Объекты эмиссионного спектрального анализа

•
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В ГЕОЛОГИИ»
•
•
•
Рентгено-флуоресцентный анализ
Эмиссионный спектральный анализ
Хроматогра-фический анализ
•
Объект анализа: Горные породы, грунты Природная вода Атмосферный воздух
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Виды химического анализа вещества объекта анализа
По природе объекта анализа
анализ неорганического вещества объекта анализа природного происхождения;
анализ органического вещества объекта анализа природного происхождения;
По агрегатному состоянию пробы вещества объекта анализа
анализ твердого вещества
анализ жидкого вещества
анализ газообразного вещества
По структурным образованиям химических частиц
элементный
изотопный
молекулярный
фазовый
По конечной цели анализа
качественный
количественный
По диапазону определяемых содержаний
главный компонент, 100 – 1 %
сопутствующий,
1 - 0,01 %
следовый,
ниже 10-2 %
По количеству определяемых компонентов из одной навески
Однокомпонентный
несколько компонентов
многокомпонентный
• ЭМИССИОННЫЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
•
Уже около 70 лет наиболее распространенным методом анализа при
геохимических поисках является эмиссионный спектральный анализ. С
него началось применение этого вида поисков МПИ. ЭСА может быть
использован для определения содержания элементов в коренных
породах, рыхлых отложениях, золе растений, сухих остатках водных
проб и отдельных минералах.
•
Оптическим атомным спектральным анализом в обычной практике
называют определение элементного состава вещества по линейчатым
электронным спектрам атомов и ионов химических элементов.
Оптическому спектральному анализу соответствует область частот
энергий, соответствующая электронным переходам во внешних
оболочках атомов - порядка от нескольких электрон-вольт до
нескольких десятков. Такие переходы наблюдаются в интервале длин
волн от 300 А (вакуумная ультрафиолетовая область) до
приблизительно 10000 А (ближняя инфракрасная область оптического
спектра);
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Принцип метода
Основой анализа является возможность измерения длины волны и
интенсивности излучения, испускаемого атомами и ионами вещества,
находящихся в плазме атомизатора. Содержание отдельных элементов
определяется сравнением интенсивности их линий в спектре.
Все атомы можно заставить излучать энергию в виде электромагнитных волн в
УФ- и видимой области. Для этого необходимо внешнее воздействие такой
силы, чтобы
Произошел разрыв межмолекулярных химических связей вещества,
находящемся в конденсированном или твердом состоянии, то есть
образовались отдельные молекулы
молекулы распались на атомы
атомы перешли из основного состояния в возбужденное, причем необходимо,
чтобы изменилось энергетическое состояние внешних, валентных электронов в
атоме.
Переходя в возбужденное состояние валентные электроны приобретают
дополнительную энергию, которую они могут сохранять порядка 10-8 - 10-9 с.
Самопроизвольно возвращаясь в исходное состояние электроны будут излучать
запасённую энергию в виде УФ- и видимого света.
Так как строение электронных оболочек у атомов разное, то и набор квантов
излучения
{Еi}= {Ei* - Eo} = {hi} будет у каждого атома свой. Действительно, этот набор
излученных квантов света можно экспериментально зафиксировать и он
составляет от нескольких единиц, например, для натрия и калия, и до
нескольких тысяч для железа и вольфрама.
•
Излученные кванты света можно зарегистрировать несколькими способами, например,
визуально, фотографическим способом или спектрометрическим. Каждому кванту света
соответствует спектральная линия на регистрирующем устройстве. Совокупность
спектральных линий представляет собой спектр излучения атома. Спектр характеризуется
числом линий, интенсивностью и шириной линий и их взаимным расположением.
Центр линии характеризуется значением длины волны i.
