PHỔ HỒNG NGOẠI ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP DẦU KHÍ NÓI CHUNG VÀ CÔNG NGHIỆP LỌC HÓA DẦU NÓI RIÊNG

PHỔ HỒNG NGOẠI ĐƯỢC SỬ DỤNG
TRONG CÔNG NGHIÊP DẦU KHÍ NÓI
CHUNG VÀ CÔNG NGHIÊP LỌC HÓA DẦU
NÓI RIÊNG
Nội dung:
A. Phổ hồng ngoại
B.Ứng dụng trong công nghiệp dầu
khí , trong công nghiệp lọc hóa dầu
1
1
A.GiỚI THIÊU VỀ PHỔ HỒNG NGOẠI
1.giới thiệu
•
a, Phương pháp phân tích theo phổ hồng ngoại là một
trong những kỹ thuật phân tích rất hiệu quả. Một trong
những ưu điểm quan trọng nhất của phương pháp phổ
hồng ngoại vượt hơn những phương pháp phân tích cấu
trúc khác (nhiễu xạ tia X, cộng hưởng từ điện tử vv…) là
phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử
nhanh, không đòi hỏi các phương pháp tính toán phức
tạp.
2
1
A.GiỚI THIÊU VỀ PHỔ HỒNG NGOẠI
•
Kỹ thuật này dựa trên hiệu ứng đơn giản là: các hợp chất hoá
học có khả năng hấp thụ chọn lọc bức xạ hồng ngoại. Sau khi
hấp thụ các bức xạ hồng ngoại, các phân tử của các hợp chất
hoá học dao động với nhiều vận tốc dao động và xuất hiện
dải phổ hấp thụ gọi là phổ hấp thụ bức xạ hồng ngoại
•

Các đám phổ khác nhau có mặt trong phổ hồng ngoại tương
ứng với các nhóm chức đặc trưng và các liên kết có trong
phân tử hợp chất hoá học. Bởi vậy phổ hồng ngoại của một
hợp chất hoá học coi như "dấu vân tay", có thể căn cứ vào đó
để nhận dạng chúng
3
1
A.GiỚI THIÊU VỀ PHỔ HỒNG NGOẠI
•
Phổ hấp thu hồng ngoại là phổ dao động quay vì khi
hấp thu bức xạ hồng ngoại thì cả chuyển động dao
động và chuyển động quay đều bị kích thích. Bức xạ
hồng ngoại có độ dài sóng từ 0,8 đến 1000µm và chia
thành ba vùng:
•
1- Cận hồng ngoại ( near infrared) λ = 0,8 – 2,5µm
•
2- Trung hồng ngoại ( medium infrared) λ = 2,5 – 50µm
•
3- Viễn hồng ngoại ( far infrared) λ = 50 - 100µm
4
1
•
b.Điều kiện hấp thụ phổ hồng ngoại
•
-Độ dài sóng chính xác của bức xạ:một phân tử hấp thụ bức
xạ hồng ngoại chỉ khi nào tần số dao động tự nhiên của một
phần phân tử (tức là các nguyên tử hay các nhóm nguyên tử
tạo thành phân tử đó) cũng là tần số của bức xạ tới.
•

-Một phân tử chỉ hấp thụ bức xạ hồng ngoại khi nào sự hấp
thụ đó gây nên sự biến thiên momen lưỡng cực của chúng,sự
thay đổi bất kỳ về phương hay giá trị momen lưỡng cực khi
phân tử dao động đều làm xuất hiện các lưỡng cực dao động.
5
1
2.Nguyên tắc chung.
2.1 Chuyển động quay của phân tử.
•
-Theo cơ học cổ điển:đối với phân tử
gồm 2 nguyên tử có khối lượng khác
nhau(CO,HCl )µ≠0,m1≠m2 khoảng cách
giữa 2 nguyên tử là không đổi
•
m1r1=m1r2,r1+r1=r
-Theo cơ học cổ điển:I=mr02
-Theo cơ học lượng tử:
Eq=h2 J(J+1)/8πI=BJ(J+1)
B-Hằng số chuyển động quay đặc trưng
cho từng loại phân tử
J-Số lượng tử quay nhận giá trị 0,1,2,3

