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

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

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.

Об авторах

В. А. Потурай

Институт комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: poturay85@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3357-1737
Россия, ул. Шолом-Алейхема 4, г. Биробиджан, 679016

Список литературы

  1. Абрамов В.Ю. Формирование органического химического состава углекислых минеральных вод Ессентукского и Нагутского месторождений // Разведка и охрана недр. 2014. № 5. С. 47–51.
  2. 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.
  3. Другов Ю.С. Пробоподготовка в экологическом анализе / Ю.С. Другов, А.А. Родин. СПб.: Анатолия, 2002. 755 с.
  4. 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: 10.31554/978-5-7925-0584-1-2020-61-64.
  5. Клюев Н.А., Бродский Е.С. Современные методы масс-спектрометрического анализа органических соединений // Российский химический журнал. 2002. Т. 46, № 4. С. 57–63.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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: 10.31554/978-5-7925-0536-0-2018-68-71.
  9. 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.
  10. 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.
  11. Потурай В.А. Органическое вещество в подземных и поверхностных водах района Кульдурского месторождения термальных вод, Дальний Восток России // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2013. № 1 (21). С. 169–182.
  12. 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.
  13. Потурай В.А. Состав и распределение н-алканов в азотных термах Дальнего Востока России // Тихоокеанская геология. 2017. Т. 36, № 4. С. 109–119.
  14. Потурай В.А. Сравнение химического состава термальных, сточных и грунтовых вод Кульдурского района // Региональные проблемы. 2010. Т. 13, № 2. С. 92–96.
  15. 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.
  16. 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: 10.30911/0207-4028-2018-37-2-3-16.
  17. 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. молодеж. науч. конф. Улан-Удэ, 2019. С. 90–92.
  18. Шульга Н.А., Пересыпкин В.И. О генезисе углеводородов в гидротермальных отложениях полей Лост Сити и Рэйнбоу (Срединно-Атлантический хребет) // Доклады Академии наук. 2012. Т. 445, № 2. С. 196–199.
  19. Andrade-Eiroa A., Canle M., Leroy-Cancellieri 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.
  20. 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.
  21. 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.
  22. 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 extraction techniques in chromatographic analysis //Analytical Sciences. 2022. Vol. 38. P. 1457–1487. doi: 10.1007/s44211-022-00190-8.
  23. 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.
  24. 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.
  25. Faraji M., Yamini Y., Gholami M. RecentAdvances 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.
  26. 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.
  27. 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. 3028–3039. doi: 10.1016/j.gca.2007.04.010.
  28. 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.
  29. 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.
  30. Gonsior M., Hertkorn N., Hinman N., Dvorski S.E.-M., Harir M., Cooper W.J., Schmitt-Kopplin P. Yellowstone Hot Springs are Organic Chemodiversity Hot Spots // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. 14155. doi: 10.1038/s41598-018-32593-x.
  31. Gonzalez-Barreiro C., Cancho-Grande B., Araujo-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.
  32. 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.
  33. 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.
  34. Nye J.J., Shock E.L., Hartnett H.E. A novel PARAFAC model for continental hot springs reveals unique dissolved organic carbon compositions // Organic Geochemistry. 2020. Vol. 141. 103964. doi: 10.1016/j.orggeochem.2019.103964.
  35. 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.
  36. 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.
  37. Sanchez-Avila J.I., García-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.
  38. Soniassy R. Water analysis: Organic micropollutants / R. Soniassy, P. Sandra, C. Schlett. Germany: Hewlett-Packard Company, 1994. 278 p.
  39. 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.
  40. Szabo I., Varga C. Finding possible pharmacological effects of identified organic compounds in medicinal waters (BTEX and phenolic compounds) // International Journal of Biometeorology. 2019. Vol. 64. P. 989–995. doi: 10.1007/s00484-019-01808-9.
  41. 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.
  42. 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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Потурай В.А., 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».