•
Для того, чтобы возбудить атомы, на вещество можно воздействовать высокой
температурой порядка1000 – 10000 оС . Такую температуру можно создать нагревом пробы
электрическим током. Для этого, например, порошкообразную пробу помещают в кратер
графитового электрода (катод). Второй электрод с конусообразным концом (анод)
закрепляют на некотором расстоянии над электродом с кратером. На электроды подают
электрическое напряжение, достаточное для пробоя слоя воздуха (диэлектрика) и
возникновения газового разряда. Между электродами за счет термоэлектронной эмиссии
образуется шнурообразный слой плазмы и электрическая цепь замыкается. Электрической
энергии, поданной на электроды, оказывается достаточно, чтобы проба в кратере угольного
электрода разогрелась, произошел распад вещества на молекулы, молекулы из пробы
испарились, молекулы распались на атомы. Это состояние вещества называют состоянием
«атомного пара». Некоторая часть атомов может ионизироваться, далее какая-то часть
оставшихся атомов и ионов может перейти в возбужденное состояние. В итоге между
электродами образуется плазма (квазинейтральный электропроводящий газ), состоящая из
свободных электронов, атомов, ионов, двух- трёхатомных молекул и радикалов,
находящихся в основном и возбужденном состояниях.
•
Число линий в спектре определяется числом валентных электронов в атоме
элемента, строением электронных оболочек (s, p, d, f), температурой плазмы,
состоянием компонента – это атом, ион, радикал или молекула. Поэтому вид
спектра может быть линейчатый для атомов и ионов, полосатый для радикалов
и двухатомных молекул и сплошной для продуктов взаимодействия при высоких
температурах атмосферных газов с материалом
•
•
•
•
•
•
Спектральный анализ подразделяют на качественный и
количественный.
Цель качественного анализа - идентификация и доказательство
наличия в пробе определяемого элемента по его характеристическому
спектру, т. е. по наличию в спектре пробы определенного набора
аналитических линий элемента, в любом случае строго фиксированных
(частотами или длинами волн) в этом спектре.
Лежащие в его основе характеристические спектры элементов
являются таким же основным определяющим свойством химического
элемента, как его атомный номер и масса.
Качественный анализ обладает исключительно прочным и полностью
аргументированным теоретическим фундаментом, поэтому результаты
качественного спектрального анализа при правильном его проведении
однозначны и окончательны.
Количественный спектральный анализ заключается в сравнении
интенсивности данной аналитической спектральной линии с
интенсивностью той же линии в спектрах градуировочных образцов,
сходных с пробой, различающихся по концентрациям определяемого
элемента.
Интенсивность линии зависит от электронного строения атома,
температуры плазмы, концентрации электронов в плазме,
концентрации в плазме атомов, излучающих свет.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Зависимость интенсивности спектральной линии от концентрации элемента в пробе имеет
следующий вид
I
С
I – участок линейной зависимости, реализуется только для малых концентраций;
П - при повышении концентрации атомов в плазме возникает явление самопоглощения
квантов света невозбужденными атомами, которых в плазме намного больше, чем
возбужденных, и на приёмник излучения попадает меньше энергии, чем могло бы быть.
Ш – интенсивность излучения перестает зависеть от концентрации и становится
максимально возможной. Это состояние называют явлением излучения абсолютно черного
тела для данной температуры в данном спектральном интервале длин волн.
Следовательно, в плазме необходимо поддерживать баланс по концентрации атомов в
нормальном состоянии No во время измерения интенсивности излучения.
Экспериментально найдено, что No = no ,
где no – число атомов, испаряющихся в единицу времени из пробы, и оно пропорционально
концентрации элемента в пробе;
 - доля атомов, поступающих в зону возбуждения;
 - среднее время пребывания атомов в зоне разряда атомов или в зоне возбуждения.
На практике используют зоны I и П, для которых получено экспериментальная зависимость
– уравнение Ломакина :
I = a  Cb , или
lg I = lg a + b lg C
где а – коэффициент, отражающий параметры разряда, условия поступления вещества в
плазму, условия возбуждения атомов и совершаемые переходы;
b – коэффициент, который отражает явление самопоглощения;
С – концентрация элемента в пробе.
Так как эти условия учесть невозможно, то измерения производят относительно
внутреннего стандарта:
Ix/Iст = (Cx/Cст)b
• Средства измерения
• Средства измерения подразделяют на визуальные (стиллоскоп,
стиллометр), фотографические (спектрографы),
фотоэлектрические (квантометры).
• В любой конструкции измерительного прибора первичным
измерительным преобразователем является тот блок, в котором
можно получить плазму, то есть источник возбуждения атомов.
Источник возбуждения атомов может быть получен с помощью
термических атомизаторов. Например, в стиллоскопе или в
спектрографе это штатив с электродами и с источником питания
электродов.
• Источники возбуждения бывают нескольких типов:
• Это дуга постоянного и переменного тока. Для её получения
используют дуговые электрические генераторы с силой тока до
10 А;
• Низко- или высоковольтная искра, используют искровые
генераторы электрического тока;
• Тлеющий газовый разряд;
• Индуктивно связанная плазма, получают в плазмотроне.
•
•
•
•
Интенсивность спектральной линии зависит от множества внутренних
факторов, неподдающихся учету. Поэтому используют только
градуировочные графики. Для их построения нужны эталоны –
стандартные образцы состава вещества. а это большая проблема, так
как метод эмиссионного спектрального анализа – матричнозависимый.
На способность к излучению данным атомом влияют сопутствующие
компоненты и фазовое состояние элемента в сложной пробе. Далее
большая погрешность получается на стадии фотографирования и
фотометрирования фотопластинки из-за нестабильности фотослоя.
Поэтому для каждого типа фотопластинок получают изображение
спектров пробы и нескольких эталонов с возрастающим содержанием
элемента в эталоне.
Объекты эмиссионного спектрального анализа - горные породы,
руды, минералы; рыхлые отложения, зола растений, сухие остатки
водных проб
Определяемые элементы – металлы, малые концентрации редких и
рассеянных, а также породообразующих элементов: Ga, Ge, In, Tl, Be,
B, Sb, Te, Re, U, P, F, W, Co, Ni, Mn, As, Ag, Hg, Cu, Cd, Zn, Se, Zr, Nb,
Ru, Rh, Pd, Ta, Os, Ir, Pt, Th, F, Al, S, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Mo, Sn, Sb, Bi,
Mg, Si, Ti, Ba, - 70 элементов /г/х пробы – выделены;
Виды анализа – количественный элементный анализ; микроанализ;
навеска порядка нескольких миллиграммов;
•
•
•
•
Наиболее существенными общими достоинствами оптического спектрального
анализа минерального сырья являются:
--- высокая надежность доказательства присутствия химического элемента в
изучаемой пробе по ее спектру;
--- возможность определения в пробе содержания до 70 химических элементов
или одновременно определения геохимически обусловленных групп (от 10-15 до
35-40) элементов единой методикой;
--- возможность обеспечения высокой скорости и производительности анализа и
высокой его рентабельности - получения максимальной информации о составе
пробы с минимальными затратами времени на анализ пробы. /2
•
К недостаткам анализа относится возможное наложение линий на
спектрограммах, затрудняющее определение. При больших содержаниях
элементов (свыше 1 %) спектральный анализ часто уступает по точности
другим методам. Его результаты зависят не только от правильности
градуировки, но и от ряда других факторов - условий поступления паров пробы
в источник возбуждения и режима работы источника, а также от состава и
свойств пробы. При расчетах невозможно учесть влияние на результат анализа
общего химического состава проб и формы нахождения определяемого
элемента. /3
•
Существенными недостатками рядового спектрального анализа являются
неудовлетворительная чувствительность определения Au, W, Sb, Та, Nb, As, Р,
Hg и необеспеченность геохимических лабораторий устройствами для
автоматического ввода данных в ЭВМ. /6
•
РЕНТГЕНО-СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
•
При разработке новых более специфических и селективных методик исследователи все
больше обращаются к явлениям, основанным «на переходах» в более глубинных областях
атома. Если раньше удовлетворялись методами, основанными «на переходах» только
внешних электронов (ЭСА, фотометрия, атомная абсорбция, электрохимические методы),
то в настоящее время все шире развиваются методы, в основе которых лежат изменения на
глубинных электронных оболочках (РСА, РРА) и даже в ядрах атомов (НАА). /1
•
•
В настоящее время применяются автоматические и полуавтоматические рентгеновские
--- спектрометры - приборы, позволяющие последовательно определять в анализируемом
образце входящие в его состав элементы;
--- квантометры - многоканальные приборы для одновременного анализа на группу
элементов;
--- сканирующие электронные микрозондовые рентгеновские анализаторы, с помощью
которых можно определять состав микровключений и изучать характер распределения
отдельных элементов.
