физико-химические основы разделения горючих ископаемых и

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ
ОСНОВЫ
РАЗДЕЛЕНИЯ ГОРЮЧИХ
ИСКОПАЕМЫХ
И ПРОДУКТОВ ИХ
ПЕРЕРАБОТКИ
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
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.
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.

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.
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.

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.
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.
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
Электронный парамагнитный резонанс
(ЭПР)

явление
резонансного
поглощения
энергии переменного электромагнитного
поля
частицами,
обладающими
постоянным магнитным моментом.
Сигнал ЭПР: а – кривая поглощения; б –
первая производна от кривой поглощения; в
– вторая производная от кривой поглощения
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.

Инфракрасная спектроскопия
C
C
H
H
валентное симметричное
H
H
валентное асимметричное
C
H
H
деформационное симметричное
C
H
H
деформационное асимметричное
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







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.
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.

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
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.
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
Фрагмент спектрограммы
метилового спирта
Фрагмент спектрограммы
н-метилбензилхлорида