Применение метода твердофазной экстракции при исследовании органического вещества в гидротермальных системах Дальнего Востока России

Автор: Потурай В.А.

Журнал: Региональные проблемы @regionalnye-problemy

Статья в выпуске: 4 т.27, 2024 года.

Бесплатный доступ

В статье приводится описание процесса твердофазной экстракции как метода пробоподготовки природных, в частности термальных, вод к последующему инструментальному анализу органического вещества средней летучести. Излагаются основные этапы этого процесса, заключающиеся в концентрировании интересующих исследователя целевых компонентов, их очистке от примесей и смене исходной матрицы на более подходящую среду для хроматографического анализа. Отмечаются основные преимущества этого метода пробоподготовки в сравнении с традиционной жидкостно-жидкостной экстракцией, которые сводятся к эффективной адсорбции большого количества органических соединений, способности сохранять их до анализа длительное время без изменения состава и концентрации и возможности использовать при этом малые объемы проб и органических растворителей. Твердофазная экстракция подходит для применения как в лабораторных условиях, так и на месте отбора проб воды, что значительно упрощает полевые исследования труднодоступных горячих источников. Для проведения этого метода пробоподготовки используются лабораторная и полевая установки, а также оборудование для кондиционирования и элюирования сорбентов, описание которых приводится в настоящей работе. Кроме этого, излагаются основные результаты многолетнего исследования органического вещества средней летучести в термальных и холодных водах районов геотермальных месторождений Дальнего Востока, анализ которых проводился методом твердофазной экстракции с использованием картриджей с сорбентом на основе силикагеля (С18) и газовой хроматомасс-спектрометрии. Впервые для этих месторождений были установлены разнообразные органические соединения, среди которых преобладают предельные и ароматические углеводороды, карбоновые кислоты и их эфиры в горячих водах. Происхождение этих компонентов связано с термокаталитическими процессами преобразования органических остатков биогенного происхождения. В холодных водах районов геотермальных месторождений широко распространены биогенные терпены и стероиды.

Еще

Твердофазная экстракция, картридж dsc-18, органическое вещество, гидротермальная система, углеводороды, генезис

Короткий адрес: https://sciup.org/143184049

IDR: 143184049 | DOI: 10.31433/2618-9593-2024-27-4-30-48

Список литературы Применение метода твердофазной экстракции при исследовании органического вещества в гидротермальных системах Дальнего Востока России

