Файл в формате PPT (10,5 МB)

Лекционный курс
«Физические основы
измерений и эталоны»
Раздел МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Тема Исследования состава нефтей.
Петролеомика
Дополнительная литература на сайте:
Основные углеводородные
и гетероатомные компоненты нефти
СОВРЕМЕННЫЕ
МЕТОДЫ
АНАЛИЗА
СОСТАВА НЕФТЕЙ
МНОГООБРАЗИЕ МЕТОДОВ
Журнал «Нефтегазовое обозрение» (Oilfield Review) 2007 г.
Значительная часть
современных методов
основана на принципах
МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ
1912 год — Томсон (J.J.Thomson)
создает первый масс-спектрограф,
способный разделить по массам молекулы
кислорода, азота, угарного газа,
углекислого газа …
Электрический
разряд
Железный
экран
Магнит
Фрэнсис Астон
( Francis W. Aston )
(1877 – 1945)
Разработал оборудование,
позволяющее проводить
точные количественные
измерения масс разнообразных
молекул
За работы по развитию методов
масс-спектрометрии награжден
Нобелевской премией по химии
в 1922 г.
Масс-спектрограф Ф. Астона
Масс-спектр воздуха
Атомарный азот
Пары воды
Азот + окись углерода
Кислород
Аргон
СТРУКТУРА МАСС - СПЕКТРОМЕТРОВ
Ввод
образца
Ионный
источник
Масс-анализатор
Вакуумная система
Детектор
ИСТОЧНИК
ИОНОВ
ИОНИЗАЦИЯ
АТОМОВ
И
МОЛЕКУЛ
ЭЛЕКТРОНАМИ
И
УСКОРЕНИЕ
ИОНОВ
ДО
ЗАДАННОЙ
ЭНЕРГИИ
Детекторы ионов
Коллекторные
детекторы
Схема
цилиндра
Фарадея
Детекторы ионов
Вторичный
электронный
умножитель (ВЭУ)
Электронный
умножитель
масс-спектрометра
Thermo Electron
DFS:
Детекторы ионов
Каналовый
электронный
умножитель
Детекторы ионов
Детектор на
многоканальных пластинах
(MCP – Micro Channel Plates)
МАГНИТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР
- Циклотронная частота
ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР
t=L/v
m 1
tL
q 2U уск
Масс спектрометрия
ионно-циклотронного резонанса
с преобразованием Фурье
(МС ИЦР ПФ)
Fourier Transform
Ion Cyclotron Resonance
Mass Spectrometry
(FTICRMS)
ЯЧЕЙКА МАСС-СПЕКТРОМЕТРА
ИОН-ЦИКЛОТРОННОГО РЕЗОНАНСА
Только магнитное поле
Циклотронная частота
Магнитное и электрическое поля
- резонанс
Множество ионов с
различными m/q
формируют сложный
частотный сигнал
Для построения
масс-спектра ионов
к этому сигналу
применяют
преобразование Фурье
Интегральное преобразование Фурье
Синусоидальный сигнал и его первая (единственная) гармоника
Время
Частота
Спектры частот несинусоидальных
сигналов
У этой кошки сильные
периодические гармоники
Программные пакеты
обработки сигналов
в реальном времени
ПЕТРОЛЕОМИКА (Petroleomics):
выявление ВСЕХ химических
составляющих нефти,
их взаимодействий
и их реакционных способностей
Термин «Петролеомика»
ввел Алан Маршалл ( A. Marshall )
по аналогии с термином «Геномика»
ГЕНОМИКА
ПЕТРОЛЕОМИКА
«паспортизация»
нефтей
для выработки
строго
индивидуальных
производственных
процессов
и технологий
ПЕТРОЛЕОМИКА
«ОТПЕЧАТКОМ ПАЛЬЦА» Венесуэльской нефти
является уникальный набор
17 000 отдельных компонентов
Chelsea soil humic acid model # 4
= 1.33 g/cm3 and = 27.80 J1/2 /cm3/2
Chelsea soil humic acid model # 6
= 1.40 g/cm3 and = 25.50 J1/2 /cm3/2
Chelsea soil humic acid model # 9
= 1.43 g/cm3 and = 28.40 J1/2 /cm3/2
Chelsea soil humic acid model # 5
= 1.40 g/cm3 and = 27.80 J1/2 /cm3/2
Chelsea soil humic acid model # 8
= 1.42 g/cm3 and = 28.00 J1/2 /cm3/2
Номинация на премию ENI 2009 года
300 000 Евро
Лауреат премии ENI 2009 года
Алан Маршалл
Национальная
лаборатория
сильных
магнитных
полей
Национальная лаборатория сильных
магнитных полей в Университете штата
Флорида ( Алан Маршалл )
МАСССПЕКТРОМЕТРИЯ
СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАГНИТЫ МАСС-СПЕКТРОМЕТРОВ
Нефть Европы
Масс – спектр
неполярных компонентов
21 499 пиков
( различных химических соединений )
400
600
800
m/z
1000
C / H12
Нефть Европы
93.9 mDa
13C
2
Масс – спектр
полярных компонентов
N13C / C2H3
/ C2H2
17.1 mDa
O / CH4
C3 / SH4
700.40
700.45
3.4 mDa
N/
13CH
700.50
8.9 mDa
36.4 mDa
8.2 mDa
700.55
700.60
700.65
700.70
Для анализа
потребовалось 0.7%
одной капли нефти
300
400
500
600
700
m/z
800
900
1,000
Масс - спектры
Легкая нефть
~15 000 пиков
Тяжелая нефть
~30 000 пиков
400
600
m/z
800
1000
1200
АСФАЛЬТЕНЫ
( смолоасфальтены )
Содержание
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
МОЛЕКУЛ АСФАЛЬТЕНОВ
Молекулярная масса
МАСС – СПЕКТР МОЛЕКУЛ АСФАЛЬТЕНОВ
Компьютерные
модели
молекул
асфальтенов
КОНЕЦ
ЛЕКЦИИ