[发明专利]一种煤的核磁共振碳谱边带效应的校正方法

说明书

本发明公开了一种检测煤结构的核磁共振碳谱边带效应的校正方法，包括以下步骤：不进行边带抑制获取煤样的核磁共振碳谱一；采用边带抑制方法，获取煤样在边带抑制条件下的核磁共振碳谱二；对碳谱二分段积分；将碳谱一与碳谱二叠加，分别辨识出四类芳碳的一、二级边带所在区域，计算碳谱一与碳谱二在各边带区域的积分值，该积分值的差值即为4类芳碳的边带效应；芳碳边带效应与碳谱二中4类芳碳的分段积分值进行叠加，其他分段积分值保持不变，实现边带效应的校正。该方法能够对煤的核磁共振碳谱进行边带辨识、边带量化、实现边带效应校正，所获结果保证了煤中有机碳结构量化评价的准确性，为客观地认识煤结构提供正确参数。

技术领域

本发明一种煤的核磁共振碳谱边带效应的校正方法，属于煤化学中核磁共振碳谱测试及数据分析处理技术领域。

背景技术

固体核磁共振碳谱测试是一种研究固体煤中含碳官能团的有效手段，为了解煤微观结构、进而为实现高效洁净煤利用提供基础数据。在核磁共振测试中，煤中碳原子核在外磁场作用下，产生共振吸收的频率会因原子核周围的化学环境不同而有所差异，因此可以通过解析煤的固体核磁共振碳谱，获得各共振峰的位置及面积，从而对煤中不同类型的含碳官能团进行辨识与量化。但是，测试过程中由于核磁管在探头里高速旋转，导致煤中芳碳主峰产生边带峰，与脂碳峰、羰（羧）基碳峰等混杂在一起。煤级越高，边带效应影响越明显，对煤结构的定量分析会产生明显的误差。

目前业内对煤进行固体碳核磁共振碳谱测试时，往往采用以下三种做法：

（1）非边带抑制条件下的核磁共振碳谱检测（¹³C CP/MAS NMR）

不进行边带抑制，获取煤样的核磁共振碳谱。该方法所获图谱中，芳碳主峰产生的边带峰与脂碳主峰、羰（羧）基碳主峰混杂在一起。因此，利用该图谱进行分析时，芳碳的边带效应被当做脂碳或羰（羧）基碳进行统计，造成明显误差。

（2）边带抑制条件下的核磁共振碳谱检测（¹³C CP/MAS/TOSS NMR）

实行边带抑制，获取煤样在边带抑制条件下的核磁共振碳谱。该方法所获图谱中，芳碳主峰产生的边带峰完全被抑制，即谱图中脂碳主峰、羰（羧）基碳主峰区域不再混杂有芳碳主峰产生的边带峰。利用该图谱进行分析时，所获得的脂碳与羰（羧）基碳含量与实际符合。但是，边带峰由芳碳主峰产生，在定量评价煤中芳碳含量时，不能忽略边带峰的贡献。因此，边带的抑制损耗了芳碳在核磁测试中的部分贡献，造成误差。

（3）通过提高转速分离边带峰

Conte等利用固体核磁共振碳谱技术研究了天然有机物的碳结构，也发现了边带效应的影响。他们通过不断提高核磁管的转速，成功地对边带峰进行了分离。但Conte的研究对象与煤这种同时含有芳碳、脂碳、羰（羧）基的复杂大分子结构是完全不同的，因此利用该手段对煤中边带峰实施分离并不适用。

Mustafa Baysal等在对安纳托利亚西部煤的碳固体核磁共振谱研究中，与Conte等的方法类似，也利用转速的提高来分离边带峰。但事实上，由于煤结构的复杂性，按照该方法进行测试所获得的核磁共振碳谱图，边带峰仍然和脂碳主峰、羰（羧）基主峰等部分混合在一起，不容易被彻底辨识出来。在量化边带的过程中，Mustafa Baysal等将辨识出的边带进行积分并乘以2，叠加于质子化芳碳和桥接芳碳的积分中。这种简单地乘2的处理方法是没有依据的，因为芳碳主峰在其左右两侧都会产生边带影响，但左右两侧的强度差别较大，不能笼统的将区分出的边带积分乘以2来进行校正。此外，Mustafa Baysal等认为芳碳主峰中氧接芳碳部分信号强度低，所以对这部分所产生的边带没有做相应的处理。这样的处理方式是不合理的，因为不论含量多少，在高速旋转的条件下，该类型芳碳部分仍然会产生边带，如果不做处理就不能完全地校正边带的作用效应。

综上，目前现有的处理核磁共振碳谱边带效应的技术与方法，不能从根本上校正边带效应对测试结果的影响，从而导致对煤中含碳官能团的量化分析产生误差，无法客观正确地认识煤结构。