Исследование органических веществ минеральных вод юго-запада России

_Title Исследование органических веществ минеральных вод юго-запада России
_Author
_Keywords

Бехтерев В.Н., Кабина Е.А., Чехова Т.М., Колотилов П.Н., Рыжков Н.Т., Георгиади-Авдиенко К.А.
НИЦ курортологии и реабилитации, г. Сочи

Среди лечебных природных ресурсов подземные минеральные воды занимают особое лидирующее по-ложение. Их существованию обязаны многие известные отечественные и зарубежные курорты.
К настоящему времени, с использованием минеральных вод в лечебных целях, уже установлена роль многих растворенных веществ. Применение их основано, главным образом, на наличии биологически активных компонентов химического и газового состава. Вместе с тем, если физиологическая роль неорганической составляющей была предметом пристального изучения медицины с самого начала, то изучение природных органических веществ минеральных вод получило серьезный импульс только во второй половине прошлого столетия с активным развитием инструментальных физико-химических методов анализа. Поскольку это позволило резко расширить аналитические возможности ученых: снизить предел обнаружения, повысить чувствительность и информативность, селективность, точность, достоверность исследований.

Химический состав природных подземных вод является отражением условий и процессов, происходящих в атмосфере, на поверхности земли и в подземной гидросфере. Проблемы качества и рациональное использование гидроминеральных ресурсов курортов и рекреационных зон Юго-запада России приобретают для страны особую актуальность в новых геополитических и экономических условиях.

Природное органическое вещество в применяемых лечебных минеральных водах, обладая более сложным молекулярным строением по сравнению с неорганическими компонентами, есть продукт естественного химического (абиотического) и биохимического синтеза. Его содержание в используемых подземных лечебных минеральных водах обычно не превышает 50мг/дм3. Тем не менее, растворенные натуральные органические соединения являются, своего рода, будущими «кирпичиками» живой материи и могут, следовательно,  также как и минеральная неорганическая составляющая, определять физиологическую активность воды. Яркие примеры такого рода есть. Это и знаменитая вода «Нафтуся» курорта Трускавец (Украина), минеральные воды «Галааты» (Азербайджан), лечебная вода скважины 4 «Апшеронск» Краснодарского края (Россия) и др. Качественный состав и количественное содержание органических веществ в подземных водах зависит от многих природных факторов и условий. Среди них следует отметить: содержание рассеянного органического вещества в горных породах, наличие нефтегазовых залежей, гидрогеологические, гидродинамические условия (активность водообмена, перфорации поверхностных вод и т.п.), минерализацию, температуру и химический состав подземных вод, окислительно-восстановительную обстановку, глубину их залегания, микробиологическую активность.

Особый научный интерес, на наш взгляд, представляют минеральные воды, обогащенные органическим веществом,  в состав молекул которых, наряду с углеродом, могут входить азот, фосфор, сера и т.п.
Таким образом, актуальным, с научной и практической точек зрения, представлялось исследование орга-нического вещества минеральных вод с целью:
- контроля техногенного загрязнения наблюдаемых месторождений подземных минеральных вод Краснодарского края и Ростовской области, установления тенденций развития экологической ситуации;
- выявления месторождений минеральных вод, обогащенных органическим веществом, перспективных для дальнейшего изучения растворенных природных органических соединений;
- получения более полной картины механизма формирования лечебных свойств изучаемых гидроминеральных систем на основе экспериментальных данных.
Объектами исследования минеральных вод Юго-запада России в Краснодарском крае служили:
- эксплуатируемые месторождения курортов федерального значения Сочи, Геленджик, Анапа, Горячий Ключ, Ейск;

- минеральные воды курортов местного значения и рекреационных зон, в т.ч. г. Апшеронск, г. Хадыженск, г. Лабинск, рабочий поселок Мостовской, рабочий поселок Псебай, ст. Отрадная, ст. Удобная (Отрадненский район); ст. Привольная (Каневской район), ст. Динская, пос. Кабардинка;
В Ростовской области был исследован ряд минеральных вод эксплуатируемых месторождений г. Ростов-на-Дону, г. Каменск-Шахтинский, г. Донецк, г. Цимлянск, г. Аксай, ст. Вешенская, ст. Кулиховская и т.д.

В анализируемых пробах воды определяли широкий спектр пестицидов и их метаболитов (около 60 на-именований), группу летучих с паром фенолов, сумму углеводородов, в т.ч. полярные и неполярные углеводороды, а также гумусовые кислоты. Выбор перечня определяемых токсичных органических компонентов обусловлен климато-геологическими условиями формирования рассматриваемых минеральных источников и хозяйственно-экономическими особенностями региона. Краснодарский край и Ростовская область отличаются развитым сельским хозяйством. Интенсификация сельскохозяйственного производства (1980-1990г.г.) сопровождалась широким применением химических средств регулирования роста и защиты растений. На Кубани, к примеру, использование ядохимикатов превышало 15 кг/га. По этой причине в 1990-1991г.г. нами регистриро-вались случаи проникновения остаточных количеств пестицидов и их метаболитов в некоторые минеральные источники на территории Краснодарского края.

