(jié)構(gòu)：松弛結(jié)構(gòu)(r)，其具有較大的氧親和力；以及張緊結(jié)構(gòu)(t)，其對(duì)氧具有低親和力。t結(jié)構(gòu)與r結(jié)構(gòu)之間的變化是兩個(gè)α-β二聚體之間旋轉(zhuǎn)15°的結(jié)果。這個(gè)旋轉(zhuǎn)改變了f螺旋中的α-β二聚體的側(cè)鏈之間的鍵，從而導(dǎo)致血紅蛋白的血紅素分子改變位置。在t結(jié)構(gòu)中，鐵離子被拉出卟啉環(huán)的平面，并且對(duì)于氧來(lái)說(shuō)變得越發(fā)難以結(jié)合至所述鐵離子，從而降低其對(duì)氧的親和力。在r結(jié)構(gòu)中，鐵原子位于卟啉環(huán)的平面內(nèi)，并且可供氧容易地結(jié)合至所述鐵原子，從而增加其氧親和力。因此，血紅蛋白分子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使得其能夠在存在或不存在氧下在t結(jié)構(gòu)與r結(jié)構(gòu)之間轉(zhuǎn)換。

然而，血紅蛋白的氧親和力還可以通過(guò)外部化學(xué)因素來(lái)調(diào)節(jié)，包括分析物二氧化碳(co2)。在存在樣品co2下，co2結(jié)合至血紅蛋白的α球蛋白分子的n端。在t結(jié)構(gòu)中而不是在r結(jié)構(gòu)中，co2更容易結(jié)合至球蛋白。血紅蛋白對(duì)co2的攝取有助于通過(guò)t結(jié)構(gòu)來(lái)釋放氧并且發(fā)生變?yōu)閞結(jié)構(gòu)的構(gòu)象變化。結(jié)合至co2的血紅蛋白具有不同的可見(jiàn)吸收光譜。血紅蛋白具有在以下范圍內(nèi)的電化學(xué)行為：約-2.0v、-1.75v、-1.5v、-1.25v、-1.0v、-0.75v、-0.5v、-0.25v和0v的下限至約+2.0v、+1.75v、+1.5v、+1.25v、+1.0v、+0.75v、+0.5v、+0.25v和0v的上限，涵蓋其間的任何值和子集。還原或氧化的血紅蛋白的行為對(duì)co2產(chǎn)生不同的結(jié)合能力，并且還產(chǎn)生可以被評(píng)估來(lái)確定co2的存在的敏感度增強(qiáng)的不同的吸收光譜。在這個(gè)實(shí)例中應(yīng)用的電壓電位的施加可以在上文論述的范圍內(nèi)，涵蓋其間的任何值和子集。

作為另一個(gè)實(shí)例，本文描述的方法可以用于檢測(cè)分析物硫化氫(h2s)。在一個(gè)實(shí)施方案中，高鐵血紅蛋白可以用作分析物h2s的檢測(cè)物質(zhì)。高鐵血紅蛋白是攜帶氧的金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合血紅蛋白的一種形式，其中在其中的金屬離子是鐵(iii)而不是鐵(ii)。在存在h2s和氧下，高鐵血紅蛋白發(fā)生不可逆反應(yīng)，從而形成硫化血紅蛋白(sufhb)，所述硫化血紅蛋白是具有處于618納米(nm)的不同吸收帶的綠色化合物?？梢允褂帽竟_(kāi)的方法來(lái)容易地檢測(cè)綠色化合物，以確定h2s是否存在于感興趣的樣品中。在這個(gè)實(shí)例中應(yīng)用的電壓電位的施加可以在以下范圍內(nèi)：約-2.0v、-1.75v、-1.5v、-1.25v、-1.0v、-0.75v、-0.5v、-0.25v和0v的下限至約+2.0v、+1.75v、+1.5v、+1.25v、+1.0v、+0.75v、+0.5v、+0.25v和0v的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

在本文中h2s是感興趣的分析物的實(shí)施方案中使用紫外線(xiàn)(uv)電磁源或其他uv輻照手段也可以有助于增加較強(qiáng)的紅外信號(hào)以供檢測(cè)。對(duì)h2s的uv輻照將其轉(zhuǎn)化為so2，其具有更強(qiáng)的紅外吸收。