Абрамов В.Ю. Формирование органического химического состава углекислых минеральных вод Ессентукского и Нагутского месторождений // Разведка и охрана недр. 2014. № 5. С. 47-51.
Галимов Э.М., Севастьянов В.С., Карпов Г.А., Камалеева А.И., Кузнецова О.В., Коноплева И.В., Власова Л.Н. Углеводороды из вулканического района. Нефтепроявления в кальдере вулкана Узон на Камчатке // Геохимия. 2015. № 12. С. 1059-1068. DOI: 10.7868/ S0016752515120043.
Другов Ю.С. Пробоподготовка в экологическом анализе / Ю.С. Другов, А.А. Родин. СПб.: Анатолия, 2002. 755 с.
Зиппа Е.В., Брагин И.В. Оценка температуры азотных термальных вод на глубине циркуляции, Сихоте-Алинь // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: материалы IV Всерос. конф. / под ред. А.М. Плюснина. Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2020. С. 61-64. DOI: 10.31554/978-5-79250584-1-2020-61-64.
Клюев Н.А., Бродский Е.С. Современные методы масс-спектрометрического анализа органических соединений // Российский химический журнал. 2002. Т. 46, № 4. С. 57-63.
Конторович А.Э., Бортникова С.Б., Карпов Г.А., Каширцев В.А., Костырева Е.А., Фомин А.Н. Кальдера вулкана Узон (Камчатка) - уникальная природная лаборатория современного нафтидогенеза // Геология и геофизика. 2011. Т. 52, № 8. С. 986-990.
Лямина Л.А., Харитонова Н.А., Расторгуев А.В., Челноков Г.А., Брагин И.В. Концептуальная модель формирования азотных термальных вод в кристаллических массивах пород (на примере месторождения Кульдур) // Вестник МГУ. Серия 4. Геология. 2022. № 2. С. 78-90.
Плюснин А.М., Украинцев А.В., Чернявский М.К. Органическое вещество в углекислых минеральных водах Витимского плоскогорья и Восточного Саяна // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: материалы III Всерос. конф. / под ред. Л.В. Заманы, С.Л. Шварцева. Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2018. С. 68-71. DOI: 10.31554/978-57925-0536-0-2018-68-71.
Потурай В.А. Органическое вещество в гидротермальных системах разных типов и обстановки // Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов. 2018. Т. 329, № 11. С. 6-16. DOI: 10.18799/24131830/2018/11/204.
Потурай В.А. Органическое вещество в подземных и поверхностных водах района Анненского геотермального месторождения (Дальний Восток) // Геохимия. 2017. № 4. С. 372-380. DOI: 10.7868/S0016752517020054.
Потурай В.А. Органическое вещество в подземных и поверхностных водах района Куль-дурского месторождения термальных вод, Дальний Восток России // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2013. № 1 (21). С. 169-182.
Потурай В.А. Органическое вещество и молекулярно-массовое распределение углеводородов в Анненских термальных водах (Дальний Восток, Россия) // Геология и Геофизика. 2022. Т. 63, № 10. С. 1352-1368. DOI: 10.15372/ GiG2021150.
Потурай В.А. Состав и распределение н-ал-канов в азотных термах Дальнего Востока России // Тихоокеанская геология. 2017. Т. 36, № 4. С. 109-119.
Потурай В.А. Сравнение химического состава термальных, сточных и грунтовых вод Куль-дурского района // Региональные проблемы. 2010. Т. 13, № 2. С. 92-96.
Потурай В.А., Строчинская С.С., Компаниченко В.Н. Комплексная биогеохимическая характеристика термальных вод Тумнинского месторождения // Региональные проблемы. 2018. Т. 21, № 1. С. 22-30.
Разницин Ю.Н., Савельева Г.Н., Федонкин М.А. Углеводородный потенциал палео-и современных надсубдукционных областей: тектонический, геодинамический, минералого-геохимический и биохимический аспекты // Тихоокеанская геология. 2018. Т. 37, № 2. С. 3-16. DOI: 10.30911/0207-4028-2018-37-23-16.
Украинцев А.В., Плюснин А.М. Применение метода твердофазной экстракции для анализа состава растворенных органических веществ в углекислых минеральных водах // Байкальская молодежная научная конференция по геологии и геофизике: материалы V Всерос. мо-лодеж. науч. конф. Улан-Удэ, 2019. С. 90-92.
Шульга Н.А., Пересыпкин В.И. О генезисе углеводородов в гидротермальных отложениях полей Лост Сити и Рэйнбоу (Срединно-Ат-лантический хребет) // Доклады Академии наук. 2012. Т. 445, № 2. С. 196-199.
Andrade-Eiroa A., Canle M., Leroy-Cancel-lieri V., Cerda V. Solid phase extraction of organic compounds: a critical review. Part I // Trends in Analytical Chemistry. 2016. Vol. 80. P. 641. DOI: 10.1016/j.trac.2015.08.015.
Andrade-Eiroa A., Canle M., Leroy-Cancellieri V., Cerda V. Solid phase extraction of organic compounds: a critical review. Part II // Trends in Analytical Chemistry. 2016. Vol. 80. P. 655. DOI: 10.1016/j.trac.2015.08.014.
Aubrey A., Cleaves H., Bada J. The role of submarine hydrothermal systems in the synthesis of amino acids // Origin of Life and Evolution of Biospheres. 2009. Vol. 39. P. 91-108. DOI: 10.1007/s11084-008-9153-2.
Badawy M.E.I., El-Nouby M.A.M., Kimani P.K., Lim L.W., Rabea E.I. A review of the modern principles and applications of solid-phase extractiontechniques in chromatographic analysis// Analytical Sciences. 2022. Vol. 38. P. 1457-1487. DOI: 10.1007/s44211-022-00190-8.
