Используется хроматография

Газы рудных и нерудных месторождений (шахты, штольни и др.). Наиболее опасными компонентами являются углеводороды (в основном метан), которые создают пожаро-взрывоопасные ситуации. Опасны и высокие концентрации (более 0,5-1 % ) СО₂ - удушающее воздействие из-за недостачи кислорода. Могут присутствовать окись углерода, сероводород, окислы азота и др. экологически опасные газы. Указанные газы создают экологически опасные ситуации не только в закрытых (подземные разработки), но и в открытых разработках, особенно в глубоких плохо вентилируемых карьерах.

Вулканические газы - в основном сероводород, водород, СО₂, пары кислот. Выброс СО₂ со дна озера Киви привел к гибели большого количества людей в поселке на берегу озера.

Нефтегазодобывающие предприятия - при бурении возможны выбросы газа и парообразных продуктов (углеводороды, сероводород).

Нефтегазоперерабатывающие предприятия - выделение в атмосферу углеводородов, сероводорода и др.; вредные газы (окись углерода, продукты неполного сгорания углеводородов и др.) при сжигании попутного газа на скважинах и сброс газов на предприятиях (факелы).

Полигоны и свалки бытовых и промышленных отходов - выделение в атмосферу СН₄ и СО₂ (основные), сероводорода, окислов азота и др.; «загрязнение» горючими газами грунтов - опасности при застройке территорий.

Газы городов и предприятий. Автотранспорт - окислы азота, окись углерода. Металлургические предприятия, мусоросжигающие заводы, заводы, коксовые батареи и т.д.

Исходя из характера исследуемого объекта и решаемой задачи, используются для анализа различные модификации метода газовой хроматографии.

Природные газы

Условия образования природных газов исключительно разнообразны. Это - химические реакции, взаимодействие на породу высоких температур и давлений, радиоактивный распад, биохимические превращения веществ и т.д. Вернадский дает первую классификацию газов: 1. Газы земной поверхности, входящие в состав атмосферы; 2. газы, связанные с высокой температурой (магматические, вулканические); 3. Газы земной коры скопления и рассеянные газы пород. Соколов В.А. по химическому составу выделяет три группы газов: 1, газы углеводородные; 2. Газы углекислые; 3. Газы азотистые. К настоящему времени предлагаются различные классификации газов по условиям происхождения и нахождения и наиболее полной можно считать классификацию Соколова В.А., которая приводится ниже.

Во всех группах газов присутствуют газы радиогенного происхождения (гелий, аргон, радон и др.), а также газы, образующиеся при воздействии радиоактивного излучения на вещество. Газы химического происхождения образуются в результате химического взаимодействия веществ, в том числе при преобразовании органического вещества пород. Биохимические газы образуются при различных биохимических процессах - микробиологических, биогенных и др.

Атмосфера имеет азотно-кислородный состав и содержит 78% азота, 21% кислорода, 0,93% аргона, 0,04% СО₂, 2.10^-4% СН₄, 5.10^-5% водорода, в незначительных количествах присутствуют гелий, сероводород, аммиак, хлор, окись углерода и др. газы. В формировании микрокомпонентного состава воздуха большую роль играют почва и растительный покров - биохимические процессы в почве и растительном покрове. Большие количества СО₂, CO, SO_2, Cl₂, H₂S, HCl, NH₃ и др. газов поступают при активизации вулканических процессов. В значительных количествах в атмосферу поступают техногенные газы (особенно в промышленных районах), такие как СО, SO₂, NH₃, CH₄, окислы азота и др. газы.

Классификация природных газов (по Соколову В.А.)

Типы газов Основные компоненты Происхождение

1. Атмосферные N₂, O₂, Ar, CO₂ Смесь газов химического,

биохимического и радио-

генного происхождения

2. Газы земной поверх-

ности и водоемов,

почвы и подпочвы CO₂, N₂, O₂ и др. Преимущественно биохи-

мического и обмен с ат-

мосферой

болотные и торфяные CH₄, CO₂, N₂ Преимущественно биохи-

мического

морских осадков СO₂, CH₄, N₂ Преимущественно биохи-

мического

3. Газы осадочных пород: СH₄, CO₂, H₂ Химического происхожде-

нефтяных и газовых мес- тяжелые углеводо- ния - пробразование орга-

роды месторождений, рассеянные газы нического вещетва пород

газы

4. Газы метаморфичес-

ких пород CO₂, H₂ , CH₄ Химического происхож-

дения

5. Газы гранитной базаль- СО₂, Н₂ Химического происхож-

товой оболочек дения

6. Вулканические газы СО₂, Н₂ Химического происхож-

дения

Формирование почвенных газов в основном обусловлено протекающими в ней биохимическими процессами. Основными компонентами почвенных газов являются азот, углекислота, кислород, могут присутствовать метан, окислы азота, летучие органические соединения (органические кислоты, спирты, ацетон и др.).

