Физико-химические основы разделения горючих ископаемых и продуктов их переработки. Хроматография

1. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ И ПРОДУКТОВ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ

2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ И ПРОДУКТОВ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ

Химические методы, основанные на
разной реакционной способности
соединений или групп соединений
Физические методы, основанные на
особенностях физических свойств
(плотностей, смачиваемости,
температурах кипения, летучести и т.д.)
Комбинированные методы

3. Физические и физико-химические (комбинированные) методы исследования

Хроматография – это процесс
разделения смесей веществ, основанный
на их различной сорбционной
способности. Сорбцией называется
концентрирование вещества в одной из
смежных фаз.

4. В зависимости от характера неподвижной фазы хроматография подразделяется на следующие виды:

1)
адсорбционную
хроматографию:
неподвижная
фаза
–
твердое
пористое вещество; подвижная – газ или
жидкость;
2)
распределительную
хроматографию:
неподвижная фаза – жидкость, которая
находится на поверхности твердого носителя;
подвижная фаза – жидкость, газ или пар.

5. Всего имеется 4 вида хроматографии:

1. Неподвижная фаза – твердое тело
(адсорбционная хроматография)
1. Подвижная фаза – жидкость.
Жидкостно-адсорбционная
хроматография. Пример: разделение
нефтяных фракций на ароматическую и
нафтено-парафиновую
части
на
силикагеле.
2. Подвижная фаза – газ.
Газоадсорбционная
хроматография.
Пример:
разделение
газообразных
углеводородов на твердых адсорбентах
(гиперсорбция), а также разделение
газов на молекулярных ситах.
2. Неподвижная фаза – жидкость на
твердом носителе (распределительная
хроматография)
1. Подвижная фаза – жидкость.
Жидкостно-распределительная
хроматография.
Пример:
хроматография
на
бумаге,
хроматография
в
тонком
слое
адсорбента. Неподвижной жидкой фазой
служит пленка воды на поверхности
бумаги или оксида алюминия.
2. Подвижная фаза – газ (пар). Газожидкостная хроматография.

6. Рентгено-структурный анализ (РСА)

применяют
для
изучения
кристаллических тел, в том числе и
графита.
Методом
РСА
можно
определить:
– строение элементарных структурных
единиц (ЭСЕ);
–
среднестатистические
числовые
значения размеров ядерной части ЭСЕ.

7. Сущность РСА

при
воздействии
на
ТГИ
монохроматическим
пучком
лучей
возникают
дифрагированные
лучи,
интенсивность
которых
измеряют
счетчиком. Интенсивность полосы 100
может
служить
мерой
величины
углеродных ароматических сеток, а
полосы 002 – их пространственной
ориентацией.

8. Масс-спектрометрия

применяется для изучения индивидуальных
соединений (тяжелой части) ГИ. Под
действием пучка электронов в вакууме
происходит отрыв валентных электронов и
образование молекулярного иона. Для этой
цели применяют электроны с энергией выше
порога ионизации (10–12 эВ). Молекулярный
ион распадается на нейтральные осколки и
положительно заряженные ионы, которые
ускоряются в магнитном поле. Положительно
заряженный ион отклоняется пропорционально
его массе, затем поток ионов, распределенный
по массе, регистрируется на детекторе в виде
масс-спектра.

9. Схема масс-спектрометра

Баллон с образцом
Диафрагма (тонкое отверстие в фольге)
Вентиль
Электронная ловушка
Ток электронов
К вакуум-насосу 10–6 мм рт. ст.
Поток ионов
Магнитное поле
+
Щель коллектора
Коллектор

10. Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР)

явление
резонансного
поглощения
энергии переменного электромагнитного
поля
частицами,
обладающими
постоянным магнитным моментом.

11. Сигнал ЭПР: а – кривая поглощения; б – первая производна от кривой поглощения; в – вторая производная от кривой поглощения

12. УФ и ИК-спектроскопия

основаны на взаимодействии веществ
с электромагнитным излучением.
рентгеновские лучи (λ = 0,01– 10)
ультрафиолетовые (10 – 4000)
видимый свет (4000 – 8000)
инфракрасные лучи (0,8 – 300 мкм)
микроволны (0,03 –100 см)
волны радиодиапазона.

13. Инфракрасная спектроскопия

C
C
H
H
валентное симметричное
H
H
валентное асимметричное
C
H
H
деформационное симметричное
C
H
H
деформационное асимметричное

14. Значения волновых чисел валентных и деформационных колебаний связи С–С и С–Н в молекулах углеводородов

Тип колебаний и связь
Валентные колебания связи:
–С–Н
=С–Н
Деформационные колебания связи
–С–Н
=С–Н
Валентные колебания связи:
С–С
С=С
Интервалы волновых чисел, см–1
2800–3000
3000–3100
1350–1470
600–1000
600–1200
1500–1680

15.

Групповым колебаниям скелета органических
молекул соответствуют полосы поглощения в
области 700–1500 см–1.
Колебаниям
углеродного
скелета
ароматических ядер соответствует полоса при
1600 см–1
Колебаниям углеродного скелета нафтеновых
циклов – при 970 и 1030 см–1.
Колебания
полиметиленовых
цепочек
проявляются в области 720–790 см–1
Колебания изопропильной группы – при 1170
и 1145 см–1
Трет-бутильной – при 1255 и 1210 см–1
Монозамещенного бензольного кольца - при
700 см–1.

16. Ультрафиолетовая спектроскопия

позволяет исследовать взаимодействие
ультрафиолетового излучения с электронным
облаком молекул.
Так, олефины поглощают ультрафиолетовое
излучение в области 170–180 нм, а диены и
ароматические углеводороды в области еще
более длинных волн (> 200 нм). Таким
образом,
диеновые
и
ароматические
углеводороды
дают
характерные
ультрафиолетовые спектры в пределах 200–400
нм.

17. Значения λmax для углеводородов с различным числом сопряженных двойных связей

Углеводород
Число сопряженных
связей
Этилен
Бутадиен
Бензол
Нафталин
Антрацен
1
2
3
5
7
Длина волны,
соответствующая
максимумам поглощения,
нм
162
217
203, 255
228, 286, 314
258, 356, 380

18. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)

При воздействии на ядро слабым
переменным магнитным полем
определенной частоты и поляризации
могут иметь место вынужденные его
переходы между соседними
энергетическими уровнями.

19. Значения ЯМР для различных ядер

Ядро
Спин
1Н
14N
19F
16O
12C
13C
½
1
½
0
0
½
Частота ЯМР в поле 14100
Гс, МГц
60
4,3
56,5
–
–
15,09

20. Фрагмент спектрограммы метилового спирта

21. Фрагмент спектрограммы н-метилбензилхлорида