CC BY
51УДК: 543.74 (571.56)
Применение ИК-спектроскопии для контроля качества отбора проб для битуминологических и экологических исследований
Ю.С. Глязнецова, И.Н. Зуева, О.Н. Чалая, С.ХЛифшиц
Экспериментально доказано, что образцы геологических и экологических объектов, ИК-спектры ХБ которых характеризуются набором полос поглощения в областях 1730, 1285, 1120, 1080, 750 см'1 и сложным поглощением в области 1600 см'', загрязнены репеллентом на основе диметилфталата. Наш опыт показывает, что условия отбора, хранения и транспортировки геохимических и экологических проб выполняются не всегда. Метод ИК-спектроскопии рекомендуется для контроля качества отбора геологических и экологических проб.
By experiment it is proved, that samples of geological and ecological objects, whose IR-spectra of chloroform bitumens demonstrate the row of bands in the area of1730, 1285, 1120, 1080, 750 cm'' and a complex absorption near of1600cm1 are polluted by repellents made on a base of dimethyl phthalate. Our experiment show, that conditions of selection, storage and transportation of geochemical and ecological samples satisfied sometimes. IR-spectroscopy for quality control of selection of geological and ecological samples is recommended.
Современные инструментальные методы анализа позволяют достаточно полно, вплоть до индивидуального состава, исследовать органическое вещество в различных природных объектах: горных породах, почвах, донных отложениях, что имеет большое информативное значение для понимания механизма геохимических процессов. В этой связи очень важно, чтобы исследуемые объекты не оказались загрязнены посторонними органическими соединениями в процессе отбора, хранения и транспортировки проб.
В геохимических исследованиях метод инфракрасной спектроскопии эффективно используется для изучения органического вещества пород и его битумоидной составляющей. В практике битуминологических исследований время от времени встречаются ИК-спектры хлороформенных экстрактов пород (битумоидов - ХБ), идентификация которых показывает их близость со спектрами фта-латов - сложных эфиров ароматических кислот. Впервые упоминание о подобных спектрах встречается в исследованиях Е.А. Глебовской при изучении органического вещества пород зоны катагенеза [1]. «Фталатоподобные» спектры были получены В.И. Ермаковой при изучении битумопрояв-лений района трубки «Удачная» [2]. Набор полос поглощения фталатов в ИК-спектрах битумоидов органического вещества пород отмечался также
ГЛЯЗНЕЦОВА Юлия Станиславовна, м.н.с. ИПНГ СО РАН ЗУЕВА Ираида Николаевна, к.г.-м.н., с.н.с. ИПНГ СО РАН ЧАЛАЯ Ольга Николаевна, к.г.-м.н., с.н.с. ИПНГ СО РАН ЛИФШИЦ Сара Хаимовна, к.х.н., с.н.с. ИПНГ СО РАН
И.А. Шакс, Е.М. Файзуллиной [3] и другими исследователями. При объяснении природы подобных спектров доминировала точка зрения об образовании фталатов при высокотемпературном воздействии на органическое вещество, т.е. в зоне катагенеза [1, 2]. Анализ распространения «фтала-топодобных» битумоидов показал, что они были встречены в образцах пород различного литологи-ческого состава, в широком стратиграфическом диапазоне и на глубине залегания от дневной поверхности до 3 км и более. Таким образом, высказанное выше предположение не находит подтверждения для объяснения природы всей разнообразной гаммы проявлений «фталатоподобных» битумоидов.
В практике работы нашей лаборатории также неоднократно были встречены подобные битумб-иды из образцов керна, отобранных из нефтегазоносных скважин с разной глубины, из кимберли-товых трубок, образцов из обнажений, а также из почвогрунтов и донных отложений.
На рисунке 1 в качестве примера приведены ИК-спектры ХБ образцов пород из скважины №6 участка Тит-Эбя, отобранных из нижнекембрийских отложений в интервале глубин 100-146 м. Данные образцы представляют собой известняки с различной степенью нефтенасыщения. Из рисунка 1 видно, что битумоиды характеризуются различными спектрами поглощения. Спектр образца 6473 типичен для битумоидов планктоногенного ОВ низких и средних стадий катагенеза и характеризуется преобладанием полос поглощения метиле-новых - 1460 см-1 и метальных групп - 1380 см1,
Рис. 1. ИК-спектры битумоидов пород из нижнекембрийских отложений (участок Тит-Эбя) с различной степенью нефтенасьицения (а^.%).
Обозначения: обр. 6473, а^О.ОШ; обр. 6479, а^ЬСНвб; обр. 6482, 3^=0,1009
полосы поглощения кислородсодержащих групп и связей (1720-1700, 1300, 1170 см1) отличаются меньшей интенсивностью. От этого образца по конфигурации полос поглощения резко отличается образец 6482. В спектре битумоида данного образца (6482) наблюдается присутствие четко выраженных полос поглощения высокой интенсивности- 1730, 1285, 1120, 1080, 750 см*1, а также нехарактерное для природных битумоидов сложное поглощение в области 1600 см1, где вместо одного максимума 1600 отмечается одновременно три - 1585, 1600 и 1630 см-1. Вышеуказанный набор полос поглощения характерен для ИК-спект-ров фталатов. В спектре образца 6479 присутствуют полосы поглощения, присущие фталатам, но значительно меньшей интенсивности. То есть можно предположить, что в ХБ образца 6482 и в меньшей степени в ХБ образца 6479 содержатся фтала-ты, в то время как в битумоиде образца 6473 из той же скважины с подобным литологическим составом породы они отсутствуют.