•
•
•
Специализированные рентгеноспектральные лаборатории и ядерно-физические
лаборатории, оснащенные стационарными установками с импульсными ядерными
реакторами или микротронами, обеспечивают высокие пороговые чувствительности
анализов и точность не ниже +20 относительных процента./5
•
Объекты рентгено-спектрального анализа - твердые, жидкие, газообразные - горные
породы, руды, минералы; гидрохимические пробы, почвы, зола растений,
•
Определяемые элементы - почти все химические элементы,
•
Виды анализа – количественный элементный анализ; макро и микроанализ; не
деструктивный анализ.
•
ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
•
В последние десятилетия благодаря крупным достижениям ядерной физики и электроники
разработан целый ряд ядерно-физических методов анализа элементного состава
вещества. Эти методы основаны на регистрации различных излучений.
•
Ядерно-физические методы в значительной степени дополняют возможности других
широко практикуемых физических и химических методов анализа и во многих случаях
позволяют определять подавляющее большинство интересующих практику элементов и
заменять более трудоемкие и дорогостоящие методы исследования минерального сырья
•
По условиям применения ядерно-физические методы можно условно разделить на две
группы.
Первая группа включает методы, требующие стационарного оборудования и специально
оснащенных помещений. К ней относятся радиометрический, нейтронный
активационный анализ на тепловых нейтронах с применением специализированного
стационарного оборудования атомного реактора, гамма-активационный анализ с
использованием ускорителей заряженных частиц - бетатронов и микротронов и некоторые
другие методы.
Методы этой группы характеризуются высокой чувствительностью, часто недоступной
другим методам анализа, возможностью определения нескольких элементов в одной
навеске. Применение методов первой группы целесообразно в тех случаях, когда
поставленная аналитическая задача не решается или решается слишком сложно другими
методами анализа. /2
Радиометрическими методами определяются содержания радиоактивных элементов,
гамма-активационными методами - содержания золота и серебра, а многоэлементными
нейтронно-эктивационными методами - содержание элементов с порядковыми номерами
выше 11.
•
•
•
•
Вторая группа включает методы с портативным компактным оборудованием, рассчитанные на применение
в условиях любой, в том числе и полевой лаборатории. К этой группе относятся методы, основанные на
использовании естественной радиоактивности, а также на использовании радиоизотопных источников
излучений, - радиометрический метод анализа, фотонейтронный метод определения бериллия,
активационный метод с применением ампулированных источников нейтронов и а-частиц, методы,
основанные на рассеянии или поглощении исследуемой пробой различных видов излучений, рентгенорадиометрический метод анализа.
•
Эти
методы
характеризуются
относительной
простотой
проведения
анализа,
высокой
производительностью и экспрессностью определений, но меньшими порогами чувствительности.