另一種分析物汞可能通常以元素汞的形式存在于地層流體中。在一些情況下，汞可以0.1至20,000微克/千克(μg/kg)的范圍存在。在一些實(shí)施方案中，檢測(cè)物質(zhì)可以是包含銅(ii)金屬離子或與汞反應(yīng)的其他金屬離子的金屬卟啉。在薄層光譜電化學(xué)池的透明樣品窗口上提供的電壓電位可以使得銅(ii)金屬離子的放置被暴露于對(duì)銅具有高反應(yīng)性的汞。這種反應(yīng)性導(dǎo)致金屬卟啉變性并且產(chǎn)生可檢測(cè)的光學(xué)光譜。在一些實(shí)施方案中，在這個(gè)實(shí)例中施加的電壓電位可以在以下范圍內(nèi)：約-2.0伏(v)、-1.8v、-1.6v、-1.4v、-1.2v、-1.0v、-0.8v、-0.6v、-0.4v、-0.2v、-0.0v、+0.2v、+0.4v和+0.6v的下限至約+3.0v、+2.8v、+2.6v、+2.4v、+2.2v、+2.0v、+1.8v、+1.6v、+1.4v、+1.2v、+1.0v、+0.8v和+0.6v的上限，涵蓋其間的任何值和子集。

還應(yīng)注意，本文提供的各個(gè)附圖不一定按比例繪制，嚴(yán)格地說(shuō)，它們?cè)诠鈱W(xué)上也未像光譜電化學(xué)技術(shù)人員所理解那般正確的展示。相反，附圖在本質(zhì)上僅是說(shuō)明性的，并且在本文中通常是為了對(duì)本文提供的系統(tǒng)和方法的理解進(jìn)行補(bǔ)充才使用所述附圖。實(shí)際上，雖然附圖在光學(xué)上可能是不準(zhǔn)確的，但是其中展示的概念解釋準(zhǔn)確地反映了所公開(kāi)的各種實(shí)施方案的示例性本質(zhì)。

本文公開(kāi)的方面和實(shí)例包括：

實(shí)施方案/實(shí)例a(池實(shí)例)：一種光譜電化學(xué)池，所述光譜電化學(xué)池包括：池主體，所述池主體具有第一體積；透明樣品窗口，所述透明樣品窗口被限定在池主體中并且與所述池主體流體連通，所述透明樣品窗口限定穿過(guò)池主體的光路并且具有第二體積；工作電極，所述工作電極延伸穿過(guò)池主體并且沿著光路進(jìn)入到透明樣品窗口中，工作電極在其第一端處電耦合至工作電引線(xiàn)；對(duì)電極，所述對(duì)電極延伸穿過(guò)池主體，所述對(duì)電極在其第一端處電耦合至對(duì)向電引線(xiàn)；參比電極，所述參比電極延伸穿過(guò)池主體，所述參比電極在其第一端處電耦合至參比電引線(xiàn)；樣品入口，所述樣品入口延伸穿過(guò)池主體；溶劑入口，所述溶劑入口延伸穿過(guò)池主體；電解質(zhì)入口，所述電解質(zhì)入口延伸穿過(guò)池主體；離子流體入口，所述離子流體入口延伸穿過(guò)池主體；檢測(cè)物質(zhì)入口，所述檢測(cè)物質(zhì)入口延伸穿過(guò)池主體；流體出口，所述流體出口延伸穿過(guò)池主體；以及流體混合器，所述流體混合器位于池主體內(nèi)。

實(shí)施方案/實(shí)例a可以具有以下呈任何組合的附加要素中的一個(gè)或多個(gè)：

要素a1：其中工作電引線(xiàn)的第二端、對(duì)向電引線(xiàn)的第二端和參比電引線(xiàn)的第二端各自電耦合至恒電勢(shì)器。

要素a2：其中池主體由選自由以下各項(xiàng)組成的組的材料構(gòu)成：聚(醚酮)、聚(醚醚酮)、聚(醚酮酮)、聚(醚醚酮酮)、聚(醚酮醚酮酮)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚苯并咪唑、耐腐蝕金屬、金屬合金、超合金以及其任何組合。

