Разработана программа для оценки содержания рения в породе

Подтвержденная склонность рения к образованию кластерных соединений, создающих типичные линии на масс-спектре, облегчает обнаружение малых концентраций рения в природном образце и позволяет создавать экспресс-методы для интегральной оценки содержания рения в новых месторождениях.

Рений — металл, сочетающий в себе уникальные тугоплавкость, твердость и пластичность. Он незаменим в авиационной и аэро-космической отраслях. Его используют в сплавах, которые применяются в зонах высоких температур и повышенных нагрузок. Также рений используется в катализе, например, для производства высокооктанового бензина.

К тому же это очень редкий химический элемент.  Дефицит рения связан в первую очередь с тем, что он не образует собственных месторождений. Как примесь рений присутствует в молибденовых, вольфрамо-молибденовых и медно-молибденовых рудах, урановых рудах, фумарольных газах.

Спрос на рений постоянно растет, поэтому необходимо разведывать и изучать новые месторождения и отыскивать новые источники рения. Даже в самом богатом месторождении количество рения не превышает одного грамма на тонну руды. Возникает вопрос: как определить состав руды в новом месторождении и просуммировать количество рения в ней.

Для определения элементного состава образца геологи часто используют лазерную абляцию. Мощный луч лазера испаряет вещество с поверхности и переводит его в состояние плазмы, которая анализируется методом эмиссионной спектрометрии или масс-спектрометрии. Метод очень точный: если там, куда направлен лазер, имеется хотя бы пикограмм рения, он будет обнаружен. Однако этот метод не дает возможности делать выводы ни об интегральном содержании химического элемента, ни о форме его существования, поскольку лазер разрушает все молекулы.

Методом MALDI производится мягкая ионизация, что позволяет определять молекулярную форму соединений. Масс-спектрометрический детектор подсчитывает количество ионов с определенным отношением заряда к массе и формирует гистограмму – масс-спектр. Пики на масс-спектре при MALDI-ионизации соответствуют молекулярным ионам (заряженным молекулам), в том числе кластерам.

«Чтобы оперативно определять, какие ионы отвечают каким пикам на масс-спектре, было создано программное обеспечение для подбора брутто-формулы. Эта формула показывает, какие атомы в каком количестве входят в состав молекулы», – рассказал автор программы, инженер лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН Вячеслав Лебедев.

Для того, чтобы начать работу с программой, требуется ввести граничные условия, например, предположительный список химических элементов в составе ионов и/или характерное для химического элемента изотопное распределение. В соответствии с заданными условиями программа генерирует брутто-формулы и сравнивает теоретическое распределение массовых пиков для каждой из них с экспериментально наблюдаемым распределением интенсивностей.

Для контроля и калибровки MALDI-масс-спектрометрических методов и сопутствующих программ ученые разрабатывают альтернативные пути измерения количества рения в породе. Эти способы, требующие предварительного растворения малорастворимых соединений, являются и трудоемкими, и дорогими. Для определения малых концентраций используются сверхчистые реактивы, что еще больше удорожает работу.

«Идеал, к которому мы стремимся – собрать библиотеку масс-спектров для неорганических соединений и отработать процесс так, чтобы полностью отказаться от растворения. Чтобы можно было взять пробы руды, ионизировать вещество лазером, получить масс-спектр и расшифровать его с помощью нашей программы. Тогда, проанализировав 10-15 проб с разных глубин, можно будет подсчитать среднее содержание металла в породе и решать, стоит ли разрабатывать это месторождение», – подвел итог Вячеслав Лебедев.

Работа выполнена по гранту Министерства науки и высшего образования России. Исследование представлено в PubMed.

ИФХЭ РАН

32 статей

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук — один из ведущих химических институтов Российской академии наук. Насчитывает более 800 сотрудников, среди которых 7 академиков, 9 членов-корреспондентов РАН, более чем 100 профессоров и 260 кандидатов наук. Проводимые в ИФХЭ РАН фундаментальные и прикладные исследования характеризуются многопрофильностью и включают следующие научные направления: поверхностные явления в коллоидно-дисперсных системах, адсорбция, физико-химическая механика; супрамолекулярные и наноразмерные системы для использования в современных высоких технологиях; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления; химия и технология радиоактивных элементов, радиоэкология и радиационная химия; электрохимия. Успехи сегодняшних исследований опираются на уникальную экспериментальную базу Центра Коллективного Пользования, позволяющую решать практически любую задачу физико-химического исследования вещества или свойств его поверхности разнообразными современными методами. В их числе: электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, рентгеноструктурный анализ, рентгеновское малоугловое рассеяние, атомно-адсорбционный анализ, эллипсометрия, аннигиляция позитронов, хромато-масс-спектрометрия, инфракрасная, рамановская, фотоэлектронная, электронная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс.

Показать больше