Применение ИК-спектроскопии для контроля качества отбора проб для битуминологических и экологических исследований

УДК: 543.74

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

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.

^^^^^^^-