Индивидуальные органические соединения в осадках северного Каспия как индикаторы природных и техногенных источников поступления органического вещества

ГЛАВА 3. Методика аналитических исследований.

Материалом для исследований послужили 130 проб донных отложений, отобранных в 2001-2004 гг. на акватории Северного и Среднего Каспия. Основная часть исследованных образцов представляет собой разнозерниствые пески и ракушу. Пробы из района Уральской Бороздины характеризуются более тонким составом и представлены пылеватыми суглинками. Из акватории Среднего Каспия, прилегающей к побережью Дегестана пробы осадков относятся к песчанистым супесям. В северо-западной части исследованного района, прилегающей к дельте Волги и устью Урала пески кварцевые. При удалении от береговой черты растет доля карбонатного материала, вплоть до практически мономинеральных карбонатных песков и чистой ракуши. Содержание органического углерода в исследованных пробах лежит в основном в интервале 0,01-0,4 % (среднее 0,21%), более высокие содержания приурочены к Уральской Бороздине (до 0,9%) и Дагестанскому побережью (до 1,7 %). Этот показатель коррелирует с гранулометрическим составом - более тонкие осадки содержат больше Сорг. Доля супесчаных и суглинистых осадков в исследованной выборке невелика (менее 20 %), что позволяет рассматривать изучавшийся материал как в целом однородный.

Первый этап работ проводился на кафедре органической химии МГУ. Исследовались 90 образцов осадков, отобранных в 2001-2002 гг. по сети станций на Северном Каспии. Исследования осадков на содержание органических загрязняющих веществ проводили методом хроматомасс-спектрометрии по методике Агенства по охране окружающей среды США (патент N 8270).

Процедура подготовки проб к анализу: ~30 г предварительно высушенных при комнатной температуре донных отложений трижды экстрагировали 30 мл дихлорметана с помощью ультразвуковой бани "Cole Parmer" 8890. Экстракты объединяли, концентрировали до объема ~2 мл и наносили на колонку с активированным силикагелем. В качестве элюента использовали 30 мл гексана. Элюат концентрировали до объема 1мл. Дальнейший анализ образцов проводили на квадрупольном хроматомасс-спектрометре Finnigan SSQ 7000.

Условия газохроматографического анализа: объем вводимой в инжектор хроматографа пробы - 1 мl, газ-носитель - гелий, скорость гелия 33 см/сек, температура инжектора 250^oС. В ходе анализа использовалась капиллярная кварцевая колонка НР-5 длиной 30 м. Режим нагревания колонки: время задержки 4 мин. → начальная температура 50^oС → скорость изменения программируемой температуры термостата колонок 8^oС/мин. → конечная температура 300^oС при изотермическом режиме 10 мин, время съемки 45 мин. Условия масс-спектрометрического анализа: энергия ионизации - 70 еV, диапазон сканируемых масс 10-700 дальтон.

Для качественного анализа ингредиентов использовали библиотеку масс-спектров WILEY и известные процессы фрагментации органических соединений под электронным ударом. Для надежной идентификации приоритетных загрязняющих веществ использовали также времена удерживания, которые определяли по стандартным смесям: приоритетные полулетучие загрязняющие вещества (НР 8500-5998), полихлорированные бифенилы (Supelco 4-82246), хлорорганические пестициды (Supelco 4-8858).

Количественный анализ проводили по методу внутренних стандартов. Расчет количества анализируемого вещества в пробе проводился по формуле:

где С_в - количество анализируемого соединения в пробе, S_в - площадь пика (в условных единицах) анализируемого соединения, RF - фактор отклика, С_ст - количество введенного внутреннего стандарта, S_ст - площадь пика внутреннего стандарта.

Второй этап работ проводился на кафедре геологии и геохимии горючих ископаемых. Исследовались 40 проб донных отложений Северного и Среднего Каспия (коллекция 2004 г.) на содержание в них основных УВ-биомаркеров. В ходе работы использовался магнитный хроматомасс-спектрометр высокого разрешения Thermo Finnigan MAT 900XP GS/MS/DS, позволяющий выполнять анализ органических соединений с высокой разрешающей способностью в отношении атомных масс (до 0.0001 атомной массы водорода), идентифицировать соединения с концентрациями до 10^-15 грамм.

Процедура подготовки проб к анализу осуществлялась следующим образом: 150 г предварительно высушенных при комнатной температуре донных отложений трижды экстрагировали хлороформом с помощью ультразвуковой бани. Экстракты объединяли, концентрировали до объема ~2 мл и наносили на колонку с активированным силикагелем. В качестве элюента использовали гексан. Элюат концентрировали до объема 1мл, после чего вводили в хроматограф 1мl исследуемого вещества.

В ходе хроматомасс-спектрометрического анализа в качестве газа-носителя служил гелий (скорость 30 см/сек), температура инжектора составляла 250^oС. Для деления экстракта использовалась капиллярная кварцевая колонка длиной 60 м при внутреннем диаметре 0,25 мм с 15 мm слоем фазы DB-1701 (14% цианопропилфенилсиликон). Режим нагревания колонки: время задержки 6 мин → начальная температура 60^oС → скорость изменения программируемой температуры термостата колонок 4^oС/мин → конечная температура 300^oС при изотермическом режиме 30 мин, время съемки 77 мин. Условия масс-спектрометрического анализа: ионизирующее напряжение источника - 70eV, диапазон сканируемых масс - 50-700 дальтон, температура ионного источника - 250^oС.

Компьютерная обработка полученных результатов проводилась в системе X-Calibur. Для идентификации соединений использовалась библиотека масс-спектров WILEY и NIST, а также данные процессов масс-фрагментации.

Дальнейшая обработка и интерпретация полученных данных производились в програмных средах Grapher 5, Surfer3.2, Arc View.