6
1
•
2.2.Sự quay của phân tử và phổ dao động
•
-Các nguyên tử trong phân tử cũng có thể dao động
•
Edao động =hν (v+1/2) ν-Tần số dao động của các

nguyên tử
•
v-số lượng tử dao
động,v=0,1,2,3
•
Khi v = 0 thì Ev ≠ 0, như vậy khi phân tử không dao động nó
vẫn chứa một năng lượng nhất định và gọi là năng lượng điểm
không.
•
ΔE = E2 – E1 = hν [(v + ½) - x(v + ½)]
•
x: hệ số bổ chính dao động không điều hòa.
7
1
Dao động điều hòa
Phân tử dao động điều hòa chỉ xảy ra
hấp thụ bức xạ hồng ngoại ứng với
Δv=+1,-1
Dao động không điều hòa
8
1
•
2.3Dao động quay của phân tử
•
-mức năng lượng thích hợp,xảy ra quá trình phân tử bị quay và dao động
đồng thời
•
Eqd=Eq+Ed
•
Eqd=hJ(J+1)/8Iπ +(v+1/2)hν

•
-điều kiện lựa chọn với phân tử dao động quay là:
•
ΔJ=+1,-1
•
ΔV=+,-1 2 3
•
2.3 Các loại dao động
•
a.Dao động hóa trị
•
làm thay đổi chiều dài liên kết,không làm thay đổi góc liên kết
•
b.Dao động biến dạng
•
không thay đổi chiều dài liên kêt,thay đổi góc liên kết
•

•

9
1
Ví dụ:Phân tử không thẳng
3N-6=3.3-6=9
Phân tử thẳng:3N-5=3.3-5=4
101
2.4 Tần số đặc trưng và dao động nhóm chức
11
1
Ứng dụng của quang phổ hồng ngoại

•
3.Ứng dụng của phổ hồng ngoại
•
3.1Máy quang phổ.
•
(1)Nguồn bức xạ
•
(2)Mẫu-(2’)dung môi.
•
(3)Bộ tạo đơn sắc tách từng tần số
•
(4)Detector
•
(5)Bút tự ghi
•
(6)In tín hiệu
•
- Lĩnh vực áp dụng: FTIR được áp
dụng rộng rãi để phân tích định tính,
ngoài ra có thể phân tích định lượng
trong các ngành nghiên cứu khoa học
và công nghệ ứng dụng, ví dụ như:
ngành công nghiệp cao su, polime,
vật liệu xây dựng, điện tử
12
1
Máy quang phổ hồng ngoại
•
-Nguồn bức xạ
•

Là nguồn phát bức xạ hồng ngoại liên tục,thường là thanh đốt có điện trở thích
hợp
•
Vật liệu thanh đốt:ZrO2,CeO2,Y2O3
•
-Bộ tán sắc
•
Máy phát tia đơn sắc làm việc ở vùng hồng ngoại
•
Cấu tạo:khe vào,khe ra,các thiết bị quang học và đặc biệt quan trọng là lăng kính
•
-Bộ thu bức xạ
•
Ánh sáng ra khỏi khe máy phát tia đơn sắc được hội tụ vào cấu trúc đo năng
lượng bức xạ dựa trên hiệu ứng nhiệt bức xạ hồng ngoại,hiệu ứng nhiệt bức xạ
hồng ngoại qua bộ thu thành tín hiệu,tín hiệu được khuếch đại nhiều lần đạt đến
giá trị đo ghi nhận được bằng máy ghi
•
-Bộ ghi
•
Bộ ghi bằng điện thế kế được nối với hệ thống máy tính xử lí
13
1
Ứng dụng của phổ hồng ngoại
3.2 Ứng dụng của phổ hồng ngoại trong phân tích hợp chất hữu cơ,
hóa dầu
Quang phổ hồng ngoại dùng để xác định các nhóm chức, để định danh các hợp
chất hữu cơ và để nghiên cứu cấu trúc của chúng.
Để xác định các nhóm chức cần phải sử dụng một loạt các vạch hấp thụ đặc
trưng của nhóm này.

