Изучение термоактивируемых процессов экстракции CO2 из карбонатных апатитов с использованием газовой хроматографии

Abstract

Вивчення карбонату в структурі карбонатовмісних апатитів (КГА) є актуальним, оскільки подібні системи найбільш точно описують природні апатити кісткової тканини ссавців. В роботі було проведено пошук варіантів синтезу карбонатовмісних апатитів, при якому здійснюється найкраще вбудовування іонів карбонату в структуру апатиту. Дослідження температурної поведінки карбонатної групи в апатитах різного походження сприяє розумінню їх структурної і функціональної ролі в тих чи інших біологічно значущих апатитних матеріалах. Самостійний інтерес має термічне виділення та накопичення CO2 з біогенних та геологічних апатитів для подальшого ізотопного аналізу вуглецю із застосуванням прискорювальної мас-спектрометрії. Для дослідження температурної поведінки карбонату в роботі застосовували рентгенівську дифракцію, інфрачервона спектроскопія та електронна мікроскопія, а також запропонований нами метод газової хроматографії з термопрограмованою екстракцією проби. Цей метод дозволяє визначити концентрацію CO2, що виділився із структури КГА під час відпалювання. Аналіз отриманих зразків показав певні зміни в структурі карбонатовмісних апатитів, які варіювались в залежності від варіантів синтезу.

Изучение карбоната в структуре карбонат-содержащих апатитов (КГА) является актуальным вопросом, поскольку подобные системы наиболее точно описывают природные апатиты костной ткани млекопитающих. В работе был проведен поиск вариантов синтеза карбонатсодержащих апатитов, при котором осуществляется наилучшее встраивание карбонат-ионов в структуру апатита. Изучение температурного поведения карбонатной группы в апатитах разного происхождения способствует пониманию их структурной и функциональной роли в тех или иных биологически значимых апатитных материалах. Самостоятельный интерес представляет термическое выделение и накапливание CO2 из биогенных и геологических апатитов для последующего изотопного анализа углерода с применением ускорительной масс-спектрометрии. Для исследования температурного поведения карбоната в работе применялись рентгеновская дифракция, инфракрасная спектроскопия и электронная микроскопия, а также предложенный нами метод газовой хроматографии с термопрограммируемой экстракцией пробы. Данный метод позволяет определить концентрацию CO2, выделившегося из структуры КГА во время отжига. Анализ полученных образцов показал определенные изменения в структуре карбонат-содержащих апатитов, которые варьировались в зависимости от вариантов синтеза.

The study of carbonate in the structure of carbonate-containing apatites (CCA) is an actual problem due to the similarity of such systems to natural apatites of mammalian bone tissue. The search of the optimal synthesis procedures was also carried out in order to obtain carbonate apatites with the highest rate of carbonate ions incorporation into the apatite structure. The analysis of carbonate-group temperature behavior in apatites of various origin helps to understand their structural and functional roles in biologically relevant apatite materials. The thermal extraction and accumulation of CO2 from biogenic and geological apatites is also of interest for the further carbon isotope analysis with accelerating mass-spectrometry. X-ray diffraction analysis, infrared spectroscopy and scanning electron microscopy as well as self-proposed gas chromatography method with thermo-programmed probe extraction were used for carbonate temperature behavior study. This new method allows determining CO2 concentration released from CCA during annealing. The defined changes in carbonate apatite structure depending on synthesis procedure were observed.