Structural group composition of dissolved organic matter in waters of thermokarst lakes of Bolshezemelskaya tundra

The relevance of the research is related to the intensive economic development of the Arctic part of the European North of Russia, which entails a sharp increase in anthropogenic pressure on vulnerable ecosystems of the Far North. At climate warming, melting of permafrost can provoke the formation of new thermokarst lakes and subsidence, which in its turn facilitates the removal of organic matter from peat into natural environments. The main aim is to reveal the features of composition of dissolved organic matter and its possible sources in the waters of thermokarst lakes of the Bolshezemelskaya tundra (near Naryan-Mar), with different water-mirror areas and at different stages of evolution. Methods. Analysis of the dissolved organic matter content in the waters of thermokarst lakes was carried out in the laboratory of georesources and the environment of Toulouse by the method of complete burning of dissolved organic carbon. In the laboratory of physicochemical methods of analysis of the Institute of Petroleum Chemistry of the SB RAS (Tomsk), by a three-step extraction at various pH the chloroformed concentrates were obtained. They contain dissolved organic matter. Organic structures were studied by Infrared spectroscopy. The structural-group composition of dissolved organic matter was determined by gas chromatography-mass spectrometry method. Results. Organic compounds in the waters of thermokarst lakes of Bolshezemelskaya tundra are mainly represented by hydrocarbons of aliphatic structure, carboxylic acid esters and aromatic compounds belonging to three homologous series. It was found, that low-molecular n-alkanes predominate in the small acid lake BZ-12, the main sources are bacteria, lower plants (unicellular algae) and phytoplankton. In the more mature and less acidic lake BZ-13, the main contribution belongs to higher terrestrial plants and coast marine algae. Phytoplankton also plays an important role in enriching water with dissolved organic matter. Accordingly, with evolution of the lake ecosy stem during recycling of a layer of peat sediments, the organic matters in waters are changed from the autochthonous to the allochthonnous

Composition of a soluble organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass

The relevance of this work is caused by the need to obtain information on chemical nature of organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass for determining its energy and chemical potential. The aim of the work is to characterize the composition of hydrocarbon and heteroorganic compounds of soluble organic matter in oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass. Methods of investigation: extraction, liquid-adsorption chromatography, IR spectroscopy, chromatography-mass spectrometry, two-dimensional gas chromatography with a time-of-flight mass spectrometric detection. Results. Using the complex of modern physicochemical methods of analysis, the authors have studied the chemical nature of soluble organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass. It was found out that the bitumoid under study is a complex mixture of hydrocarbon and heteroorganic compounds containing normal and isoprenoid alkanes, monocycloalkanes, steranes, gopans, triaromatic steroids, mono-, bi-, tri-, tetra-, penta- and hexacyclic aromatic hydrocarbons, including phenyl- and naphthene-substituted, and heteroaromatic components having nitrogen, sulfur, and oxygen atoms in their structures. The structures with the increased degree of aromaticity prevail. Benzo-derivatives of thiophene were identified among the sulfur compounds, while carbazoles, phenylquinolines and acridinones were found out among the nitrogenous ones. Organic oxygen compounds were represented by a broader set of structures. They contain aliphatic acids, aromatic ketones, benzo-derivatives of furan, hydroxyl-derivatives of phenanthrene, phenanthridine and fluorenone, which formation may be caused by the combined effect of microbiological and chemical processes. The results obtained allow considering the investigated oil shale as a raw material for production of valuable chemical products, in particular concentrates of aliphatic acids, which could be alternatives to expensive individual analogs

Structural group composition of dissolved organic matter in waters of thermokarst lakes of Bolshezemelskaya tundra

