Методы исследования. 
Биогеохимические показатели катагенеза в органическом веществе и нафтидах

Основным методом изучения состава и распределения углеводородов биомаркеров является хроматомасс-спектрометрия [Peters, Moldowan, 2007; Петров, 1984; Каширцев, 2003 и др.]. Это комплексный компьютеризированный метод, в основе которого лежит определение отношения массы к заряду ионов при ионизации пробы. Хроматомасс-спектрометрия представляет собой комплексный метод исследования, с помощью которого можно получить представление о составе анализируемой пробы. Он применяется не только для определения состава нафтен-ароматической фракции, но и во многих других областях науки.

Рис. 1. Хромато-масс-спектрометрическая система [Чалая, Каширцев, 1997]:

1 — регулятор давления; 2 — испаритель пробы; 3 — капиллярная колонка; 4 — источник ионов; 5 — анализатор масс (квадруполь); 6 — электронный усилитель.

Рис. 2. Блок-схема масс-спектрометра, совмещенного с газовым хроматографом:

1 — ввод образца; 2 — источник электронов; 3 — ускоряющие пластины и щели; 4 — ионизационная камера; 5 — магнит с переменным полем; 6 — вакуумный насос; 7 — щель; 8 — ионная ловушка; 9 — усилитель и детектор сигнала [Чалая, Каширцев, 1997]).

Главное требование для проведения хроматомасс-спектрометрии — нужно чтобы молекула поддавалась ионизации. Но на сегодняшний день придумано огромное количество методов ионизации, так что этот метод можно использовать повсеместно. Использование масс-спектров позволяет точно определить состав исходной пробы, что является основным для нефтяной геохимии.

Стандартный хроматомасс-спектрометрический комплекс для исследования органического вещества состоит из газового хроматогрофа и масс-спектрометра, соединенных последовательно (рис. 1).

Проба при помощи шприца вводится в испаритель газового хроматографа, затем вымывается газом носителем в хроматографическую колонку, где разделяется на составляющие ее компоненты в соответствии со скоростями их перемещения через хроматографическую колонку (или временем удерживания). Разделение компонентов пробы происходит в соответствии с их массой или летучестью. После разделения в газовом хроматографе, частицы попадают в масс-спектрометр, где они бомбардируются пучками ионов. Такой вид ионизации молекул носит название «ионизация электронным ударом». Ионы, полученные таким способом, имеют в большинстве своем заряд +1. А так как они имеют различия в молекулярной массе, то они могут быть разделены. Дальше эти частицы попадают в устройство электронного захвата, где определяется относительное содержание каждого из ионов. Запись этого отношения выводиться на экране компьютера в виде гистограммы, которая называется масс-спектром. Масс-спектр отображает зависимость интенсивности сигнала детектора (ось Y) от отношения массы к заряду (m/z, ось X) для различных заряженных продуктов, образующихся при ионизации вещества. Поскольку при ионизации электронным ударом заряд z обычно равен единице, отношение m/z в данном случае отвечает массе иона. Соответственно, при ХМС-анализе вначале получают хроматограмму полного ионного тока (подобно ГЖХ). Затем с помощью масспектрометра происходит разделение полученных ионов на фрагменты с определенной массой и детектирование этих фрагментов — получение масс-спектра. В результате на масс-спектре отображаются по оси Х — времена удерживания компонентов смеси, а по оси Yинтенсивность сигнала от каждого из компонентов. Каждому пику на хроматограмме соответствует соединение или смесь близких по свойствам компонентов исследуемой смеси. Интенсивность электрического сигнала, отображаемого на оси Y и характеризующего пик на хроматограмме, пропорциональна концентрации в пробе соответствующего этому пику соединения.

Использование хроматомасс-спектрометрии — это основной метод для исследования нафтен-ароматической фракции нефтей и его значение для геохимии велико.