要素a3：其中透明樣品窗口由選自由以下各項(xiàng)組成的組的材料構(gòu)成：玻璃、石英、藍(lán)寶石、熔凝石英、氧化鋁以及其任何組合。

要素a4：其中流體混合器選自由以下各項(xiàng)組成的組：磁力混合器、聲波混合器、機(jī)械混合器以及其任何組合。

要素a5：其中池主體的第一體積在約0.02ml至約5000ml的范圍內(nèi)。

要素a6：其中透明樣品窗口的第二體積在約0.01ml至約1.0ml的范圍內(nèi)。

要素a7：其中工作電極和對(duì)電極各自由相同或不同的電化學(xué)惰性材料構(gòu)成。

要素a8：其中工作電極和對(duì)電極各自由相同或不同的電化學(xué)惰性材料構(gòu)成，并且其中電化學(xué)惰性材料選自由以下各項(xiàng)組成的組：惰性金屬、惰性碳、透明導(dǎo)電膜以及其任何組合。

要素a9：其中工作電極至少部分地涂布有檢測(cè)物質(zhì)。

要素a10：其中參比電極是含水參比電極、非水參比電極、偽參比電極或鉑線(xiàn)電極。

要素a11：其中選自由工作電極、對(duì)電極、參比電極以及其任何組合組成的組的電極至少部分地涂布有納米金顆粒的功能性涂層。

作為非限制性實(shí)例，適用于a的示例性組合包括：a與a1和a3；a與a4、a5和a11；a與a1和a2；a與a2、a6和a10；a與a1、a2、a3、a4、a5、a6、a7、a8、a9、a10和a11；a與a8和a11；a與a4、a5和a8；a與a3、a6、a8和a11。

實(shí)施方案/實(shí)例b(設(shè)備實(shí)例)：一種設(shè)備，所述設(shè)備包括：光譜電化學(xué)池，所述光譜電化學(xué)池包括：池主體，所述池主體具有第一體積；透明樣品窗口，所述透明樣品窗口被限定在池主體中并且與所述池主體流體連通，所述透明樣品窗口限定穿過(guò)池主體的光路并且具有第二體積；工作電極，所述工作電極延伸穿過(guò)池主體并且沿著光路進(jìn)入到透明樣品窗口中，工作電極在其第一端處電耦合至工作電引線(xiàn)；對(duì)電極，所述對(duì)電極延伸穿過(guò)池主體，所述對(duì)電極在其第一端處電耦合至對(duì)向電引線(xiàn)；參比電極，所述參比電極延伸穿過(guò)池主體，所述參比電極在其第一端處電耦合至參比電引線(xiàn)；樣品入口，所述樣品入口延伸穿過(guò)池主體；溶劑入口，所述溶劑入口延伸穿過(guò)池主體；電解質(zhì)入口，所述電解質(zhì)入口延伸穿過(guò)池主體；離子流體入口，所述離子流體入口延伸穿過(guò)池主體；檢測(cè)物質(zhì)入口，所述檢測(cè)物質(zhì)入口延伸穿過(guò)池主體；流體出口，所述流體出口延伸穿過(guò)池主體；以及流體混合器，所述流體混合器位于池主體內(nèi)；電磁輻射源，所述電磁輻射源將電磁輻射發(fā)射到穿過(guò)透明窗口的光路中，其中電磁輻射與透明窗口樣品發(fā)生光學(xué)相互作用以產(chǎn)生修改的電磁輻射；以及檢測(cè)器，所述檢測(cè)器接收修改的電磁輻射以產(chǎn)生輸出信號(hào)，所述輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于樣品的特征。

實(shí)施方案/實(shí)例b可以具有以下呈任何組合的附加要素中的一個(gè)或多個(gè)：

要素b1：其中工作電引線(xiàn)的第二端、對(duì)向電引線(xiàn)的第二端和參比電引線(xiàn)的第二端各自電耦合至恒電勢(shì)器。

要素b2：其中池主體由選自由以下各項(xiàng)組成的組的材料構(gòu)成：聚(醚酮)、聚(醚醚酮)、聚(醚酮酮)、聚(醚醚酮酮)、聚(醚酮醚酮酮)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚苯并咪唑、耐腐蝕金屬、金屬合金、超合金以及其任何組合。