Благодаря компактности анализирующей аппаратуры применение их возможно в непосредственной
близости от объекта геологоразведочных работ, что позволяет существенно сократить время между
отбором исследуемой пробы и выдачей результатов анализа. Применение методов второй группы, как
правило, оправдывается во всех случаях, если данный метод позволяет решить поставленную задачу и
требуется обеспечить высокую производительность и экспрессность определений.
•
РЕНТГЕНО-РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
•
Метод основан на облучении минералов и пород γ-квантами и измерении характеристического
вторичного излучения элементов.
•
При РРМА атомы возбуждаются на К- и L-уровнях электронной оболочки. Для облучения применяются
изотопные источники, реже портативные рентгеновские трубки. Измеряются наиболее интенсивные линии
характеристического излучения К-серии – α1 и α2, L-серии - α1 и β1. Для регистрации вторичного γизлучения служат сцинтилляционные, пропорциональные и полупроводниковые счетчики.
•
Применение переносных приборов РРМА целесообразно использовать на
стадии детальных
литохимических съемок при оценке геохимических аномалий известного элементного состава. Заменить
другие методы анализа на стадиях мелкомасштабных геохимических съемок РРМА не может. /6
•
Объекты рентгено-радиометрического анализа - твердые, жидкие, газообразные - горные породы, руды,
минералы; гидрохимические пробы, почвы, зола растений,
Определяемые элементы - содержание всех элементов с номерами выше 13 (алюминий): Mn, As, Hg,, Pb,
Cu, Zn, Mo, Ba, Sr, Sb, V, Cr, Fe, Sn, Ti, Zr, Nb, W, Ta,
•
•
Виды анализа – количественный элементный анализ; макроанализ; не деструктивный анализ.
•
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
•
Хроматография – это метод, позволяющий определить компонентный состав
многокомпонентной смеси веществ. Разделение компонентов смеси основано на
распределении компонентов между двумя фазами – неподвижной и подвижной.
Неподвижной фазой обычно служит твердое пористое вещество или пленка жидкости,
нанесенная на твердое вещество. В первом случае твердое вещество является сорбентом,
во втором твердым носителем. Подвижная фаза представляет собой газ или жидкость,
протекающую через неподвижную фазу под давлением.
•
•
При хроматографическом анализе поток инертного газа-носителя с постоянной скоростью
пропускается через разделительную колонку, заполненную сорбентом. С помощью шприцадозатора в поток вводится анализируемая газовая смесь в объеме 2-5 см3 . Разделение
пробы на составляющие ее компоненты А, Б и В происходит вследствие различий в их
физико-химических свойствах и многократного повторения элементарных актов сорбции и
десорбции. В результате компоненты смеси с разной скоростью передвигаются вдоль
разделительной колонки и раздельно поступают в детектор по теплопроводности или
пламенно-ионизационный детектор. Горючие компоненты смеси определяются по теплоте
сгорания или ионизационному эффекту, негорючие - по теплопроводности или оптическим
свойствам, ток в сети детектора регистрируется перопищущим потенциометром или ЭВМ.
•
Компоненты анализируемой смеси вместе с подвижной фазой передвигаются вдоль
неподвижной фазы, которая помещена в стеклянную или металлическую трубку,
называемую хроматографической колонкой. Разделение компонентов смеси происходит,
например, из-за разной скорости перемещения компонентов смеси вместе с подвижной
фазой вдоль колонки.
•
Различие в скорости перемещения связано с различием в силе взаимодействия
компонентов с поверхностью сорбента (адсорбции), либо с различием в их растворимости в
неподвижной жидкой фазе (абсорбции). Одни компоненты остаются в верхнем слое
сорбента, другие, из-за меньшей степени взаимодействия с сорбентом, оказываются в
нижней части колонки, некоторые из них покидают колонку вместе с подвижной фазой.
•
Сорбционные свойства зависят от природы неподвижной и подвижной фазы и
природы компонента. Подвижную фазу, вводимую в слой неподвижной фазы
называют элюентом, а подвижную фазу, выходящую из колонки и содержащую
разделенные компоненты называют элюатом. В элюате тем или иным
способом определяют содержание компонентов.
