УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ К ГАЗОМЕТРИЧЕСКИМ ИССЛЕДОВАНИЯМ

Полезная модель относится к средствам, используемым при гидрохимических методах определения содержаний газов, и может быть использована при специальных газометрических исследованиях в акваториях, при которых осуществляют извлечение газов из проб воды и осадков и их последующий анализ методами газовой хроматографии.
Известны установки для подготовки осадочного материала донных отложений к газометрическим исследованиям, включающие герметичные контейнеры для отбора материала и средства его вакуумной дегазации (см. Генетические предпосылки нефтегазоносности Мирового океана. М.: ИОАН СССР, 1978. 170 с., или Геодекян АА. и др. // Геохимия донных осадков. М.: Наука, 1979. С.291-311. (Океанология). Или Геодекян АА. и др. Генетические закономерности нефтегазоносности акваторий. М.: Недра, 1980. 270 с.).
Недостаток этого технического решения предопределен тем, что метод, для реализации которого предназначена известная установка, предусматривает полное извлечение газа из пробы воды или осадка, не может обеспечить обработку массового количества проб при полигонных работах и детальных, послойных анализах грунтовых колонок и разрезов водной толщи в связи с продолжительностью процесса подготовки материала к анализам.
Известна также установка для подготовки осадочного материала донных отложений к газометрическим исследованиям, включающая набор герметичных контейнеров с крышками из эластичных материалов, средства загрузки проб донных отложений в герметичные контейнеры, емкость для жидкой фазы и емкость для газовой фазы, выполненные с возможностью сообщения с полостями герметичных контейнеров (см. статью A.M.Большаков, А.В.Егоров «Методика исследования газового состава проб воды и донных осадков», Сборник научных трудов «Химический анализ морских осадков». М.: НАУКА, 1988 г. с.248-251). При этом в составе установки использованы герметичные контейнеры с объемом от 125 мл и выше; в качестве жидкой фазы использован дистиллят; в качестве газовой фазы и для восстановления нормального давления в пробе при отборе газовой фазы использован воздух.
Недостатком известного технического решения является использование воздуха в качестве газовой фазы и в качестве компенсации при отборе пробы на анализ. Это может повлиять на возможное разбавление и загрязнение пробы при высокой точности измерительной техники (газовые хроматографы, масс-спектрометры), позволяющей производить качественный и количественный анализ очень низких концентраций веществ (следов) на уровне 0,05 ррм (part per million). Поэтому необходимо исключить любые источники загрязнения анализируемых образцов.
2
2
Метод равновесных концентраций (Head Space), используемый при анализе газовых смесей, предполагает распределение исследуемых газовых компонентов между двумя фазами - жидкой и газовой. Как показывают наши исследования, жидкая фаза (солевой раствор или дистиллированная вода) не являются свободными от растворенных газов и бактерий: при длительном хранении, особенно в пластиковой посуде, в них появляются следовые количества алкенов и алканов, что свидетельствует о происходящих непосредственно в них биохимических реакциях. Кроме того, известно, что ненасыщенные углеводородные газы образуются в окислительных условиях по схеме: алканы - алкены - спирты - кетосоединения - жирные кислоты - CO+HO. Таким образом, присутствие кислорода в газовой и жидкой фазах при подготовке проб к анализу может быть причиной появления алкенов в объеме пробы.
Основными причинами появления загрязнений в анализе углеводородных газов могут быть бактерии, которые продуцируют (или потребляют) анализируемые вещества. Исключить присутствие кислорода при отборе и подготовке образцов осадка практически невозможно ввиду его растворимости в солевом растворе. Но применение инертного газа и антибактериальных средств значительно уменьшает загрязнение исходного газа продуктами метаболизма бактерий. При этом основополагающую роль играют чистота используемых реагентов и посуды, обеспечивающие отсутствие любых изменений исходного вещества при подготовке проб к анализу, что отражается на достоверности результатов газометрических исследований проб донных осадков. Действие названных факторов усугубляется проведением газовых анализов через сутки после отбора проб, в связи с необходимостью продолжительной выдержки пробы в целях обеспечения равномерности распределения газовой компоненты по объему герметичного контейнера. Таким образом, использование известной установки не может обеспечить достоверность результатов газометрических исследований проб донных осадков.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, выражается в предотвращении загрязнения проб посторонними углеводородсодержащими газами.
