基本信息
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化学式: CD₄（全氘代甲烷）
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同位素组成: D₄（99%氘代率）
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分子量: 20（常规CH₄为16）
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CAS号: 558-20-3
物理性质
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外观: 无色无味气体
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熔点: -184.5°C（比CH₄略高）
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沸点: -161.5°C（比CH₄高约3°C）
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密度: 1.96 g/L（气体，标准状况下，比CH₄高25%）
同位素特性
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氘代率: 99% D（每个氢位点被氘取代）
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自然丰度对比: 自然界中氘（D）约占0.0156%
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核自旋: 氘核自旋量子数 I = 1（具有四极矩，可用于NMR研究）
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振动光谱: C-D键伸缩振动≈2200 cm⁻¹（C-H键≈2900 cm⁻¹）
制备方法
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催化交换法: CH₄与D₂O在镍/铂催化剂作用下高温交换
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化学合成法:
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氘代碘甲烷（CD₃I）与氘化铝锂（LiAlD₄）反应
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二氧化碳（CO₂）与氘气（D₂）在高温高压下催化还原
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低温蒸馏法: 从部分氘代甲烷混合物中分离纯化
应用领域
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中子散射研究: 氘代样品减少中子非相干散射，提高信噪比
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核磁共振（NMR）: ²H NMR研究分子动力学（弛豫时间比¹H长）
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反应机理研究: 追踪氢/氘同位素效应（KIE研究）
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质谱内标: 作为质量校准标准物（m/z=20）
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半导体工业: 用于制备氘代碳薄膜
安全信息
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储存条件: 高压钢瓶储存，避免高温和明火
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危险性: 易燃易爆（爆炸极限5-15%），高浓度有窒息风险
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特殊注意: 避免与强氧化剂接触，防止同位素稀释
分析检测
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质谱法（MS）: 确认D₄分子离子峰（m/z=20）及同位素纯度
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红外光谱（IR）: 特征C-D键吸收峰（2200 cm⁻¹附近）
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拉曼光谱: 强C-D伸缩振动带（约2100 cm⁻¹）
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核磁共振（NMR）: ²H NMR化学位移与¹H NMR不同（需锁场）
备注:
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氘代甲烷在储存中可能发生微量同位素交换（尤其接触质子溶剂时）
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实验系统需预先氘代化处理以避免同位素稀释
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相比CH₄，CD₄化学反应速率通常降低2-7倍（动力学同位素效应）