•
Разделение компонентов в колонке протекает в динамическом режиме. Пробу
анализируемого вещества в виде газовой смеси или раствора вводят в дозатор
хроматогафа, через который, например, непрерывно движется газ-носитель.
Газ-носитель увлекает за собой введенную пробу.
•
Так как через колонку газовая подвижная фаза движется непрерывно, то
обеспечивается многократность актов сорбции- десорбции компонентов смеси в
потоке подвижной фазы. Подбирая экспериментально длину колонки и скорость
движения подвижного носителя можно разделить довольно сложные смеси,
например, нефти или редкоземельных элементов.
•
Хроматографическая колонка является частью измерительной системы.
Определение компонентов смеси происходит в блоке хроматографа, который
называется детектором. Детектор монтируется в хроматографе после колонки.
В детекторе происходит преобразование входной величины- количества
компонента в смеси, в другую физическую величину – физическое, физикохимическое
или химическое свойство этого компонента или системы
компонент- подвижная фаза.
•
В каждом
типе детектора использован какой-либо
известный
физический
принцип
измерения,
реализованный в электрохимических, оптических, массспектрометрических средствах измерения. Например,
количество компонента преобразуется в величину тока
ионизации газовой смеси как в пламенной фотометрии.
Устанавливается градуировочная зависимость между
входным и выходным сигналом по стандартным образцам
состава веществ и далее содержание компонента
находится по методу градуировочного графика.
•
В оптимальных условиях разделения компонентов смеси
в детектор каждый компонент поступит в потоке
подвижного
носителя
в
определенной
последовательности. Регистрирующее устройство запишет
сигналы компонентов на диаграммной бумаге в
координатах «интенсивность выходного сигнала – время».
Отсчет времени ведется от времени вводы пробы в
хроматограф. Сигнал каждого компонента имеет форму
пика.
Совокупность пиков всех компонентов пробы,
представляющих собой непрерывную кривую, называют
хроматограммой.
•
Время , соответствующее максимальному значению
интенсивности сигнала компонента, называют временем
удерживания компонента. Оказывается, если проводить
измерения в одних и тех же условиях, то всегда можно
зафиксировать сигнал одного и того же компонента через
одно и тоже время после ввода пробы в хроматограф.
Поэтому параметр «время удерживания» используют для
идентификации химической природы компонента.
•
Таким образом, хроматографический метод позволяет с
помощью одного измерительного средства измерения
разделить многокомпонентную смесь на компоненты,
идентифицировать их химическую природу и определить
количественно их содержание.
•
Оптимальность условий определяют как параметры разделения
(хроматографической колонки), так и определения (режимные параметры
детектора).
•
К параметрам разделения относят материал и размеры колонки, материал и
размеры твердых частиц неподвижной фазы, химическую природу неподвижной
жидкой фазы, подвижной газовой и жидкой фазы, скорость их передвижения
вдоль колонки, температуру колонки или скорость её изменения. Режимные
параметры детектора индивидуальны для каждого типа детектора.
•
Хроматографическое разделение определяется различной сорбционной
способностью компонентов смеси по отношению к сорбенту. Это же связано с
природой сорбента и сорбата.
•
Итак, через колонку движется поток подвижной фазы с введенной пробой.
Вещество из подвижной фазы непрерывно вступает в контакт с новыми
участками сорбента и часть его сорбируется, а сорбированное ранеее вещество
контактирует со свежими порциями подвижной фазы и частично десорбируется.
В результате каждое вещество распределяется при его прохождении через
колонку в виде зон. Содержание вещества максимально в центре зоны и
симметрично убывает к краям при линейной сорбции. При выпуклой и вогнутой
форме кривой сорбции распределение концентрации в зоне не симметрично.