Кроме того, необходимо отметить также, что Краснодарский край является регионом добычи, переработки нефти и транспортировки различных нефтепродуктов. В Ростовской области развита угледобывающая инфраструктура, машиностроение и электроэнергетика (Новочеркасская ГРЭС и др.) Широко представлены отрасли деревообрабатывающей (мебельная) и легкой промышленности, производства строительных материалов. В этой связи в осуществляемых исследованиях данному факту было уделено должное внимание – определяли суммарный показатель «содержание органических веществ», фенолы и ароматические углеводороды.
Наряду с этим, гидрогеологические условия формирования изучаемых минеральных систем (соседство с месторождениями  нефти, газа и угля) давали основание полагать о возможности присутствия природных растворимых органических соединений. Идентификация их и установление молекулярного строения является очень сложной физико-химической задачей. Поэтому на первом этапе весьма полезным и информативным было бы определение групповых суммарных показателей таких как «содержание органических веществ, экстрагируемых хлороформом», спектральных и хроматографических характеристик (ГЖХ и ВЭЖХ).

Гравиметрия, обычно применяемая в этом случае, имеет относительно невысокую чувствительность и селективность, однако получаемые данные весьма полезны для интерпретации результатов других анализов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что большая часть минеральных вод среди рассматриваемых источников характеризовалась низким содержанием органических веществ. Вместе с тем, есть и группа месторождений с относительно высокой концентрацией «растворенной органики». В Краснодарском крае это - “скв.4 Апшеронск”, “скв.2Т Абадзехская”, “скв.2Р Геленджик”, “скв.262 Геленджик”, “скв.5Э Анапа”, “скв.1Л-бис Анапа”, “скв.11 Анапа”, “скв.20 Ейск”, “скв.21 Ейск”, “скв. Привольная” (неустойчиво), “скв.1РЭ Горячий Ключ”, “скв.21/2 Горячий Ключ”, “скв.112/2 Горячий Ключ”, “скв.58 Горячий Ключ”, “скв.1Л Лабинск”. В то же время, для месторождений минеральных вод Ростовской области характерно незначительное содержание органических веществ. На уровне следовых количеств они регистрировались в минеральной воде “источник Богатый, Ростов-на-Дону”. Было установлено, что метод гравиметрии дает значительные ошибки при анализе сульфидных (сероводородных) вод. В твердом осадке, как видно в микроскоп и подтверждает температура плавления осадка, при взвешивании присутствуют кристаллы элементарной серы желтого цвета.
Многолетние денные 1995-2004г.г., кроме того, демонстрируют, что содержание  извлекаемых хлоро-формом органических веществ (концентрация и фракционный состав)  в изучаемых объектах существенно зависит от сезонности, в частности, от количества атмосферных осадков.
В результате систематических наблюдений 1995-2004 гг. не установлено случаев проникновения оста-точных количеств пестицидов и их метаболитов из числа контролируемых лабораторией в подземные минеральные воды. Это, по всей видимости, отражает тенденцию сокращения масштабов использования химических средств защиты растений в крупных сельскохозяйственных предприятиях. Вместе с тем, следует отметить, что на фоне сокращения применения ядохимикатов в государственном и колхозном секторе возрастает их исполь-зование (в том числе и перечень) садоводами и фермерами, поскольку они стали общедоступными благодаря широкой торговой сети. Необходимость продолжения данных исследований по контролю за пестицидной загрязненностью природных гидроминеральных систем остается, поскольку до сих пор практически не изучены гидрохимические и гидродинамические закономерности проникновения данных токсикантов в подземные минеральные источники, неизвестны и экологические последствия такого воздействия на природу.

Исследования фенольных соединений в минеральных водах рассматриваемого региона, продолженные в 2004г., дали возможность выделить месторождения с их относительно высоким содержанием: скв.4 (Апшеронск) и скв.1 (Лабинск). Систематические наблюдения 1995-2004г.г. указывают на природное происхождение фенола и крезола. Варьирование их содержания в воде зависит от сезонного выпадения атмосферных осадков.
Перспективным с научной и практической точек зрения представляется также дальнейшее изучение ор-ганической составляющей минеральных вод, характеризующихся относительно высоким содержанием растворенных углеводородов.

Исследования ряда образцов воды методами капиллярной газовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии позволили обнаружить целую гамму природных органических веществ. Так, при исследовании сульфидных минеральных вод месторождения Мацеста (Сочи) парофазной экстракцией выделены гидрофильные органические соединения. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с ультрафиолетовой и масспектрометрической детекцией в их молекулярных структурах установлены фрагменты –C-S-, -C=S, -C-S-C-. В ближайшее время планом работы лаборатории предусмотрено приступить к изучению их химического строения. Актуально в этой связи применение современных хроматографических (прежде всего, хроматомас-спектрометрических), спектральных аналитических методов, капиллярного электрофореза, обладающих высо-кой чувствительностью, селективностью и информативностью. Установление фракционного состава органических соединений позволило бы установить их природу и механизм формирования естественной органической компоненты. Перспективой работы является фракционирование и выделение в индивидуальном виде обнаруженных природных органических веществ, установление их химического строения и биологической активности. Не исключено, что дальнейшие исследования могут изменить имеющиеся представления о механизме лечебного действия тех или иных традиционно используемых в курортной практике минеральных вод.