Технический результат полезной модели проявляется в повышении достоверности результатов газометрических исследований проб донных осадков за счет исключения возможности протекания биохимических реакций в пробах, приводящих к изменению состава и структуры газовой компоненты, в том числе за счет подавления жизнедеятельности бактерий продуцирующих (или потребляющих) анализируемые вещества. Кроме того, в связи с сокращением процесса подготовки проб к анализу, повышается его оперативность, что позволяет, в свою очередь, повысить представительность информационных массивов, получаемых при газометрических исследованиях, в том числе и за счет возможности получения газовых проб из одной извлеченной пробы донных осадков или водной массы, а также минимизируется объем продуктов - примесей, генерируемых бактериями в объеме герметичного контейнера, если они все-таки попадают в него.
Для решения поставленной задачи установка для подготовки осадочного материала донных отложений к газометрическим исследованиям, включающая средства загрузки проб донных отложений в герметичные контейнеры, снабженные герметичными крышками из эластичных материалов, емкость для жидкой фазы, отличающаяся тем, что емкость для жидкой фазы выполнена из металла, предпочтительно инертного к ее компонентам или снабженного инертным покрытием, с возможностью дозированной, раздельной подачи в нее самотеком дистилированной воды, хлористого натрия и бактериального средства, для чего ее полость связана с расходными емкостями названных материалов посредством соответствующих каналов, снабженных запорными кранами, кроме того, емкость для жидкой фазы снабжена крышкой и патрубком отбора готовой жидкой фазы и размещена, предпочтительно съемно, на теплоотдающей поверхности нагревательного прибора, при этом уровень расходного патрубка емкости для жидкой фазы размещен выше уровня горловин герметичных контейнеров при их размещении в ультразвуковой ванне.
Сравнение совокупности признаков заявленного решения с признаками аналогов и прототипа подтверждает его соответствие критерию «новизна».
При этом совокупность признаков заявленного решения обеспечивает повышение достоверности результатов газометрических исследований проб донных осадков.
На фиг.1 изображена схема реализации установки на этапе подготовки осадочного материала донных отложений к газометрическим исследованиям; на фиг.2 показан этап отбора пробы донных отложений; на фиг.3 показан этап ввода гелия, на фиг.4 показан общий вид средства загрузки проб донных отложений; на фиг.5 показан общий вид герметичного контейнера со стороны герметичной крышки, снабженной медицинской иглой, оснащенной трубкой для удаления избытка раствора и/или воздуха.
На чертежах показаны средства загрузки 1 проб донных отложений герметичные контейнеры 2, снабженные герметичными крышками 3 из эластичных материалов, емкость для жидкой фазы 4, выполненная с возможностью приготовления и кипячения насыщенного раствора хлористого натрия, для чего она сообщена с расходной емкостью хлористого натрия 5, бачком дистиллированной воды 6 и емкостью для антибактериальных средств 7 с возможностью дозированного ввода названных материалов, причем емкость для жидкой фазы 4 снабжена патрубком 8 отбора готовой жидкой фазы, уровень которого размещен выше уровня горловин герметичных контейнеров 2 при их размещении в ультразвуковой ванне 9, кроме того, емкость для жидкой фазы 4 размещена, предпочтительно съемно, на теплоотдающей поверхности нагревательного прибора 10. Также показаны емкость для газовой фазы 11 (гелия), выполненная с возможностью хранения в ней гелия и с возможностью дозированного его отвода в полость герметичных контейнеров 2, газовый хроматограф 12, средства для отбора газовых проб из герметичного контейнера 2 и ввода в газовый хроматограф 12 - шприцы 13 (объемом до 12 мл), перемешивающее устройство 14 и контейнер-хранилище 15 исходного материала 16, собранного в качестве проб донных отложений.
Средство загрузки 1 проб донных отложений выполнено в виде пневматического отборника, который изготовлен из шприца большой емкости (объемом до 20 мл), для чего его верхнюю часть обрезают до деления 0,1 мл.
Герметичные контейнеры 2 выполнены предпочтительно в виде стеклянных бутылочек емкостью 68-70 мл.
В качестве ультразвуковой ванны 9 можно использовать известную установку, например, производства ЗАО «Град-Технолоджи» - ГРАД 40-35 с рабочей частотой 35 кГц, емкостью рабочей полости 4 л.
