Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Тема Исследования состава нефтей. Петролеомика. - презентация

1 Лекционный курс «Физические основы измерений и эталоны» Раздел МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Тема Исследования состава нефтей. Петролеомика

2 Дополнительная литература на сайте:

3 Основные углеводородные и гетероатомные компоненты нефти

4

5 СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА СОСТАВА НЕФТЕЙ

6 МНОГООБРАЗИЕ МЕТОДОВ Журнал «Нефтегазовое обозрение» (Oilfield Review) 2007 г.

7 Значительная часть современных методов основана на принципах МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ

8 1912 год Томсон (J.J.Thomson) создает первый масс-спектрограф, способный разделить по массам молекулы кислорода, азота, угарного газа, углекислого газа … Магнит Железный экран Электрический разряд

9 Разработал оборудование, позволяющее проводить точные количественные измерения масс разнообразных молекул Фрэнсис Астон ( Francis W. Aston ) (1877 – 1945) За работы по развитию методов масс-спектрометрии награжден Нобелевской премией по химии в 1922 г.

10 Масс-спектрограф Ф. Астона

11 Масс-спектр воздуха Атомарный азот Пары воды Азот + окись углерода Кислород Аргон

12 СТРУКТУРА МАСС - СПЕКТРОМЕТРОВ Ввод образца Ионный источник Масс-анализатор Детектор Вакуумная система

13 ИОНИЗАЦИЯ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ ЭЛЕКТРОНАМИ И УСКОРЕНИЕ ИОНОВ ДО ЗАДАННОЙ ЭНЕРГИИ ИСТОЧНИК ИОНОВ

14 Детекторы ионов Коллекторные детекторы Схема цилиндра Фарадея

15 Вторичный электронный умножитель (ВЭУ) Электронный умножитель масс-спектрометра Thermo Electron DFS: Детекторы ионов

16 Каналовый электронный умножитель Детекторы ионов

17 Детектор на многоканальных пластинах (MCP – Micro Channel Plates) Детекторы ионов

18 - Циклотронная частота МАГНИТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР

19 ВРЕМЯПРОЛЕТНЫЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТР t = L / v

20 Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry (FTICRMS) Масс спектрометрия ионно-циклотронного резонанса с преобразованием Фурье (МС ИЦР ПФ)

21

22 Циклотронная частота - резонанс ЯЧЕЙКА МАСС-СПЕКТРОМЕТРА ИОН-ЦИКЛОТРОННОГО РЕЗОНАНСА Только магнитное поле Магнитное и электрическое поля

23 Множество ионов с различными m/q формируют сложный частотный сигнал Для построения масс-спектра ионов к этому сигналу применяют преобразование Фурье

24 Интегральное преобразование Фурье

25 Синусоидальный сигнал и его первая (единственная) гармоника Время Частота Спектры частот несинусоидальных сигналов У этой кошки сильные периодические гармоники

26 Программные пакеты обработки сигналов в реальном времени

27 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»

28 Г Е Н О М И К А

29 ПЕТРОЛЕОМИКА «паспортизация» нефтей для выработки строго индивидуальных производственных процессов и технологий

30 П Е Т Р О Л Е О М И К А «ОТПЕЧАТКОМ ПАЛЬЦА» Венесуэльской нефти является уникальный набор отдельных компонентов

31

32 Евро Номинация на премию ENI 2009 года

33 Лауреат премии ENI 2009 года Алан Маршалл Национальная лаборатория сильных магнитных полей

34 Национальная лаборатория сильных магнитных полей в Университете штата Флорида ( Алан Маршалл ) МАСС- СПЕКТРОМЕТРИЯ Национальная лаборатория сильных магнитных полей в Университете штата Флорида ( Алан Маршалл )

35 СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ МАГНИТЫ МАСС-СПЕКТРОМЕТРОВ

36

37 m/z пиков ( различных химических соединений ) Нефть Европы Масс – спектр неполярных компонентов

38 mDa m/z 1, Нефть Европы 36.4 mDa 8.2 mDa 3.4 mDa 17.1 mDa C 3 / SH 4 N / 13 CH C / H 12 O / CH 4 13 C 2 / C 2 H 2 N 13 C / C 2 H mDa Для анализа потребовалось 0.7% одной капли нефти Масс – спектр полярных компонентов

39 m/z Легкая нефть Тяжелая нефть ~ пиков ~ пиков Масс - спектры

40 АСФАЛЬТЕНЫ ( смолоасфальтены )

41 ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МОЛЕКУЛ АСФАЛЬТЕНОВ Молекулярная масса Содержание

42 МАСС – СПЕКТР МОЛЕКУЛ АСФАЛЬТЕНОВ

43 Компьютерные модели молекул асфальтенов

44 КОНЕЦ ЛЕКЦИИ