Применение ик-спектроскопии в исследовании нефтей и нефтепродуктов

ИК – спектры – это индивидуальная характеристика каждого органического соединения или группы подобных соединений. Для оценки структуры соединений используют характеристические полосы. Под характеристической следует понимать появление полосы поглощения каждой функциональной группы в определенной области ИК – спектра. Так как нефтяная смесь состоит практически из органических соединений, то различные компоненты нефти будут поглощать в определенной области спектра.

Задачи, решаемые методом спектроскопии, в исследовании нефти:

1. Групповая (реже индивидуальная) идентификация соединений нефти,

2. Выявление насыщенных структур фрагментов, их размеров и разветвлений,

3. Выявление ароматических систем и характера их замещения,

4. Обнаружение гетероатомных функциональных групп,

5. Выявление внутри- или межмолекулярных водородных связей,

6. Определение типа нефти.

Нефть

УВ (70-80%) ГАС

Алканы (н-, изо,) кислородные,

циклоалканы сернистые

ароматич.УВ азотистые

Ик углеводородов

1) Алканы (предельные, нормальные и изо-строения)

В ИК-спектрах появляются полосы поглощения связей С – С и С– Н

Например: СН₃– СН_3, связи С – С и С – Н, валентные колебания ν С –Н 2800 –3000 cм^-1,

Деформационные С – Н 720 –790 cм^-1

С – С 700 –1100 cм^-1

СН₃ -СН₂-СН₂-СН - СН₃

I

R

СН₃ – метильная группа

СН₂ – метиленовая группа

СН – метиновая группа

В ИК – спектре присутствуют 4 ярко выраженные полосы в области 2850 – 2962 cм^-1, положение этих 4 полос очень хорошо сохраняется во всех группах УВ нефти:

2962cм^-1, 2872 cм^-1 – валентные колебания ν С-Н в СН₃ – группе (метильная)

2850cм^-1, 2925 cм^-1 – валентные колебания ν С-Н в СН₂ – группе (метиленовая)

Интенсивность полос поглощения СН₃ – и СН₂ –групп находится в линейной зависимости от числа этих групп, интенсивность СН₃ – групп остается неизменной, а СН₂ – групп увеличивается с увеличением их количества в молекуле.

2) Нафтеновые УВ . Замыкание полиметиленовой цепочки с образованием циклов (5 и 6-членных) на ИК–спектре практически не сказывается. Н-гексан и циклогексан дают аналогичные ИК – спектры. Информативность ИК – спектра для идентификации нафтеновых УВ не приемлема, т.к. не различает насыщенные и циклические УВ.

3) Ароматические УВ.

ν С–Н ~3000 cм^-1 (валентные колеб. связи С–Н)

ν С=С 1500-1600 cм^-1(валентн. колеб. связи С=С)

С=С ~ 720 cм^-1 (деформ. колебания связи С=С)

В области 1500-2000 cм^-1 можно не определить характер заместителей, а в области 600-900 cм^-1 можно установить тип замещения в ароматическом кольце. Например, бензол имеет характерную полосу поглощения при 671 cм^-1 , а его замещенные имеют свои характерные полосы поглощения. Для каждого типа замещения в справочной литературе имеются спектры. Интенсивность поглощения в области 1500-2000 cм^-1 очень мала, и проявляется хорошо, когда концентрация в 10 раз больше, чем для снятия обычного спектра.

4) Определение изолированных и геминальных метильных групп. Проводят в области 1340-1400 cм^-1 (симметричные деформационные колебания атомов водорода в СН3–группах). В качестве аналитических используют полосы 1378 см для определения метильных групп в изолированных структурах (1) и 1366 cм^-1 – в геминальных (2):

R’ СН₃

R – C – СН₃ (1) R – C – СН₃ (2)

R” СН₃

5) Определение непредельных УВ. Характерны для продуктов нефтепереработки

R–С=С (валентные) ν С=С 1680 – 1640 cм^-1 (простая, не ароматическая связь)

I

R’

Положение линии зависит от числа R (алкильные), от геометрической

изомерии (цис-, транс-):

R H H H

C=C (транс-) C=C (цис-)

H R R R

Важный момент имеет сопряжение (например, у стирола Ph- C=C). Полоса здесь более интенсивная, происходит ее сдвиг в область низких частот (1625 cм^-1) за счет сопряжения двойной связи с ароматическим кольцом.