Ví dụ để định danh các hydrocacbon thơm có thể dựa vào các vạch phổ đặc trưng
trong vùng 3000 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C-Harom.,
1600-1500 cm-1 đặc trưng cho dao động hóa trị của liên kết C=C arom và 900-
700 cm-1đặc trưng cho dao động biến dạng của liên kết C-H.
Sự thay đổi tần số hấp thụ liên quan đến trạng thái tồn tại của các phân tử hợp
chất. Ở trạng thái lỏng và khí một số hợp chất hữu cơ có thể có nhiều cấu trúc
đồng phân. Ở trạng thái rắn thì thông thường chỉ tồn tại một đồng phân.
14
1
Ứng dụng của phổ hồng ngoại
•
3.3Đồng nhất các chất
•
-Từ sự đồng nhất về phổ hồng ngoại của hai hợp chất có thể kết
luận về sự đồng nhất vế bản chất của của 2 mẫu hồng ngoại với
mức độ chính xác khá cao,Người ta thường so sánh phổcủa chất
nghiên cứu với phổ chuẩn ghi ở cùng điều kiện xác định.
•
-Người ta so sánh phổ của chất chuẩn theo 3 giai đoạn sau:
•
So sánh phổ hai chất ở cùng nồng độ trong 2 môi trường khác
nhau ở 2 trạng thái khác nhau
•
Ghi phổ các chất ở nồng độ đủ lớn để so sánh các vân có cường
độ thấp
•
So sánh cường độ các vân tương ứng với nhau.
15
1
Ứng dụng của phổ hồng ngoại

•
3.4Xác định cấu trúc phân tử
•
-Từ tần số của các vân phổ hấp thụ cho phép kết luận sự có mặt của các
nhóm chức trong phân tử
•
3.5Nhận biết các chất
•
-Trước khi ghi phổ hồng ngoại thì ta đã biết thông số về hợp chất hay hỗn
hợp cần nghiên cứu:trạng thái vật lí,dạng bên ngoài,độ tan điểm nóng
chảy
•
-Sau khi ghi phổ:nếu chất nghiên cứu là hợp chất hữu cơ thì ban đầu phải
nghiên cứu vùng dao động co giãn H đẻ xác định xem mẫu thuộc hợp chất
vòng thơm hay mạch thẳng hay cả hai,sau đó nghiên cứu các vùng tần số
nhóm để xác định các loại nhóm chức.
•
-mỗi khi phát hiện một loại chất thì so sánh với mẫu nguyên chất để nhận
định đúng.
16
1
Ứng dụng của phổ hồng ngoại
•
3.5Xác định độ tinh khiết
•
-Khi hợp chất không tinh khiết thì độ rõ nét đám phổ thu được
giảm,sự xuất hiện thêm đám phổ sẽ làm nhòe phổ
•
-ví dụ:có thể nhận ra một lượng nhỏ xeton trong hidrocacbon vì
hidrocacbon thực tế không hấp thụ vùng phổ 1720cm-1 là tần số

sóng đặc trưng C=O ,Phương pháp này thường dùng để kiểm tra
sản xuất rất nhiều loại hóa chất ở quy mô công nghiệp.
•
3.6Suy đoán về tính đối xứng của phân tử
•
-Ví dụ xem xét phân tử NO2 là phân tử gồm các nguyên tử thẳng
hàng hay có cấu tạo uốn võng.Thực tế cho thấy phổ IR của NO2
có 3 đám 750,132,1616cm-1
17
1
Ứng dụng của phổ hồng ngoại
•
3.7Phân tích định tính
•
-Khả năng ứng dụng phổ hồng ngoại như là nghành của phân tích định
lượng phụ thuộc vào trang thiết bị và trình độ của các phòng thí
nghiệm.Ngày nay có may quang phổ hồng ngoại nên phân tích định lượng
càng thêm chính xác
•
-Nguyên tắc theo định luật Lambert-Beer:A=lg(I0/I)=abc
•
A-độ hấp thụ tia IR
•
I0,I-cường độ bức xạ trước và sau khi qua mẫu
•
a-hệ số hấp thụ b-bề dày của mẫu c-nồng độ chất nghiên cứu
•
Thực tế người ta chỉ xác định nồng độ của một trong các nhóm chức của
họ chất cần phân tích
•