Болотные и иловые газы водоемов формируются в результате биохимических процессов разложения органических веществ, в результате чего образуются метан, углекислота, азот и др. соединения.

Газы осадочных пород содержат в основном в различных количествах метан, азот, углекислоту, тяжелые углеводороды. Одним из основных процессов формирования газов осадочных отложений является преобразование захороненного органического вещества, в результате чего образуются углеводородные газы ( метан, тяжелые углеводороды - этан, пропан, бутан, пентан, гексан и др.) и нефть. За счет этих продуктов преобразования формируются нефтяные и газовые месторождения. .

Особо следует остановиться на углеводородах, которые могут являться одним из основных загрязнителей окружающей среды - загрязнение среды при разведке и эксплуатации месторождений нефти и газа, аварийные ситуации на месторождениях, сжигание попутного газа факелами, выбросы нефтеперегонных заводов, захоронения органических отходов и другие объекты. Кроме того некоторые месторождения нефти и газа (Прикаспийская впадина) содержат высокие концентрации сероводорода, что опасно при разработке таких месторождений и переработке этого сырья.

Необходимо отметить, что метан образуется как микробиологическим путем при разложении органических веществ, как и химическим путем при преобразовании органических веществ в условиях повышенных температур и давления. Так огромные количества метана (биогаз) образуются микробиологическим путем на объектах захоронения органических отходов на свалках и полигонах бытовых отходов, что создает трудности использования таких территорий для хозяйственных нужд (пожаровзрывоопасность) и загрязняет приземный воздух.

Вулканические извержения выбрасывают в атмосферу огромные количества углекислоты, сернистого газа, окиси углерода, водорода, паров соляной кислоты и других газообразных и парообразных компонентов.

Некоторые сведения по природным газам

Углеводороды

Метан СН₄ - газообразный углеводород, образуется при микробиологических процессах в анаэробных условиях (почва, объекты захоронения бытовых отходов, илы и осадки водоемов, в осадочных породах до глубин 1000-1200 м) и химическим путем при повышенных температурах и давлениях (осадочные породы, нефтегазовые месторождения и т.д.

Этан С₂Н₆ -газообразный углеводород, образуется при химических процессах преобразования органического вещества - нефтегазовые месторождения.

Пропан С₃Н₈ - газообразный углеводород, образуется при химических процессах преобразования органического вещества, постоянно присутствует в нефтегазовых месторождениях.

Бутан С₄Н₁₀ - газообразный углеводород, образуется при химических процессах преобразования органического вещества, постоянный присутствует в нефтегазовых месторождениях.

Пентан С₅Н₁₂ - жидкий при нормальных условиях - в воздухе присутствует его пары в повышенных количествах, образуется при преобразовании органического вещества, присутствует в нефтяных и газоконденсатных месторождениях. Один из основных компонентов бензина.

Гексан С₆Н₁₄- жидкий при нормальных условиях - в воздухе пары гексана, образуется при преобразовании органического вещества, присутствует в нефтяных и газоконденсатных месторождениях. Один из основных компонентов бензинов.

Другие углеводороды (октан, декан, бензол, толуол и др.) - в природных условиях постоянно присутствуют в нефтяных и газовых месторождениях.

Все перечисленные соединения пожаро-взрыво-опасны при повышенных концентрациях (выше 3-5 %), экологически вредные компоненты окружающей среды, источники загрязнения - месторождения нефти и газа (аварийные выбросы при разведке и эксплуатации), нефтеперабатывающие предприятия, нефтепроводы, объекты захоронения бытовых и промышленных отходов и др.

В настоящее время основным методом изучения природных газов и летучих веществ является хроматографический.

Литература

Д.Хант. Геохимия и геология нефти и газа. Москва, изд «Мир», 1982 г.

Физико-химические методы анализа. Практическое руководство., под редакцией Алесковского В.Б., Ленинград «Химия», 1988 г.

Гольберт К.А., Вигдергауз М.С. Курс газовой хроматографии. Изд. «Химия», Москва, 1974 г.

Руководство по газовой хроматографии.- Под ред. Э. Лейбница и Х. Штруппе. М., «Мир», 1988.