要素b3：其中透明樣品窗口由選自由以下各項(xiàng)組成的組的材料構(gòu)成：玻璃、石英、藍(lán)寶石、熔凝石英、氧化鋁以及其任何組合。

要素b4：其中流體混合器選自由以下各項(xiàng)組成的組：磁力混合器、聲波混合器、機(jī)械混合器以及其任何組合。

要素b5：其中池主體的第一體積在約0.02ml至約5000ml的范圍內(nèi)。

要素b6：其中透明樣品窗口的第二體積在約0.01ml至約1.0ml的范圍內(nèi)。

要素b7：其中工作電極和對(duì)電極各自由相同或不同的電化學(xué)惰性材料構(gòu)成。

要素b8：其中工作電極和對(duì)電極各自由相同或不同的電化學(xué)惰性材料構(gòu)成，并且其中電化學(xué)惰性材料選自由以下各項(xiàng)組成的組：惰性金屬、惰性碳、透明導(dǎo)電膜以及其任何組合。

要素b9：其中工作電極至少部分地涂布有檢測(cè)物質(zhì)。

要素b10：其中參比電極是含水參比電極、非水參比電極、偽參比電極或鉑線(xiàn)電極。

要素b11：其中選自由工作電極、對(duì)電極、參比電極以及其任何組合組成的組的電極至少部分地涂布有納米金顆粒的功能性涂層。

要素b12：其中電磁輻射源是單波長(zhǎng)源、多波長(zhǎng)源、全譜波長(zhǎng)源以及其任何組合。

要素b13：其中電磁輻射源選自由以下各項(xiàng)組成的組：燈泡、發(fā)光裝置、激光器、黑體、光子晶體以及其任何組合。

要素b14：其中電磁輻射選自由以下各項(xiàng)組成的組：紅外輻射、近紅外輻射、可見(jiàn)光、紫外光以及其任何組合。

要素b15：其中在電磁輻射源與檢測(cè)器之間的光路的長(zhǎng)度在約1mm至約10mm的范圍內(nèi)。

要素b16：其中檢測(cè)器是光電檢測(cè)器。

要素b17：其中輸出信號(hào)選自由以下各項(xiàng)組成的組：伏安信號(hào)、電磁輻射吸收光譜信號(hào)以及其任何組合。

要素b18：其中輸出信號(hào)以圖形方式顯示。

作為非限制性實(shí)例，適用于b的示例性組合包括：b與b1、b4和b18；b與b2、b3、b7和b17；b與b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9、b10、b11、b12、b13、b14、b15、b16、b17和b18；b與b5、b7和b10；b與b10、b11、b13和b16；b與b15和b18；b與b1、b8和b12。

實(shí)施方案/實(shí)例c(方法實(shí)例)：一種方法，所述方法包括：提供光譜電化學(xué)池，所述光譜電化學(xué)池包括：池主體，所述池主體具有第一體積；透明樣品窗口，所述透明樣品窗口被限定在池主體中并且與所述池主體流體連通，所述透明樣品窗口限定穿過(guò)池主體的光路并且具有第二體積；工作電極，所述工作電極延伸穿過(guò)池主體并且沿著光路進(jìn)入到透明樣品窗口中，工作電極在其第一端處電耦合至工作電引線(xiàn)；對(duì)電極，所述對(duì)電極延伸穿過(guò)池主體，所述對(duì)電極在其第一端處電耦合至對(duì)向電引線(xiàn)；參比電極，所述參比電極延伸穿過(guò)池主體，所述參比電極在其第一端處電耦合至參比電引線(xiàn)；以及流體混合器，所述流體混合器位于池主體內(nèi)；將工作電引線(xiàn)的第二端、對(duì)向電引線(xiàn)的第二端和參比電引線(xiàn)的第二端電耦合至恒電勢(shì)器；將導(dǎo)電流體引入到池主體中；將檢測(cè)物質(zhì)引入到池主體中；將樣品引入到池主體中，其中導(dǎo)電流體、檢測(cè)物質(zhì)和樣品的一部分沿著光路進(jìn)入到透明樣品窗口中，從而形成透明樣品窗口流體；用恒電勢(shì)器將電壓電位施加在透明樣品窗口上以驅(qū)動(dòng)檢測(cè)物質(zhì)與透明樣品窗口流體中的樣品之間的電化學(xué)反應(yīng)；用電磁輻射源將電磁輻射傳遞到穿過(guò)透明樣品窗口的光路中，從而使電磁輻射與透明樣品窗口流體發(fā)生光學(xué)相互作用以產(chǎn)生修改的電磁輻射；用檢測(cè)器接收修改的電磁輻射；以及產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于樣品的特征的輸出信號(hào)。