При проведении экологических исследований по изучению загрязнения почвогрунтов на территории хранения нефтепродуктов также были встречены образцы, содержащие в своем составе фта-латы.
Как видно из рисунка 2, ИК-спектры ХБ почв, загрязненных нефтепродуктами (образцы 6350 и 6360), представлены тем же набором узких хорошо разрешенных полос (1730, 1285, 1120, 1080, 750 см1), которые присущи фталатам. На этом же рисунке для сравнения приведен спектр образца 6374, загрязненного нефтепродуктами, в котором поглощение в указанных областях отсутствует. В спектре ХБ образца 6539, типичного для естественного геохимического фона (ЕГФ) [3], полосы поглощения, характерные для фталатов, также не наблюдались.
Проанализировав большое количество битуми-нологических и экологических проб, в спектрах ХБ которых было отмечено присутствие фталатов, удалось выяснить, что все они были отобраны в летнее время. Можно предположить, что подобная повторяемость однотипных спектров для самых разнообразных образцов (геохимических и экологических) вызвана одним общим фактором, вероятнее всего - контаминацией образцов репеллентами на основе диметилфталата на стадиях отбора проб.
Для проверки высказанного предположения нами был проведен эксперимент по загрязнению геологической пробы репеллентом на основе
1500 1000
\Vavenumbers (сш-1)
Рис. 2. ИК-спектры битумоидов проб почв, отобранных на территории хранения нефтепродуктов.
Обозначения: обр.6539 (3^=0,0245) - ЕГФ, образцы 6374 (3^=1,068), 6360 (3^=0,0137), 6350 (3^=0,0113),
загрязненные нефтепродуктами
о4 100-
1 80"!
.■у
в
ю С 60"
2
н
40-
20-
2000
1500 1000
Рис. 3. ИК-спектры битумоидов образцов породы до и после обработки диметилфталатом и спектр диметилфталата. Обозначения: 6341 - битумоид исходного образца; 6342д - битумоид образца, загрязненного диметилфталатом
диметилфталата. Для этого была выбрана керно-вая проба, представленная доломитом, в ИК-спек-тре ХБ которой не было обнаружено полос поглощения, характерных для фталатов. Одна часть данной керновой пробы была проэкстрагирована хлороформом, ИК-спектр битумоида (обр. 6341) приведен на рис.3 и представляет собой исходный образец. Другая часть этой же пробы была заражена диметилфталатом и уже после этого проведена экстракция хлороформом. ИК-спектр битумоида зараженной пробы (обр. 6342д) также приведён на рис. 3. По конфигурации полос поглощения спектры ХБ образцов 6341 и 6342д резко отличаются. В спектре ХБ образца 6342д, загрязненного диметилфталатом, появились интенсивные полосы поглощения 1730, 1285,1120, 1080, 750 см1, а также несимметричная полоса поглощения в области 1600 см-1 с двумя максимумами - 1585 и 1600 см1. Идентификация данного спектра показала его близость со спектром диметилфталата.
Из данного эксперимента можно сделать вывод о том, что д и метил фталат экстрагируется хлороформом из загрязненной пробы и переходит в экстракт (битумоид). Количественная оценка проведенного эксперимента показала, что даже при небольшом загрязнении - 0,21% - керновой пробы диметилфталатом в битумоидной части пробы концентрация данного репеллента составила 10,6%. В результате в ИК-спектре битумоида (обр. 6342д) доминирующими становятся полосы поглощения диметилфталата.
Следует учесть, что опытный образец характеризуется очень высоким выходом битумоида —
ах6~1,112%. Проведенные расчеты показали, что для образцов с меньшим выходом битумоида (ахГ=0,11%) вклад диметилфталата в битумоидную составляющую породы будет еще более существенным, в результате спектр поглощения нативной составляющей экстракта будет полностью перекрываться полосами поглощения загрязнителя-ре-пеллента. В этом случае происходит потеря важной геохимической информации.
Таким образом, для получения достоверных сведений о количественном содержании битумоидной составляющей в геологических и экологических объектах, а также особенностях состава и химической структуры битумоидов необходимо строго соблюдать условия отбора, хранения и транспортировки проб.
Метод ИК-спектроскопии при проведении би-туминологических и экологических исследований можно рекомендовать для контроля качества отбора проб.
Литература
1. Глебовская Е.А. Применение инфракрасной спектрометрии в нефтяной геохимии. М.: Недра, 1971. 140 с.
2. Геология, гидрогеология и геохимия нефти и газа южного склона Анабарской антеклизы / Бодунов Е.И., Белецкий В.Л., Фрадкин Г.С. и др. Якутск: ЯФ изд-ва СО АН СССР, 1986. 176 с.
3. Шакс И.А., Файзуллина Е.М. Инфракрасные спектры ископаемого органического вещества. Л.: Недра, 1974. 131 с.
^^^^^^^-
