Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
Поскольку главной задачей исследования молекулярного строения угля является формирование представлений о его поведении в химических процессах, правильнее изучить в первую очередь не продукты его деструкции для конструирования по ним исходных структур, а наоборот, — по исходным структурам научиться прогнозировать продукты разнообразных процессов деструкции. Причем в качестве языка описания строения больших молекул угля следует использовать язык количественного фрагментного анализа, присущего ИК- и ЯМР-спектроскопии, дополняя, по возможности, полученную информацию сведениями о молекулярно-массовом распределении на основе данных масс-спектрометрии. Сведения о малых молекулах могут быть получены с помощью классической молекулярной спектроскопии Методы спектрофотометрии в видимой и УФ-областях, ЭПР-спектроскопии полезны для оценки сопряженных ароматических фрагментов угольных молекул. Сочетание перечисленных методов со строгими количественными методами, характеризующими среднее пространственное строение угля, позволит составить фундаментальную основу классификации углей.

ПОИСК





Определение молекулярного строения органической массы угля

из "Химия и переработка угля"

Поскольку главной задачей исследования молекулярного строения угля является формирование представлений о его поведении в химических процессах, правильнее изучить в первую очередь не продукты его деструкции для конструирования по ним исходных структур, а наоборот, — по исходным структурам научиться прогнозировать продукты разнообразных процессов деструкции. Причем в качестве языка описания строения больших молекул угля следует использовать язык количественного фрагментного анализа, присущего ИК- и ЯМР-спектроскопии, дополняя, по возможности, полученную информацию сведениями о молекулярно-массовом распределении на основе данных масс-спектрометрии. Сведения о малых молекулах могут быть получены с помощью классической молекулярной спектроскопии Методы спектрофотометрии в видимой и УФ-областях, ЭПР-спектроскопии полезны для оценки сопряженных ароматических фрагментов угольных молекул. Сочетание перечисленных методов со строгими количественными методами, характеризующими среднее пространственное строение угля, позволит составить фундаментальную основу классификации углей. [c.70]
Спектроскопия ЯМР. Все элементы, входящие в органическую массу угля, имеют стабильные изотопы, которые можно изучать методами спектроскопии ЯМР (табл. 3.4), что широко используется при изучении близких к угольному веществу нефтяных асфальтенов [36]. Однако вследствие низкой чувствительности ЯМР на ядрах О, и 5 для анализа твердых угольных объектов пока используется только спектроскопия ЯМР на ядрах Н и С. [c.71]
Из двух основных методов спектроскопии ЯМР твердого угля — широких линий и высокого разрешения существенно более информативным и получившим в последнее десятилетие наиболее интенсивное развитие является метод высокого разрешения [37, 38]. [c.71]
Использование для спектроскопии ЯМР Н очень сильных магнитных полей (5—10 Т), многоимпульсных последовательностей, Фурье-преобразования и быстрого вращения образца под магическим углом позволяет получить в спектре отдельные сигналы от ароматических и алифатических протонов, площади спектра которых соответствуют их содержанию. Использование проб, освобожденных от воды, позволяет далее подразделить эти сигналы [39, 40] (рис. 3.1). На основании спектра удается полуколичественно оценить такие параметры, как Нсоон, Нон, Нар (ароматические протоны). Нал (протоны алифатических фрагментов, не присоединенных непосредственно к ароматическому кольцу), Н— (протоны алифатических фрагментов непосредственно у ароматического кольца), а в ряде случаев также протоны фрагментов СНз и ОСН3. Отнесение сигналов к типам фрагментов не составляет сложности и строго доказано экспериментально. Итоговая информация — содержание атомов водорода в различных фрагментах угольного вещества — может быть использована различным образом. [c.71]
Метод ЯМР Н нашел широкое применение в ГДР для характеристики углей [39, 41]. Он имеет большое значение при дифференцированном определении в углях содержания атомов водорода в органической части, связанной и свободной воде [42]. [c.72]
Еще большими возможностями для решения перечисленных выше задач имеет спектроскопия ЯМР С высокого разрешения, первое применение которой для характеристики углей опубликовано в работе [43]. Получение количественной информации на основе спектров ЯМР связано со значительными усилиями, обусловленными, в первую очередь, низким естественным содержанием этого изотопа см. табл. 3.4. Применение для определения Н некоторых специальных экспериментальных приемов (кросс-поляризация, гетероядерная развязка с протонами) позволяет в настоящее время получать высококачественные спектры за несколько часов. [c.72]
Из последних достижений спектроскопии ЯМР углей наибольшего внимания заслуживают работы, в которых с помощью некоторых экспериментальных приемов оказалось возможным дифференцированно определить содержание фрагментов С, СН, СНг, СНз [46], карбоксильных групп, [47] и т. д. Так, удалось разделить сигналы углеродных атомов с 5р -гиб-ридизацией на группы, соответствующие фрагментам С = 0, С—С, С—О и С—Н, а с зр -гибридизацией — на С—О (отдельно СНз—О и КзС—О), С(1 4), С—СНз и суммарно СН к СНз [48]. Это позволяет надеяться, что углеродный паспорт угля будет таким же многофакторным, что и протонный. [c.73]