實(shí)施方案/實(shí)例c可以具有以下呈任何組合的附加要素中的一個(gè)或多個(gè)：

要素c1：其中檢測(cè)物質(zhì)是自由浮動(dòng)的。

要素c2：其中檢測(cè)物質(zhì)至少部分地涂布在光路中選自由以下各項(xiàng)組成的組的位置上：工作電極、透明樣品窗口以及其任何組合。

要素c3：其中檢測(cè)物質(zhì)選自由以下各項(xiàng)組成的組：卟啉、包含金屬離子的金屬卟啉、金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合物以及其任何組合。

要素c4：其中檢測(cè)物質(zhì)是包含金屬離子的金屬卟啉，并且金屬卟啉中的金屬離子選自由以下各項(xiàng)組成的組：鐵(ii)、鐵(iii)、鉻(ii)、鉻(iii)、鈷(ii)、鈷(iii)、銅(ii)、鉛(ii)、鉛(iv)、汞(i)、汞(ii)、錫(ii)、錫(iv)、鎘、鋅、金(iii)、錳(ii)、錳(iii)、錳(iv)、鋁、鎳(ii)、鎳(iii)、銻(iii)、銻(v)、釩以及其任何組合。

要素c5：其中所選擇的檢測(cè)物質(zhì)是選自由以下各項(xiàng)組成的組的金屬卟啉-蛋白質(zhì)復(fù)合物：血紅蛋白、肌紅蛋白、細(xì)胞色素、過(guò)氧化氫酶、內(nèi)皮型一氧化氮合酶、高鐵血紅蛋白、葉綠素、其異構(gòu)體以及其任何組合。

要素c6：其中導(dǎo)電流體選自由以下各項(xiàng)組成的組：溶劑和支持電解質(zhì)的組合、離子流體以及其任何組合。

要素c7：其中輸出信號(hào)選自由以下各項(xiàng)組成的組：伏安信號(hào)、電磁輻射吸收光譜信號(hào)以及其任何組合。

要素c8：其中輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于樣品中分析物的存在和/或不存在。

要素c9：其中輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于樣品中分析物的存在和/或不存在，其中分析物選自由以下各項(xiàng)組成的組：二氧化碳、硫化氫、硫醇、一氧化碳、一氧化氮、汞以及其任何組合。

要素c10：其還包括將導(dǎo)電流體、檢測(cè)物質(zhì)和樣品在光譜電化學(xué)池中混合，從而用新鮮的透明樣品窗口流體置換所述透明樣品窗口流體。

要素c11：其中樣品是來(lái)自地下地層的地層流體。

要素c12：其中光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器位于地下地層中的井筒中。

要素c13：其中光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器位于地下地層中的井筒中選自由以下各項(xiàng)組成的組的工具上：隨鉆測(cè)量電纜、鉆柱、地層測(cè)試器、電纜、鉆桿測(cè)試工具以及其任何組合。

要素c14：其中光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器位于地下地層中的井筒中，并且其中樣品是來(lái)自地下地層中的井筒的地層流體。

要素c15：其中光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器位于包括烴流體的管道中。

作為非限制性實(shí)例，適用于c的示例性組合包括：c與c1、c3和c6；c與c6、c9和c15；c與c2、c5、c8和c11；c與c1、c2、c3和c15；c與c12、c13和c14；c與c4、c7和c15；c與c10和c11；c與c3、c9和c12。