•
Каждый компонент зоны перемещается с постоянной скоростью по колонке, так
как линейная скорость миграции вещества зависит от скорости потока, которую
устанавливают постоянной, и от коэффициента распределения
•
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
•
Хроматографическое
осуществляют
в
хроматографах.
•
Независимо от сложности устройства
основными
узлами
хроматографа
являются устройства для подачи газаносителя или растворителя, дозатор
(система
ввода
пробы),
хроматографические колонки, детектор,
регистрирующее устройство.
•
К л а с с и ф и к а ц и я д е т е к т о р о в.
Детекторы различаются по физическому
принципу, заложенному в их конструкции.:
по
теплопроводности
(катарометр),
пламенно-ионизационный, электронного
захвата, термохимический, термоионный,
спектрофотометрический,
пламеннофотометрический,
флуоресцентный,
кондуктометрический,
полярографический,
масс-спектрометрический.
•
разделение
приборах
–
•
Некоторые
детекторы
позволяют
определять
примеси
без
концентрирования на уровне 10-5 – 10-7 %. Электрохимические и
флуоресцентные детекторы в высокоэффективных жидкостных
хроматографах в благоприятных случаях позволяют определять
примеси на уровне пико- или фемтограммов (10-12 – 10-15 г) без
концентрирования.
•
Выбор детектора зависит от агрегатного состояния анализируемого
вещества, его свойств, природы, числа и концентрации определяемых
компонентов и желаемого времени анализа.
Для определения
большого числа соединений в одном образце используют
универсальный детектор. Если нужно определять несколько
соединений, близких по своим свойствам, используют селективный
детектор. Для повышения селективности и уменьшения времени
анализа используют комбинации универсальных и селективных
детекторов. Например, горючие компоненты природного газа
определяют по теплоте сгорания или ионизационному эффекту в
пламенно-ионизационном детекторе, негорючие - по теплопроводности
в детекторе по теплопроводности.
•
Подбирая экспериментально химическую природу сорбента, размер
его гранул, размеры колонки, температуру колонки, химическую
природу подвижного носителя и скорость его движения можно
разделить довольно сложные смеси, например, нефти или
редкоземельных элементов и идентифицировать их компоненты.
•
Хроматографические методы химического анализа широко применяется в
газовой и нефтяной геологии. Их используют для контроля химического состава
природных и попутных нефтяных газов, газовых конденсатов, тяжелых фракций
нефтей, асфальтенов и даже сырых нефтей. Методы анализа природных газов
и
разных
фракций
нефтепродуктов
регламентируются
Российскими
стандартами (ГОСТ). Анализы проводятся на всех этапах: в процессах
геологоразведки газоносных и нефтеносных районов, добычи газа и нефти,
транспортировки; на разных стадиях технологической переработки и при
контроле готовой продукции. Кроме того, хроматографические методы
используются для контроля загрязнений окружающей среды (донных
отложений,
почвы, природной воды, атмосферного воздуха и др.)
нефтепродуктами.
•
С помощью хроматографических методов определяют как компонентный, так и
групповой качественный и количественный химический состав проб вещества,
проводят имитированную разгонку нефти и нефтепродуктов по температурам
кипения; оценивают экологические характеристики нефтепродуктов, в
частности, определяют содержание в них бензола, общей серы и общего азота,
тяжелых металлов и полиядерных ароматических соединений.
•
Время разделения, обнаружения, идентификации и определения чаще всего
составляет 5-30 мин. В течение этого времени разделяют и определяют десятки
и даже сотни соединений в нефти. В пересчете на одно соединение анализ
проводится за нескольких минут. Используя жидкостный хроматограф, легко
разделяют за 30 мин сырую нефть на четыре основные группы — асфальтены,
насыщенные углеводороды, ароматические углеводороды и полярные
соединения. После группового разделения проводят последовательное
разделение на индивидуальные компоненты насыщенных, ароматических и
полярных соединений.