Определение типов связей кремния с функциональными группами в структурах органических веществ растительного происхождения с помощью метода диффузного отражения инфракрасной спектроскопии

Abstract

Актуальность исследования обусловлена раскрытием возможности определения связей Si с C, H, N, O в структурах газово-жирных углей и других углефицированных веществ методом инфракрасной спектроскопии диффузного отражения в диапазоне 7500-350 см-1 с последующей обработкой спектров и определением спектральных характеристик, расчетом значений для определения структурно-генетических показателей и выполнения структурно-группового анализа. Использование структурно-генетических показателей: Пм, Пв, ПVt+L, ПI, Пг, позволяет определять влияние генетических факторов на образование разных типов связей кремния и их количества в структурах природных органических веществ. Цель: на примере инфракрасных спектров углей пластов газово-жирной стадии углефикации показать приемы определения типов связей Si с элементами C, H, N, O с помощью справочных спектрометрических характеристик простых химических соединений кремния и анализа парной корреляции значений интенсивности выбранных полос диффузного отражения с содержанием Si в углях; также на примере веществ фоссилизированных (гербарий, фитолейма) и углефицированных (торф, кероген, уголь) показать применение обнаруженных типов связей кремнийорганических соединений в структурах природных органических веществах и характер их изменения в зависимости от углепетрографических и структурно-генетических показателей. Объекты: угли пластов Жерновского месторождения Кузбасса; образцы гербария хвоща болота Томской области, фитолейм хвоща, папоротника и керогена нефтегазовых отложений Западной Сибири юрского возраста, торфа месторождения Апача на Камчатке, каменных углей марки Д пласта Двухаршинного Черногорского месторождения Минусинского бассейна и марки Ж пласта 39 Жерновского месторождения Кузбасса. Методы: инфракрасная спектроскопия диффузного отражения в диапазоне 7500-350 см-1 с Фурье-преобразованием и приставкой DRS-8010ASC, химический анализ золы углей, углепетрографический анализ мацерального состава углей. Результаты. Установлено, что с помощью справочных таблиц спектрометрической характеристики кремния и его корреляции с интенсивностью диффузного отражения на частотах с волновыми числами 800, 855, 868, 2070, 3391 см-1 хорошо диагностируются соединения Si-H, SiCH3, Si(CH3)2, Si(C≡CH)4, Si2NH соответственно. В частности, они отражают разные виды связей Si с функциональными группами и, как показал эксперимент, с образцами гербария хвоща, фитолеймов хвоща и папоротника, керогена, торфа, каменных углей марок Д и Ж. Их использование со структурно-генетическими показателями - Пм, Пв, ПVt+L, ПI, Пг - позволяет определять влияние генетических факторов на образование разных типов связей кремния и их количества в структурах природных органических веществ.

The relevance of the study is caused by the disclosure of the possibility of determining Si bonds with C, H, N, O in the structures of coal and other carbonified substances by diffuse infrared spectroscopy in the range of 7500-350 cm-1. Then, the spectra are processed and spectral characteristics are determined by calculating values to define structural and genetic indicators and perform structural and group analysis. The use of structural and genetic indicators: Pm, Pv, PVt+L, P I, Pg, allows us to determine the influence of genetic factors on the formation of different types of silicon bonds and their amount in the structures of natural organic substances. The main aim: on the example of IR spectra of hard coals to show techniques for determining the types of Si bonds with elements C, H, N, O using reference spectrometric characteristics of simple chemical compounds of silicon and analyzing the pair correlation of the intensity values of the selected diffuse reflection bands with the Si content in coals; on the example of fossilized (herbarium, phytoleima) and carbonified (peat, kerogen, coal) substances to show the use of the detected types of bonds of organosilicon compounds in the structures of natural organic substances and the nature of their changes depending on carbon-petrographic and structural-genetic indicators. Objects: herbarium of horsetail swamps of the Tomsk region, phytoleums of horsetail, fern and kerogen of oil and gas deposits of Western Siberia of Jurassic age, peat of the Apache deposit in Kamchatka, coal grade D of the Two-arch Chernogorsky deposit of the Minusinsky basin, coal grade Z of the formation 39 of the Zhernovsky field of Kuzbass. Methods: infrared Fourier spectroscopy of diffuse reflection. Results. It was established that the using of reference tables of the spectrometric characteristics of Si and its correlation with intensity of diffuse reflection at frequencies with wave numbers of 800, 855, 868, 2070, 3391 cm-1 , one can examine the compounds Si-H, SiCH3, Si(CH3)2, Si(C≡CH)4, Si2NH respectively. They reflect different types of Si bonds with functional groups and, as the experiment showed, with samples of horsetail herbarium, horsetail and fern phytoleims, kerogen, peat, coal. Their use with structural and genetic indicators allows determining the influence of genetic factors on the formation of different types of silicon bonds and their number in the structures of natural organic substances.