Ví dụ:xác định nồng độ của hexanol theo độ hấp thụ của liên kết OH
18
1
Ví dụ:. Tổng hợp và nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn kim loại của
một số dẫn xuất 2,5 dihydroxyacetophenone aroyl hydrazoic
Trên phổ hồng ngoại của các
hydrazoic nhận được đều thấy
xuất hiện các vạch đặc trưng cho
dao dộng hóa trị của nhóm OH
ở 3.000 - 3.526cm-1, nhóm NH
ở 3.203 - 3.404cm-1, nhóm CO ở
1.636 - 1.662cm-1 và của liên kết
C = N ở 1.524 - 1.610cm-1. Ngoài ra,
trên phổ cũng xuất hiện dao động
hóa trị của các nhóm khác trong
phân tử (Bảng 1).
1
19
NGHIÊN CỨU SỰ ỨC CHẾ ĂN MÒN THÉP CT3 TRONG DUNG DỊCH
NaCL VÀ SỬ DỤNG LÀM LỚP LÓT MÀNG SƠN CỦA HỢP CHẤT
POLYPHENOL TÁCH TỪ VỎ CÂY ĐƯỚC
Polyphenol được tách ra từ vỏ cây
Đước ở Quảng Nam và được định
lượng bằng phương pháp Lowenthal.
Các nhóm chức của polyphenol được
xác định bằng phương pháp quang
phổ hồng ngoại (IR). Tính chất ức chế
ăn mòn thép CT3 và lớp lót cho màng
sơn của polyphenol tách từ vỏ đước
được nghiên cứu trong dung dịch

NaCl 3,5% bằng phương pháp
phân cực điện hóa trên thiết bị PGS-
HH3. Kết quả nghiên cứu đã tìm
được điều kiện tối ưu để tách
polyphenol từ vỏ đước với hàm
lượng 13,51% và hiệu quả ức chế ăn
mòn kim loại phụ thuộc vào nồng độ
polyphenol.
20
Ví dụ:Nghiên cứu chiết tách
xác định axit hidroxycitric
trong lá và vỏ của cây bứa
Kết quả chụp phổ IR
cho thấy xuất hiện pic
có bước sóng 1620 và
1750-1,đó là phổ của
nhóm C=O trong
nhómCOOH,có thể kết
luận trong mẫu chiết
của nước lá,vỏ quả
bứa có sự tồn tại của
axit hữu cơ.
1
21
Ví dụ về ứng dụng trong dầu khí
•
Ví dụ :Ống đốt được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để đốt cháy các khí thải
không mong muốn từ quá trình sản xuất, hoặc các khí dễ cháy được đẩy ra từ van xả
áp. Ống đốt được sử dụng trong hoạt động khai thác dầu và khí đốt, lọc dầu, nhà
máy xử lý hóa chất, các đường ống phân phối khí đốt, và các hố chôn rác thải.

•
Các hệ thống đốt thường là lớp cuối cùng ngăn cản các khí thải hydro-cacbon lan ra
ngoài môi trường. Vì vậy, cần theo dõi cột lửa từ ống đốt, hoặc ngọn lửa lái, lửa mồi
để tránh trường hợp có khí dễ cháy không bị đốt được xả vào môi trường. Các khí
này gồm khí mêtan dễ cháy, gây ô nhiễm nhà kính gấp 23 lần CO2; khí hidro gây cháy
nổ
•
Giải pháp:Camera nhiệt chỉ ra sự khác biệt về nhiệt độ giữa cột lửa của ống đốt và
môi trường xung quanh, thường là nền trời hoặc mây. Bên cạnh việc phát hiện cột
lửa, camera hồng ngoại còn có thể lắp đặt để theo dõi lửa mồi. Camera nhiệt sẽ
được đặt cố định cách xa ống đốt, và được lắp vỏ chống khí ẩm để bảo vệ khỏi điều
kiện thời tiết khắc nghiệt.
1
22
1
23
Kết luận
•
-Việc tìm hiểu phương pháp phổ hồng ngoại cho ta thấy đây là phương pháp phân tích rất
hiệu quả,phương pháp này cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử nhanh,không đòi hỏi các
phương pháp tính toán phức tạp
•
-Khả năng ứng dụng của phổ hồng ngoại như là một nghành phân tích định lượng phụ thuộc
vào trang thiết bị,ngày nay sự ra đời của máy quang phổ hiện đại làm tăng tín hiệu nhiễu làm
cho việc phân tích định lượng càng thêm chính xác.
•
-Phổ hồng ngoại được dùng để xác định độ tinh khiết của các hợp chất,phân tích được các
mẫu thể rắn,mẫu ở thể lỏng tinh khiết,mẫu trong dung dịch,mẫu ở thể hơi,Các nghiên cứu đó
cho ta nhiều thông tin về chất nghiên cứu và đồng nhất các chất,xác định cấu trúc phân tử
nên được ứng dụng trong công nghiệp dầu khí nói chung cũng như lọc hóa dầu nói riêng.

24
1