Berrueta L.A., Gallo B., Vicente F. A Review of Solid Phase Extraction: Basic Principles and New Developments // Chromatographia. 1995. Vol. 40, N 7/8. P. 474-483.
Boschetti T., Etiope G., Toscani L. Abiotic methane in the hyperalkaline springs of Genova, Italy // Procedia Earth and Planetary Science. 2013. Vol. 7. P. 248-251. DOI: 10.1016/j. proeps.2013.02.004.
Faraji M., Yamini Y., Gholami M. Recent Advances and Trends in Applications of Solid-Phase Extraction Techniques in Food and Environmental Analysis // Chromatographia. 2019. Vol. 82. P. 1207-1249. DOI: 10.1007/s10337-019-03726-9.
Fedotov P.S., Malofeeva G.I., Savonina E.Yu., Spivakov B.Ya. Solid-Phase Extraction of Organic Substances: Unconventional Methods and Approaches // Journal of Analytical Chemistry. 2019. Vol. 74, N 3. P. 205-212. DOI: 10.1134/ S1061934819030043.
Fiebig J., Woodland A.B., Spangenberg J., Oschmann W. Natural evidence for rapid abiogenic hydrothermal generation of CH4 // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2007. Vol. 71. P. 30283039. DOI: 10.1016/j.gca.2007.04.010.
Fu Q., Socki R.A., Niles P.B. Evaluating reaction pathways of hydrothermal abiotic organic synthesis at elevated temperatures and pressures using carbon isotopes // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2015. Vol. 154. P. 1-17. DOI: 10.1016/j. gca.2015.01.027.
Garcia-Sanchez B.E., Vara-Castro G.M., Kretzschmar Th., Sanchez-Avila J.I. Organic compounds in surface and groundwaters in the surrounding of a Mexican geothermal reservoir; case study Los Humeros, Puebla // Applied Geochemistry. 2022. Vol. 147. 105442. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2022.105442.
Gonsior M., Hertkorn N., Hinman N., Dvorski S.E.-M., Harir M., Cooper W.J., Schmitt-Kop-plin P. Yellowstone Hot Springs are Organic Chemodiversity Hot Spots // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. 14155. DOI: 10.1038/s41598-018-32593-x.
Gonzalez-Barreiro C., Cancho-Grande B., Arau-jo-NespereiraP., Cid-Fernandez J.A., Simal-Gandara J. Occurrence of soluble organic compounds in thermal watersby ion trap mass detection // Chemosphere. 2009. N 75. P. 34-47. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2008.11.067.
Konn C., Charlou J.L., Holm N.G., Mousis O. The production of methane, hydrogen, and organic compounds in ultramafic-hosted hydrothermal vents of the Mid-Atlantic Ridge // Astrobiology. 2015. Vol. 15, N 5. P. 381-399. DOI: 10.1089/ ast.2014.1198.
Leins A., Bregnard D., Vieth-Hillebrand A., Junier P., Regenspurg S. Dissolved organic compounds in geothermal fluids used for energy production: a review // Geothermal Energy. 2022. Vol. 10. 9. DOI: 10.1186/s40517-022-00220-8.
Nye J.J., Shock E.L., Hartnett HE. A novel PARA-FAC model for continental hot springs reveals unique dissolved organic carbon compositions // Organic Geochemistry. 2020. Vol. 141. 103964. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2019.103964.
Ong C., Fowler A.P.G., Seyfried Jr. W.E., Sun T., Fu Q. Organic compounds in vent fluids from Yellowstone Lake, Wyoming // Organic Geochemistry. 2021. Vol. 159. 104275. DOI: 10.1016/j. orggeochem.2021. 104275.
Pourshamsi T., Amri F., Abniki M. A comprehensive review on application of the syringe in liquidand solid-phase microextraction methods // Journal of the Iranian Chemical Society. 2021. Vol. 18. P. 245-264. DOI: 10.1007/s13738-020-02025-7.
Sanchez-Avila J.I., Garcia-Sanchez B.E., Vara-Castro G.M., Kretzschmar T. Distribution and origin of organic compounds in the condensates from a Mexican high-temperature geothermal field // Geothermics. 2021. Vol. 89. 101980. DOI: 10.1016/j.geothermics.2020.101980.
Soniassy R. Water analysis: Organic micropollut-ants / R. Soniassy, P. Sandra, C. Schlett. Germany: Hewlett-Packard Company, 1994. 278 p.
Sunguti A.E., Kibet J.K., Kinyanjui T.K. A review of the status of organic pollutants in geothermal waters // Journal of Nature, Science & Technology. 2021. Vol. 4. P. 19-28. DOI: 10.36937/ janset.2021.004.005.
Szabo I., Varga C. Finding possible pharmacological effects of identified organic compounds in medicinal waters (BTEX and phenolic compounds) // International Journal of Biometeorol-ogy. 2019. Vol. 64. P. 989-995. DOI: 10.1007/ s00484-019-01808-9.
Ukraintsev A.V., Plyusnin A.M., Chernyavskii M.K. Ferruginous mineral waters of Western Transbaikalia: formation of gas, trace elements, and dissolved organic matter composition // Geochemistry International. 2024. Vol. 62, N 6. P. 659-673. DOI: 10.1134/S0016702924700307.
Umoh U.U., Li L., He J., Chen L., Dong L., Jia G., Lahajnar N., Massoth G., Schwarz-Schampera U. Unusual aliphatic hydrocarbon profiles at hydrothermal vent fields of the Central and Southeast Indian Ridges and Mid-Indian Basin // Deep-Sea Research Part II. 2021. Vol. 194. 104996. DOI: 10.1016/j.dsr2.2021.104996.

Еще

Статья научная