Siarka organiczna i pirytowa: metody wydzielania i oceny ilościowej. Wpływ zawartości siarki organicznej na energię aktywacji kerogenu

Siarka organiczna odgrywa ogromną rolę w procesach diagenezy substancji organicznej, wpływając na tempo jej termicznych przemian. Oszacowanie ilości siarki organicznej w kerogenie pozwala na lepsze zrozumienie mechanizmów generacji węglowodorów. Standardowe metody izolacji kerogenu przy użyciu kwasów HCl/HF usuwają większość minerałów i często pozostawiają znaczne ilości pirytu, który stanowi przeszkodę w określeniu składu pierwiastkowego kerogenu i rozkładu grup funkcyjnych. Głównym zagadnieniem pracy było oszacowanie ilości siarki organicznej i pirytowej w kerogenie w sposób niepowodujący istotnych przemian w próbce wyjściowej. W celu usunięcia siarki pirytowej w wybranych próbkach zastosowano metody tradycyjne zakładające wykorzystanie kwasu azotowego oraz metodę redukcji kwaśnym roztworem chlorku chromu(II) (ang. chromium reducible sulphur, CRS), przeprowadzaną w inertnej atmosferze w specjalnie skonstruowanej komorze rękawicowej. Siarkę pirytową ekstrahowaną HNO3 i utlenianą do siarczanów oznaczano wagowo w formie strąconej jako BaSO4 lub za pomocą miareczkowania redoksometrycznego roztworem K2Cr2O7 jako siarkę związaną z żelazem. Zastosowanie kwaśnego roztworu CrCl2 powoduje wydzielenie H2S, który jest wprowadzany do roztworu Zn(CH3COO)2, gdzie siarka wytrąca się w postaci ZnS, a następnie jej ilość jest oznaczana jodometrycznie za pomocą Na2S2O3. Porównano wykorzystane metody pod kątem ich praktycznego zastosowania, powtarzalności wyników oraz wpływu na analizowaną próbkę. Analiza elementarna badanego materiału przed usunięciem i po usunięciu siarki pirytowej oraz obliczenie stosunków atomowych H/C, O/C, N/C, S/C wykazały przemiany zachodzące w substancji organicznej po zastosowaniu metod utleniających. W przeciwieństwie do metod tradycyjnych użycie roztworu CrCl2 nie powoduje takich przemian, co pozwala na dalsze analizy wymagające uprzedniego usunięcia pirytu z kerogenu. Podjęto próbę korelacji ilości siarki organicznej z energią aktywacji kerogenu wyznaczoną na aparacie Rock-Eval. Zauważono wpływ trawienia próbki kwasami na określanie energii aktywacji kerogenu, której wartość wzrasta wraz z użyciem próbek poddanych kolejnym etapom preparatyki, obejmującym izolację kerogenu i usunięcie siarki pirytowej.

Organic sulphur plays a significant role in diagenesis of organic matter, influencing the rate of thermal alteration. Determining organic sulphur content in kerogen gives a better comprehension of hydrocarbon generation mechanisms. Standard kerogen isolation treatment using HCl/HF acids removes most mineral components and often leaves significant amounts of pyrite, which is an obstacle to determining the elemental composition and functional group distributions in kerogen. The main aim of this research was to determine the organic and pyritic sulphur content in kerogen in a way that does not cause significant alteration of initial sample. In order to remove pyritic sulphur, designated samples were treated using traditional methods involving the use of nitric acid(V) and more recent method of acidic chromium chloride(II) reduction conducted under inert atmosphere in especially designed glovebox. Pyritic sulphur extracted in HNO3 and oxidised into sulphates was determined in a form of BaSO4 or as an iron-sulphur bond by redox titration using solution of K2Cr2O7 as titrant. The use of acidic CrCl2 solution converts pyritic sulphur to H2S, which is led to Zn(CH3COO)2 solution and precipitated as ZnS, and consequently the amount of sulphur is determined by iodometric titration with use of Na2S2O3. Practical application, repeatability of results, and an effect on the sample of each method were examined. Elemental analysis and comparison of H/C, O/C, N/C, S/C atomic ratios before and after pyrite removal treatment has shown alternation of organic matter in samples subjected to oxidizing methods. In contrast to traditional method, CrCl2 solution does not cause such changes and allows for further analyses, which require prior pyrite removal. An attempt was made to correlate organic sulphur content with kerogen activation energy measured on the Rock Eval apparatus. There is a visible influence of acids digestion on the determination of kerogen activation energy, which increases when using samples subjected to subsequent stages of kerogen isolation and pyritic sulphur removal treatments.