Актуальность исследования связана с интенсивным хозяйственным освоением арктической части Европейского Севера России, которое влечет за собой резкое увеличение антропогенной нагрузки на уязвимые экосистемы Крайнего Севера. В условиях потепления климата таяние вечной мерзлоты может провоцировать образование новых термокарстовых озер и просадок, что в свою очередь способствует выводу органического вещества из торфа в поверхностные воды. Цель исследования: выявление особенностей состава растворенного органического вещества и его возможных источников в водах термокарстовых озер, расположенных на одном из ключевых участков исследований Большеземельской тундры (вблизи г. Нарьян-Мар), имеющих разные площади водного зеркала и находящихся на разных этапах развития. Методы. Анализ содержания растворенного органического углерода в водах термокарстовых озер был выполнен в лаборатории георесурсов и окружающей среды г. Тулузы методом полного сжигания растворенного органического углерода. В лаборатории физико-химических методов исследования Института химии нефти СО РАН (г. Томск) методом трехступенчатой экстракции при различных рН были получены хлороформные концентраты, содержащие растворенные органические вещества. Концентраты изучались методом инфракрасной спектроскопии для установления условного содержания структур органических веществ. Методом хромато-масс-спектрометрии был определен структурно-групповой состав растворенных органических веществ. Результаты. Органические соединения в водах термокарстовых озер Большеземельской тундры представлены в основном углеводородами алифатического строения, сложными эфирами карбоновых кислот и ароматическими соединениями, принадлежащими трем гомологическим рядам. Установлено, что в малом кислом озере BZ-12 преобладают низкомолекулярные н-алканы, основными источниками которых являются низшие растения (одноклеточные водоросли) и фитопланктон. В более зрелом и менее кислом озере BZ-13 н-алканы представлены длинными молекулярными цепями, характерными для высших наземных растений и прибрежно-морских водорослей. Установлено, что с развитием экосистемы озера при переработке слоя торфяных осадков в водах озер происходит смена органического вещества с автохтонного на аллохтонное.The relevance of the research is related to the intensive economic development of the Arctic part of the European North of Russia, which entails a sharp increase in anthropogenic pressure on vulnerable ecosystems of the Far North. At climate warming, melting of permafrost can provoke the formation of new thermokarst lakes and subsidence, which in its turn facilitates the removal of organic matter from peat into natural environments. The main aim is to reveal the features of composition of dissolved organic matter and its possible sources in the waters of thermokarst lakes of the Bolshezemelskaya tundra (near Naryan-Mar), with different water-mirror areas and at different stages of evolution. Methods. Analysis of the dissolved organic matter content in the waters of thermokarst lakes was carried out in the laboratory of georesources and the environment of Toulouse by the method of complete burning of dissolved organic carbon. In the laboratory of physicochemical methods of analysis of the Institute of Petroleum Chemistry of the SB RAS (Tomsk), by a three-step extraction at various pH the chloroformed concentrates were obtained. They contain dissolved organic matter. Organic structures were studied by Infrared spectroscopy. The structural-group composition of dissolved organic matter was determined by gas chromatography-mass spectrometry method. Results. Organic compounds in the waters of thermokarst lakes of Bolshezemelskaya tundra are mainly represented by hydrocarbons of aliphatic structure, carboxylic acid esters and aromatic compounds belonging to three homologous series. It was found, that low-molecular n-alkanes predominate in the small acid lake BZ-12, the main sources are bacteria, lower plants (unicellular algae) and phytoplankton. In the more mature and less acidic lake BZ-13, the main contribution belongs to higher terrestrial plants and coast marine algae. Phytoplankton also plays an important role in enriching water with dissolved organic matter. Accordingly, with evolution of the lake ecosy stem during recycling of a layer of peat sediments, the organic matters in waters are changed from the autochthonous to the allochthonnous

Composition of a soluble organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass

Актуальность работы обусловлена необходимостью получения информации о химической природе органического вещества горючих сланцев Дмитриевского месторождения Кузбасса для определения их энергетического и химического потенциала. Цель работы: охарактеризовать состав углеводородных и гетероорганических соединений растворимого органического вещества горючего сланца Дмитриевского месторождения Кузбасса. Методы исследования: экстракция, жидкостно-адсорбционная хроматография, ИК спектроскопия, хромато-масс-спектрометрия, двумерная газовая хроматография с времяпролетным масс-спектрометрическим детектором. Результаты. С использованием комплекса современных физико-химических методов анализа детально исследована химическая природа растворимого органического вещества горючего сланца Дмитриевского месторождения Кузбасса. Установлено, что исследуемый битумоид является сложной смесью углеводородных и гетероорганических соединений, в составе которых присутствуют нормальные и изопреноидные алканы, моноциклоалканы, стераны и гопаны, триароматические стероиды, моно-, би-, три-, тетра-, пента- и гексациклические ароматические углеводороды, в том числе фенил- и нафтенозамещенные, и гетероароматические компоненты, содержащие в структуре атом азота, серы и кислорода. Преобладают структуры с повышенной степенью ароматичности. Среди сернистых соединений установлены бензопроизводные тиофена, среди азотистых - карбазолы, фенилхинолины и акридиноны. Кислородорганические соединения представлены более широким набором структур. В их составе идентифицированы алифатические кислоты, ароматические кетоны, бензопроизводные фурана, гидроксипроизводные фенантрена, фенантридина и флуоренона, образование которых может быть обусловлено суммарным действием микробиологических и химических процессов. Полученные результаты позволяют рассматривать исследуемый сланец как сырье для производства ценных химических продуктов, в частности концентратов алифатических кислот - заменителей дорогостоящих индивидуальных аналогов.The relevance of this work is caused by the need to obtain information on chemical nature of organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass for determining its energy and chemical potential. The aim of the work is to characterize the composition of hydrocarbon and heteroorganic compounds of soluble organic matter in oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass. Methods of investigation: extraction, liquid-adsorption chromatography, IR spectroscopy, chromatography-mass spectrometry, two-dimensional gas chromatography with a time-of-flight mass spectrometric detection. Results. Using the complex of modern physicochemical methods of analysis, the authors have studied the chemical nature of soluble organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass. It was found out that the bitumoid under study is a complex mixture of hydrocarbon and heteroorganic compounds containing normal and isoprenoid alkanes, monocycloalkanes, steranes, gopans, triaromatic steroids, mono-, bi-, tri-, tetra-, penta- and hexacyclic aromatic hydrocarbons, including phenyl- and naphthene-substituted, and heteroaromatic components having nitrogen, sulfur, and oxygen atoms in their structures. The structures with the increased degree of aromaticity prevail. Benzo-derivatives of thiophene were identified among the sulfur compounds, while carbazoles, phenylquinolines and acridinones were found out among the nitrogenous ones. Organic oxygen compounds were represented by a broader set of structures. They contain aliphatic acids, aromatic ketones, benzo-derivatives of furan, hydroxyl-derivatives of phenanthrene, phenanthridine and fluorenone, which formation may be caused by the combined effect of microbiological and chemical processes. The results obtained allow considering the investigated oil shale as a raw material for production of valuable chemical products, in particular concentrates of aliphatic acids, which could be alternatives to expensive individual analogs

