Разработана методика точного количественного определения примесей в шунгите
Ученые Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) определили, как разные способы подготовки проб влияют на полноту извлечения полезных элементов из шунгита и правильное определение их количества с помощью метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS).
Шунгит — древняя (докембрийская) метаморфическая горная порода, состоящая в основном из углерода. По своим свойствам она занимает промежуточное положение между антрацитами и графитом. Углерод в шунгите не имеет кристаллической структуры. Эта порода содержит также фуллерены — полые сферические образования, состоящие из правильных пяти- и шестигранников, образованных атомами углерода.
Своеобразная структура шунгита обусловила уникальный набор свойств, редко сочетающихся в одном материале. Он проводит электричество, обладает высокой химической стойкостью и является отличным сорбентом, способным очищать воду от примесей, нефтепродуктов и даже бактерий.
Области применения шунгита разнообразны. Из него получают фуллерены и углеродные нанокластеры; наполнители для резин, улучшающие их прочностные и технологические свойства; добавки к строительным материалам, смазки, антипригарные и антикоррозийные краски; легкий пористый наполнитель бетона (шунгизита); катализатор и другие материалы.
Состав шунгитовых пород неоднороден, и даже незначительные примеси способны влиять на свойства материала. Поэтому, для того чтобы определить область применения того или иного сорта шунгита, необходимо знать точный состав этой горной породы, с учетом всех химических элементов, в том числе тех, что встречаются в следовых количествах.
«Золотым стандартом» анализа твердых образцов без сложной пробоподготовки является метод масс-спектрометрии с лазерной абляцией (LA-ICP-MS). Лазерный луч испаряет вещество с поверхности, которое передается в масс-спектрометр. Однако это точечный метод анализа, который не позволяет изучать объемное распределение элементов. К тому же его очень сложно калибровать.
«Для оценки среднего состава проб массой до нескольких десятков граммов предпочтительным признается классический вариант масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) с предварительным растворением пробы. Этот метод обладает высокой чувствительностью, позволяя достигать пределов обнаружения на уровне одного атома на триллион, что делает ICP-MS эффективным инструментом для определения следовых количеств элементов», — рассказал один из авторов исследования, заведующий лабораторией физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН Иван Пыцкий.
Перед исследователями стояла задача разработать методики для извлечения и анализа определенной группы элементов. Главным ограничением данного метода является сложность и трудоемкость пробоподготовки. Ученые ИФХЭ РАН различными методами (кислотным, щелочным и выщелачиванием) растворяли образцы шунгита с Зажогинского месторождения (Республика Карелия) и изучали влияние массы навески, времени, типа экстрагента (вода, метанол, KOH, HCl) и предварительной термообработки на извлечение элементов из шунгита.
«Мы испробовали разные растворители, навески и варьировали время экстракции. По результатам экспериментов можно подобрать наилучшую методику для каждой группы элементов, например, щелочных металлов, щелочноземельных металлов, переходных металлов, редкоземельных металлов, металлов платиновой группы, лантаноидов, актиноидов», — отметил Иван Пыцкий.
По итогам испытаний, авторы составили протоколы, которые могут быть использованы геохимиками, специалистами горнодобывающей отрасли и материаловедами для достоверной оценки содержания ценных элементов на субмикронном уровне в шунгитовых породах.
Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации