Применение углеродного монолита из вспененного графита для сорбции и последующего хроматографического определения летучих органических соединений в почвенном воздухе

Показана потенциальная возможность использования нового монолитного материала на основе графена, разработанного на химическом факультете МГУ имени М. В. Ломоносова, для поиска новых нефтяных залежей или ответвлений, примыкающих к уже зарегистрированному месторождению, методом площадной геохимической съемки. Проведена сорбция летучих органических соединений (ЛОС) из почвенного воздуха на полигоне с использованием двух сорбентов (Tenax-TA, традиционно применяемого для подобного анализа, и углеродного сорбента) с последующим определением методом газовой хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием и термодесорбционным способом ввода пробы (ТД/ГХ/МС). Новый материал поглощает большее количество углеводородов (н-алканов и моноароматических соединений) в диапазоне от C₈ до C₁₆, причем интенсивность пиков также выше, чем в случае Tenax-TA. Для ЛОС от C₁₇ и выше наблюдается явление необратимой сорбции, однако концентрация таких веществ в почвенном воздухе мала из-за низких давлений их насыщенных паров при нормальных условиях, т.е. хроматограмма, полученная с использованием углеродного монолита, лучше отражает макрохарактеристики месторождения. Для увеличения чувствительности определения соединений предварительно оптимизировали условия термодесорбции: выбрали значения скорости потока продувочного газа через образец сорбента и времени десорбции соединений для получения наибольшей площади пиков. Проведена процедура регенерации образцов сорбентов с целью их повторного применения. Поскольку Tenax-TA разлагается при более низких температурах, чем углеродный сорбент, его не удается очистить полностью в отличие от углеродного монолита. Таким образом, новый сорбент не только пригоден для многократного использования, но еще и дешевле, чем импортный полимер, поскольку изготавливается только из отечественных материалов.

1. Алексеев А., Авдеев М., Удалова Т. Оптимальная разведка / Сибирская нефть. 2019. Т. 1. № 158. С. 44 – 50.

2. Пат. РФ № 2499285. Хисамов Р. С., Войтович С. Е., Чернышова М. Г. и др. Способ поиска залежи углеводородов на основе принципа пассивной адсорбции. Заявл. 31.10.2012, опубл. 20.11.2013.

3. Бадикова А. Д., Рулло А. В., Аблеев Р. И. и др. Сорбция углеводородных сорбатов, типичных для нефтяных месторождений, на поверхности полимерного адсорбента Tenax / Вестн. Башкирского ун-та. 2018. Т. 23. № 4. С. 1074 – 1078.

4. Юшкетова Н. А., Поддубный В. А. Метод пассивного отбора проб для мониторинга химического загрязнения атмосферного воздуха. Ч. 2. Практические аспекты (обзор) / Экологические системы и приборы. 2007. № 3. С. 15.

5. Cieślik E., Fabiañska M. J. Preservation of geochemical markers during co-combustion of hard coal and various domestic waste materials / Sci. Total Environ. 2021. Vol. 768. Article 144638. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.144638

6. Чемоданов А. Е., Вахин А. В., Ситнов Д. А. и др. Групповой состав нефти и методы его изучения: учебно-методическое пособие. — Казань: Казанский федеральный университет, 2018. — 21 с.

7. Hoffman A., Wormann H. Direct thermal desorption of soils for trace analysis of PAHs and PCBs with capillary GC-MS / Pittsburgh Conf. on Anal. Chem. and Appl. Spectrosc. 1995. P. 831.

8. Бурцев М. И. Поиски и разведка месторождений нефти и газа. — М.: Изд-во РУДН, 2006. — 263 с.

9. Hafkenscheid T., Fromage-Mariette A., Goelen E., et al. Review of the application of diffusive samplers in the European Union for the monitoring of nitrogen dioxide in ambient air. — Luxembourg: European Commission, 2009. — 79 p.

10. Ott W. R., Steinemann A. C., Wallace L. A. Exposure Analysis. — Boca Raton: CRC Press, 2006. P. 534.

11. Ho S. S. H., Chow J. C., Watson J. G., et al. Influences of relative humidities and temperatures on the collection of C2 – C5 aliphatic hydrocarbons with multi-bed (Tenax TA, Carbograph 1TD, Carboxen 1003) sorbent tube method / Atmos. Environ. 2017. Vol. 151. P. 45 – 51. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2016.12.007

12. ГОСТ Р ИСО 16017-2–2007. Воздух атмосферный, рабочей зоны и замкнутых помещений. Отбор проб летучих органических соединений при помощи сорбционной трубки с последующей термодесорбцией и газохроматографическим анализом на капиллярных колонках. Ч. 2. Диффузионный метод отбора проб. — М.: Стандартинформ, 2008. — 40 с.

13. Бадикова А. Д., Рулло А. В., Аблеев Р. И. и др. Углеродный адсорбент в составе модуль-сорбера для исследования пассивной адсорбции углеводородов из модели нефти Баклановского месторождения / Башкирский хим. журн. 2019. Т. 26. № 4. С. 32 – 38. DOI: 10.17122/bcj-2019-4-32-38

14. Gallego E., Roca F. J., Perales J. F., Guardino X. Comparative study of the adsorption performance of an active multi-sorbent bed tube (Carbotrap, Carbopack X, Carboxen 569) and a Radiello diffusive sampler for the analysis of VOCs / Talanta. 2011. Vol. 85. N 1. P. 662 – 672. DOI: 10.1016/j.talanta.2011.04.043

15. Helmig D., Vierling L. Water adsorption capacity of the solid adsorbents Tenax TA, Tenax GR, Carbotrap, Carbotrap C, Carbosieve SIII, and Carboxen 569 and water management techniques for the atmospheric sampling of volatile Organic trace gase / Anal. Chem. 1995. Vol. 67. N 23. P. 4380 – 4386. DOI: 10.1021/ac00119a029

16. Другов Ю. С., Родин А. А. Пробоподготовка в экологическом анализе. — СПб.: Анатолия, 2002. — 755 с.