Composition of a soluble organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass

Актуальность работы обусловлена необходимостью получения информации о химической природе органического вещества горючих сланцев Дмитриевского месторождения Кузбасса для определения их энергетического и химического потенциала. Цель работы: охарактеризовать состав углеводородных и гетероорганических соединений растворимого органического вещества горючего сланца Дмитриевского месторождения Кузбасса. Методы исследования: экстракция, жидкостно-адсорбционная хроматография, ИК спектроскопия, хромато-масс-спектрометрия, двумерная газовая хроматография с времяпролетным масс-спектрометрическим детектором. Результаты. С использованием комплекса современных физико-химических методов анализа детально исследована химическая природа растворимого органического вещества горючего сланца Дмитриевского месторождения Кузбасса. Установлено, что исследуемый битумоид является сложной смесью углеводородных и гетероорганических соединений, в составе которых присутствуют нормальные и изопреноидные алканы, моноциклоалканы, стераны и гопаны, триароматические стероиды, моно-, би-, три-, тетра-, пента- и гексациклические ароматические углеводороды, в том числе фенил- и нафтенозамещенные, и гетероароматические компоненты, содержащие в структуре атом азота, серы и кислорода. Преобладают структуры с повышенной степенью ароматичности. Среди сернистых соединений установлены бензопроизводные тиофена, среди азотистых - карбазолы, фенилхинолины и акридиноны. Кислородорганические соединения представлены более широким набором структур. В их составе идентифицированы алифатические кислоты, ароматические кетоны, бензопроизводные фурана, гидроксипроизводные фенантрена, фенантридина и флуоренона, образование которых может быть обусловлено суммарным действием микробиологических и химических процессов. Полученные результаты позволяют рассматривать исследуемый сланец как сырье для производства ценных химических продуктов, в частности концентратов алифатических кислот - заменителей дорогостоящих индивидуальных аналогов.The relevance of this work is caused by the need to obtain information on chemical nature of organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass for determining its energy and chemical potential. The aim of the work is to characterize the composition of hydrocarbon and heteroorganic compounds of soluble organic matter in oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass. Methods of investigation: extraction, liquid-adsorption chromatography, IR spectroscopy, chromatography-mass spectrometry, two-dimensional gas chromatography with a time-of-flight mass spectrometric detection. Results. Using the complex of modern physicochemical methods of analysis, the authors have studied the chemical nature of soluble organic matter of oil shale from the Dmitrievskoye deposit of Kuzbass. It was found out that the bitumoid under study is a complex mixture of hydrocarbon and heteroorganic compounds containing normal and isoprenoid alkanes, monocycloalkanes, steranes, gopans, triaromatic steroids, mono-, bi-, tri-, tetra-, penta- and hexacyclic aromatic hydrocarbons, including phenyl- and naphthene-substituted, and heteroaromatic components having nitrogen, sulfur, and oxygen atoms in their structures. The structures with the increased degree of aromaticity prevail. Benzo-derivatives of thiophene were identified among the sulfur compounds, while carbazoles, phenylquinolines and acridinones were found out among the nitrogenous ones. Organic oxygen compounds were represented by a broader set of structures. They contain aliphatic acids, aromatic ketones, benzo-derivatives of furan, hydroxyl-derivatives of phenanthrene, phenanthridine and fluorenone, which formation may be caused by the combined effect of microbiological and chemical processes. The results obtained allow considering the investigated oil shale as a raw material for production of valuable chemical products, in particular concentrates of aliphatic acids, which could be alternatives to expensive individual analogs