實(shí)施方案/實(shí)例d(系統(tǒng)實(shí)例)：一種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：光譜電化學(xué)池，所述光譜電化學(xué)池包括：池主體，所述池主體具有第一體積；透明樣品窗口，所述透明樣品窗口被限定在池主體中并且與所述池主體流體連通，所述透明樣品窗口限定穿過(guò)池主體的光路并且具有第二體積；工作電極，所述工作電極延伸穿過(guò)池主體并且沿著光路進(jìn)入到透明樣品窗口中，工作電極在其第一端處電耦合至工作電引線(xiàn)；對(duì)電極，所述對(duì)電極延伸穿過(guò)池主體，所述對(duì)電極在其第一端處電耦合至對(duì)向電引線(xiàn)；參比電極，所述參比電極延伸穿過(guò)池主體，所述參比電極在其第一端處電耦合至參比電引線(xiàn)；以及流體混合器，所述流體混合器位于池主體內(nèi)；恒電勢(shì)器，所述恒電勢(shì)器電耦合至工作電引線(xiàn)的第二端、對(duì)向電引線(xiàn)的第二端和參比電引線(xiàn)的第二端，其中恒電勢(shì)器將電壓電位施加在透明樣品窗口上；電磁輻射源，所述電磁輻射源將電磁輻射發(fā)射到穿過(guò)透明樣品窗口的光路中，其中電磁輻射與透明樣品窗口流體發(fā)生光學(xué)相互作用以產(chǎn)生修改的電磁輻射；以及檢測(cè)器，所述檢測(cè)器接收修改的電磁輻射。

實(shí)施方案/實(shí)例d可以具有以下呈任何組合的附加要素中的一個(gè)或多個(gè)：

要素d1：其中光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器位于地下地層中的井筒中。

要素d2：其中光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器位于地下地層中的井筒中選自由以下各項(xiàng)組成的組的工具上：隨鉆測(cè)量電纜、鉆柱、地層測(cè)試器、電纜、鉆桿測(cè)試工具以及其任何組合。

要素d3：其中光譜電化學(xué)池、恒電勢(shì)器、電磁輻射源和檢測(cè)器位于包括烴流體的管道中。

作為非限制性實(shí)例，適用于d的示例性組合包括：d與d1和d2；d與d1和d3；d與d2和d3；d與d1、d2和d3。

因此，本文公開(kāi)的實(shí)施方案非常適于實(shí)現(xiàn)所提及的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)以及其固有的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。上文公開(kāi)的特定實(shí)施方案僅是說(shuō)明性的，因?yàn)榭梢詫?duì)于受益于本文教義的本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的不同但等效的方式修改和實(shí)踐所述特定實(shí)施方案。另外，并不意在限于本文所示的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，而是限于以下權(quán)利要求書(shū)中所述內(nèi)容。因此，顯而易見(jiàn)的是，可以改變、組合或修改上文公開(kāi)的特定說(shuō)明性實(shí)施方案，并且所有這類(lèi)變化被認(rèn)為處于本公開(kāi)的范圍和精神內(nèi)。本文說(shuō)明性地公開(kāi)的實(shí)施方案適當(dāng)時(shí)可以在缺乏本文未確切公開(kāi)的任何元件和/或本文公開(kāi)的任何任選的元件下加以實(shí)踐。雖然組合物和方法已在“包含”、“含有”或“包括”各種組分或步驟方面進(jìn)行了描述，但是組合物和方法還可以“基本上由各種組分和步驟組成”或“由各種組分和步驟組成”。上文公開(kāi)的所有數(shù)字和范圍可以變化某一量。無(wú)論何時(shí)公開(kāi)具有下限和上限的數(shù)字范圍，都確切地公開(kāi)了落在所述范圍內(nèi)的任何數(shù)字和任何包括的范圍。具體而言，本文公開(kāi)的值的每個(gè)范圍(形式為“約a至約b”，或等效地“大致a至b”，或等效地“大致a-b”)應(yīng)理解為闡述涵蓋在值的較寬范圍內(nèi)的每個(gè)數(shù)字和范圍。另外，除非專(zhuān)利權(quán)所有人另外明確地和清楚地定義，否則權(quán)利要求書(shū)中的術(shù)語(yǔ)具有其一般的普通含義。此外，如權(quán)利要求書(shū)中所使用的不定冠詞“一個(gè)”或“一種”在本文中被定義為意指其所引入的一個(gè)或超過(guò)一個(gè)元件。