Интересные возможности спектроскопия ЯМР С открывает для наблюдения некоторых процессов изменения молекулярной структуры угля (сорбция растворителя, изотопное замещение, набухание, термическая деструкция и др.) непосредствен но в динамическом режиме (см. обзор [19]) [38], что особенно перспективно для понимания химической и физической природы этих процессов. [c.73]
ИК-спектроскопия, Для получения надежной количественной информации о строении молекул органического вещества угля на основе ИК-снектроскопии необходимо решить три основные задачи а) приготовление образцов без нарушения его строения в результате окисления атмосферным кислородом, механических воздействий и т. д. б) корректное отнесение полос поглощения и в) получение количественной информации о содержании различных групп и связей. В значительной степени первая проблема рассмотрена в монографии [49]. Наиболее характерное отнесение полос в спектре основано на обобщении многочисленных исследований самих углей, продуктов их модификации, но в большей степени — модельных соединений [50, 51]. [c.73]
Широкие полосы в области спектра 3700—3100 см принято относить к поглощению ОН(Н)-групп, участвующих в образовании водородных связей, причем основной вклад вносят гидроксиды-группы фенолов. В пределах этой области можно выделить три основных максимума 3540, 3390 и 3100 см , которые с учетом полуширин полос (100, 200 и 400 см ) относят к слабым, средним и сильным водородным связям. Связи N—Н характерны для вклада в поглощение при 3400 см . [c.73]
Поглощение в области 650—200 см почти однозначно приписывают поглощению минеральных компонентов. Полосу в области 1450 см относят к поглощению как СН-групп, так и 1- арбонат- и карбоксилат-ионов. Это же относится к полосе с центром при 1375 см . Область 1360—900 см содержит несколько максимумов поглощения. Предлагаются различные отнесения отдельных из них к гидроксид-группам фенолов, С—О-связям в ароматических эфирах, ОН-группам спиртов и др. [c.74]
Поскольку спектр углей представляет широкую непрерывную полосу поглощения со сложным контуром, разделение его на составные компоненты весьма приблизительно. [c.74]
Некоторую информацию можно получить при анализе бесструктурного фонового поглощения, совпадающего с общей бареткой линией, исключающей все рассмотренные выше полосы поглощения. Общее фоновое поглощение обусловлено не только характером рассеяния лучей крупными частицами, так как в спектрах тонких шлифов углей также имеется фоновое поглощение. Ряд авторов объясняет это наличием делокализованных электронов в конденсированных ароматических системах. Обнаружен рост фонового поглощения при окислении углей, что позволяет связывать его как с наличием кислородсодержащих структур, так и с поликонденсацией ароматических колец. [c.74]
В другой работе [53] ИК-спектроскопия с Фурье-преобра-зованием использована для определения количественного содержания в 18 видах углей гидроксидных (Нон), алифатических (Нал) и ароматических (Нар) атомов водорода. Типичный спектр представлен на рис. 3.3. Используя данные элементного анализа, авторы определили содержание Сал и Сар (Сар = ЕС — —Сал), что хорошо соответствовало данным количественного ЯМР анализа . [c.75]
Некоторые обобщенные данные [15], учитывающие влияние угольного вещества па смещение полос поглощения для отдельных групп по сравнению с их поглощением в случае индивидуальных органических соединений, представлены в табл. 3.5. [c.75]
Хотя спектроскопия поглощения в видимой и УФ-областях, как и фотоэлектронная спектроскопия, дают очень ценную информацию для индивидуальных соединений, их применение для анализа углей пока носит качественный характер и не позволяет, например, оценивать относительное содержание ароматических, алифатических и нафтеновых структур. Одна из причин этого — отсутствие стандартных образцов углей, молекулярное строение которых достаточно детально и количественно охарактеризовано другими методами (элементный состав, спектры ЯМР и ИК, молекулярно-массовое распределение). [c.75]
Методом пиролитической масс-спектрометрии установлено [60], что соединения, выделяющиеся из угля при температуре до 570 К, образуются не в результате разложения угольного вещества, а при испарении из его пор. В работе [61] описан пиролиз, осуществляемый непосредственно в источнике ионов масс-спектрометра при 690 К. Спектры регистрируют при низкой энергии ионизирующих электронов разработаны приемы идентификации продуктов. Обнаружено, что отдельные сигналы в масс-спектрах продуктов термической деструкции углей относятся к углеводородам различных гомологических рядов, общие формулы которых отличаются постепенно увеличивающейся степенью водородной ненасыщенности (от С Н2п+2 ДО СпН2п-4о в интервале т/б=16—400 ), причем одной формуле могут соответствовать соединения с различным числом колец. [c.77]
Для каждого гомологического ряда с дифференциацией по числу колец и двойных связей выявлены характеристические ноны, свидетельствующие о том, что основными продуктами являются ароматические углеводороды с различным числом колец, их алкилзамещенные и гидроароматические производные. Содержание ароматических структур относительно гидроароматических возрастает с ростом степени метаморфизма угля в соответствии с существующими представлениями. [c.77]


Вернуться к основной статье


© 2024 chem21.info Реклама на сайте