В качестве нагревательного прибора 10 предпочтительно использовать электроплитку, вариант использования встроенного нагревательного прибора, например, встроенного ТЭНа, менее предпочтителен, поскольку процесс охлаждения жидкой фазы будет более продолжительным.
Емкость для газовой фазы 11 (гелия), выполнена в виде газового мешка, например, Tedlar Bag Dual valves.
-5
В качестве газового хроматографа 12 можно использовать установку «КристалЛюкс-4000М» с пламенно-ионизационным детектором обеспечивающим определение углеводородных газов с точностью до 10%.
В качестве перемешивающего устройства 14 можно использовать, например, устройство типа LS-110.
В качестве антибактериальных средств можно использовать азид натрия или раствор хлоргексидина биглюконата 0,05% или другого, безвредного для человека, бактерицидного средства.
Заявленную установку используют следующим образом.
На подготовительном этапе с использованием емкости для жидкой фазы 4, расходной емкости хлористого натрия 5, бачка дистиллированной воды 6 и нагревательного прибора 10 готовят насыщенный солевой раствор, подвергая его кипячению, желательно не менее 15 минут. Далее, после остывания, в раствор из емкости для антибактериальных средств 7 вводят соответствующее антибактериальное средство, например, азид натрия или раствор хлоргексидина биглюконата 0,05%. Причем антибактериальное средство вводят в емкость для жидкой фазы 4 и после перемешивания подготовленную жидкую фазу (прокипяченный насыщенный солевой раствор, содержащий антибактериальное средство) самотеком, через патрубок 8 отбора готовой жидкой фазы, распределяют по предварительно стерилизованным герметичным контейнерам 2, которые затем закрывают герметичными крышками 3. Необходимо, чтобы солевой раствор находился в контакте с антибактериальным средством как минимум два часа до работы с пробами осадочного материала донных отложений.
Осадок (от 10 до 20 мл) отбирают средствами загрузки 1 проб донных отложений и вводят в герметичные контейнеры 2, заполненные солевым раствором с добавлением азида натрия. Затем герметичный контейнер 2 заполняют аналогичным по составу солевым раствором доверху, закрывают герметичной крышкой 3 с использованием медицинской иглы от одного из шприцев 13, которую снабжают трубкой для удаления избытка раствора и воздуха (см. фиг.3 и фиг.5). После этого с использованием шприца 13 протыкают герметичную крышку 3 и из закрытого герметичного контейнера 2 шприцем 13 отбирают 12 мл солевого раствора, одновременно напуская гелий через иглу из емкости для газовой фазы 11 (при этом поршень шприца 13 отводится до упора, что обеспечивает постоянный объем газовой фазы - см. фиг.3). Далее шприц 13 и иглу (через которую напускали гелий) удаляют. Герметичные контейнеры 2 помещают в ультразвуковую ванну 9 на 5 минут и затем интенсивно встряхивают на перемешивающем устройстве 14 в течение 4 часов. Далее исследуемый газ отбирают с использованием стерильного шприца 13 и известным образом вводят в газовый хроматограф 12 и подвергают хроматографическому анализу.
Кроме того, предварительно хроматографическому анализу подвергают контрольные пробы, которые готовят при соблюдении вышеописанных режимных параметров, путем замещения объемом гелия части объема насыщенного раствора хлористого натрия, содержащего антибактериальное средство и заполняющего герметичный контейнер, после чего по разнице показателей, характеризующих концентрацию газов в пробе и контрольной пробе, определяют искомую концентрацию газовых компонентов.
Экономия времени при подготовке пробы позволяет оперативно проводить определение газовых углеводородных компонентов, а также вручную обработать часть сигналов, не определяемых автоматически. Была минимизирована погрешность результатов и во многих пробах обнаружены тяжелые углеводородные газы наиболее полного ряда.
Таким образом, предлагаемая установка обеспечила модифицирование метода равновесных концентраций (Head Space) в анализе газовых смесей при выполнении газогеохимических работ. Это позволило расширить диапазон определяемых газовых углеводородных компонентов и значительно сократить время получения представительных данных.
В итоге, экспрессный метод равновесных концентраций, при использовании заявленной установки для подготовки проб позволил выявлять аномальные поля углеводородных газов при большом объеме морских съемочных и поисковых работ.