Физико-химические методы идентификации и количественного определения углеводородов
Информация - Химия
Другие материалы по предмету Химия
водород к определенному гомологическому ряду. Так, алканы, нафтены и ароматические углеводороды, выкипающие до 200С, имеют следующие значения ri.
Ряд аналитических задач решается в химии нефти с помощью дисперсионных методов, основанных на измерении рефракционной дисперсии. Дисперсией называют зависимость показателя лучепреломления от длины волны. В качестве меры дисперсии может служить разность показателей преломления для двух длин волн:
Для удобства эту разность умножают на 104. Углеводороды с близкими значениями показателей преломления могут иметь сильно различающиеся значения дисперсии. Это позволяет иногда провести идентификацию углеводородов.
Так, nс20 для n-ксилола и 1,3-диэтилбензола равны 1,49141 и 1,49146, а значения дисперсии (n F20 - nc20)тАв104 для этих углеводородов значительно отличаются: 157,1 и 144,2.
Если (nF - nс)тАв104 разделить на плотность, то получим удельную дисперсию:
У углеводородов ароматического ряда величина удельной дисперсии намного выше, чем у алканов и нафтенов, например у углеводородов ряда бензола до 200 (170-200), а у нафтенов и алканов - 99. Удельные дисперсии аддитивны, поэтому, зная удельную дисперсию бензиновой фракции (?фр), можно расiитать содержание ароматических углеводородов в этой фракции (х):
Другой сложной константой является относительная дисперсия:
Относительная дисперсия может быть применена для идентификации углеводородов. Зная относительную дисперсию углеводорода ?F,С,D и его nD, можно с помощью специальных таблиц определить, к какому ряду углеводородов он относится. Относительная дисперсия ?F,С,D как указывает Иоффе, для легких ароматических углеводородов колеблется в пределах 29-33 ед.
Метод относительной дисперсии требует для анализа малых количеств фракции (0,5-1 мл) и является быстрым и удобным. Вместо ?F,С,D используется другая константа - дисперсиометрический коэффициент:
величина которого постоянна для деароматизированных бензиновых фракций и равна 194,4 (кроме бензольной фракции 60-95С, для которой эта величина равна 193,9). Дисперсиометрический коэффициент является аддитивной функцией, позволяющей определить процентное содержание ароматических углеводородов в бензиновых фракциях.
Спектральные методы идентификации углеводородов и других компонентов нефти и газа
Молекулярная спектроскопия
Известно, что при прохождении электромагнитного колебания от источника излучения через вещество последнее поглощает лучи только определенной длины волны. В спектре поглощения этого вещества имеются характерные полосы поглощения, соответствующие частотам поглощенных лучей.
В чем заключается причина способности органических веществ, в частности углеводородов, поглощать лучи электромагнитного спектра?
Молекула углеводорода обладает определенным запасом внутренней энергии. Эта энергия слагается из энергии взаимодействия электронов с ядрами, энергии колебательного движения атомов, энергии вращательного движения атомов или групп атомов. Энергия взаимодействия электронов с ядрами (энергия электронных переходов) в 10-20 раз превышает энергию колебательных движений внутри молекулы и в 1000 раз энергию вращательных движений.
В зависимости от того, какие лучи электромагнитного спектра пропускать через вещество, могут возбуждаться либо вращательные движения, либо колебательные, либо электронные переходы, либо все движения одновременно. Возбуждение того или иного движения в молекуле происходит тогда, когда его частота совпадает iастотой электромагнитного колебания. Таким образом, в основе молекулярной спектроскопии лежит физическое явление резонанса.
Энергия электромагнитных колебаний уменьшается с увеличением ? в последовательности: рентгеновские лучи (?= 0,01 - 10 А), ультрафиолетовые (10-4000), видимый свет (4000-8000), инфракрасные лучи (0,8-300мкм), микроволны (0,03-100см), волны радиодиапазона.
Энергия радиоволн слишком мала, чтобы возбуждать органические молекулы.
Микроволны и длинные инфракрасные волны могут возбуждать только вращательные движения в молекулах. Если частоты колебаний этих волн совпадают iастотами вращения отдельных частей молекулы, то происходит резонансное поглощение энергии этих волн, что отразится в спектре поглощения. Такого рода спектры применяются для тонкого структурного анализа органических веществ.
Основополагающими законами молекулярной спектроскопии являются законы Бугера, Ламберта и Бера.
Закон Бугера - Ламберта: относительное количество поглощенного слоем вещества света не зависит от интенсивности падающего света, и каждый последующий слой среды одинаковой толщины поглощает одну и ту же долю проходящего через него света.
Закон Бера: поглощение монохроматического света пропорционально числу молекул поглощающего вещества в единице объема раствора.
Оба закона могут быть выражены уравнением Бугера - Ламберта - Бера:
D =lg(J0/J)=?тАвcтАвl
где J0 - интенсивность падающего излучения; J- интенсивность излучения, прошедшего через слой вещества; ? - молекулярный коэффициент поглощения; с - концентрация анализируемого вещества, моль/литр; l - толщина слоя вещества, см.
Инфракрасная спектроскопия
Обычно инфракрасные спектры органических соединений изучают в диапазоне 1-25 мкм. При этом линии поглощения в спектре появляются за iет колебательных движений в молекулах исслед?/p>