Анализ нефти. Хроматографические методы

Хроматографические методы пользуются широкой популярностью в различных науках – биологии, физике, химической промышленности. Часто специалистам требуется разделить имеющийся образец на различные вещества для получения чистых проб.

Данный вид исследования был основан в России еще в начале 19 века, и до сегодняшнего дня его азы лежат в специфике научных разработок и анализа нефти. Ученый М.С. Цветков, который сформулировал данное открытие, увидел возможность практического применения хроматографического метода в изобретательной сорбции. Изначально основы хроматографии заключались в разделении хлорофилловой пигментации листьев, которые впоследствии в абсорбционной жидкости разделяются на частицы различных оттенков и цветов.

При использовании метода хроматографии компоненты смесей распределяются между неподвижной и подвижной фазой. Если они сразу находятся в разных фазах, процесс протекает гораздо быстрее и проще. Чтобы разделить вещества, находящиеся в одной фазе, зачастую требуется проводить процедуры с целью изменения агрегатного состояния компонентов, использовать химические или физические методы разделения.

Физические методы основываются на кинетических явлениях. В основе дистилляции, кристаллизации, экстракции и адсорбции лежат изменения фазовых равновесий. Во время использования данных методов молекулы переходят границы разделов фаз, стремятся к распределению, при котором наступает равномерная концентрация в каждой фазе. Если компоненты смеси обладают схожими свойствами, разделить их становится возможным только после многократного повторения процедуры.

При проведении многократных актов полное разделение достигается только у простых систем, содержащих менее 4 компонентов. Чтобы добиться лучшего разделения, специалисты накладывают эффект, получаемый в результате многократного установления фазовых равновесий, на кинетический фактор. Молекулы, которые покинули подвижную фазу, позднее возвращаются в новый элемент. Высокой эффективности хроматографии удается добиться при многократном повторении фазовых переходов в самом разделительном процессе.

Важное требование к фазам – большая поверхность соприкосновения. Так как велико воздействие снижающих эффективность диффузионных процессов, фазы должны обладать взаимодействующими слоями небольшой толщины. Данные требования выполняются при хроматографическом методе разделения веществ.

Неподвижная фаза – мелкоизмельченный сорбент, который помещается в стеклянную или металлическую трубку. Разделяемая смесь попадает в колонку хроматографа. Во время контакта с неподвижной фазой компоненты в зависимости от своих свойств распределяются между разными фазами. Частицы, поглощенные неподвижной фазой, не принимают участие в ее перемещении, пока не десорбируются и не перенесутся в подвижную фазу. Чтобы пройти весь слой неподвижной фазы, они затратят больше времени, чем молекулы из подвижной фазы.

Одной из наиболее распространенных и удобных методов анализа нефти является бумажная хроматография, которая используется для установления количества асфальтенов и смолянистых веществ. Здесь применяется специальная пористая тесьма бумаги, которую в процессе исследования опускают в раствор и на какое-то время оставляют в нем. По истечению 12 часов на бумажной полоске остается хромотограмма, при изучении которой впоследствии можно будет получить количество смол и асфальтенов в нефти.

Подобным хроматографическим методом является также метод эклюзионной хроматографии. Он заключается в использовании специального геля, которым заполняется колонка и исследуемым материалом. Данным метод основан на молекулярном разделении нефтяных тяжелых остатков.

Эклюзионный хроматографический метод, или гель-хроматография на сегодняшний день не имеет достойной популярности, так как имеет сложности с процессом молекулярного разделения, но его применение считается достаточно эффективным, так как позволяет вести четкий контроль над изменением состава молекулярных масс при нефтепереработке.