14.740.11.0952

АННОТАЦИЯ

на научно-исследовательскую работу по теме: «Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области химико-аналитического сопровождения рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды», выполненную в рамках Государственного контракта № 14.740.11.0952 от 29 апреля 2011 г.

Проект выполнен в рамках мероприятия 1.4. «Развитие внутрироссийской мобильности научных и научно-педагогических кадров путем выполнения научных исследований молодыми учеными и преподавателями в научно-образовательных центрах» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Проект направлен на создание условий для эффективного воспроизводства научных и научно-педагогических кадров и закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий посредствам проведения научных исследований в области наук о Земле, экологии и рациональном природопользовании.

Молодые ученые и преподаватели из 6-ти городов 5-ти субъектов Российской Федерации выполнили краткосрочные научно-исследовательские работы в области выявления, оценки, наблюдения и прогнозирования состояния окружающей среды; изучения и установления уровня техногенного загрязнения на фоне естественных флуктуаций и в интересах развития научно-методических основ аналитического контроля объектов окружающей среды в научно-образовательном центре ДВФУ «Рациональное природопользование, охрана окружающей среды и безопасность жизнедеятельности».

Использовано современное оборудование, на котором реализуются наиболее информативные и чувствительные физико-химические методы анализа сложных смесей органических соединений: жидкостная хроматография (LC), хромато-масс - спектрометрия (GCMS) и инфракрасная спектрометрия (IRS); многоэлементный анализ сложных матриц с использованием методов атомно-абсорбционной спектрометрии (ААS), атомно-эмиссионной спектрометрии (ICP), масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP/MS), рентгено-флуоресцентного анализа; а также методы определения различных ионов: капиллярный электрофорез, ионная хроматография, молекулярная спектрометрия.

Исследования молодых ученых и преподавателей были направлены на решение актуальных, значимых проблем и получение новых результатов в области естественных наук.

Целью научно-исследовательской работы преподавателя, аспиранта кафедры «Экологии, ресурсопользования и безопасности жизнедеятельности», члена Совета молодых ученых ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный университет» (г.Хабаровск) Черенцовой Анны Александровны является изучение техногенного воздействия золоотвалов на природную среду и обеспечение экологической безопасности в зоне их влияния. В рамках выполнения краткосрочной ПНИР выполнены экспериментальные исследования на содержание тяжелых металлов в почвенных пробах в зоне воздействия золоотвала ТЭЦ-3 г.Хабаровска и в золошлаковых отходах методами атомно-абсорбционной спектрометрии, рентгено-флуоресцентного анализа (раздел 3.1 настоящего отчета). Проведенные исследования позволят дать комплексную оценку почв в районе влияния золоотвала и могут быть положены в основу теоретического обоснования распределения в почвах тяжелых металлов, поступающих от золоотвала.

Изучение почв и почвенных ресурсов Дальнего Востока и их экологическая оценка – тематика основных научных исследований работающего над докторской диссертацией научного сотрудника Биолого-почвенного института ДВО РАН (г.Владивосток), к.б.н. Семаль Виктории Андреевны (раздел 3.2 настоящего отчета). Изучение фоновых показателей среды является важным научным направлением, имеющим как фундаментальную, так и прикладную ценность. Сведения о распределении, накоплении, трансформации органического и неорганического вещества в почвах дают возможность проведения экологической оценки процессов, происходящих на территориях, отличающихся как по природным условиям, так и по степени антропогенного воздействия. В рамках краткосрочной ПНИР выполнены исследования с целью комплексного изучения фоновых, не подверженных антропогенной нагрузке почв Дальнего Востока на примере образцов почв территории Лазовского государственного природного заповедника им. Л.Г.Капланова, отражающих типичный почвенный покров юго-восточных макросклонов Сихотэ-Алиня, а также для обоснования организации мониторинговых исследований почвенного покрова на территории заповедника. Было проанализировано 22 образца из 12 полных почвенных разрезов, репрезентативно представляющих территорию заповедника и формирующихся в разных экологических условиях (катенарное положение, различные типы леса, почвообразующих пород). Были получены результаты по физико-химическим свойствам почв (актуальная, потенциальная, гидролитическая кислотности, обменные основания, степень насыщенности), групповому составу гумуса, валовому составу почв, раскрывающие как глубокопроходящие, скрытые от глаза исследователя почвенные процессы, так и показывающие особенности почвообразующих факторов, действие которых отражается как в строении почвенного профиля, так и в физических, физико-химических и химических свойствах почв.

Изучение круговорота микроэлементов в экосистеме представляет собой один из центральных вопросов взаимоотношений между почвой, растительностью и человеком. В рамках проекта научным сотрудником Биолого-почвенного института ДВО РАН (г.Владивосток), к.б.н. Тимофеевой Яной Олеговной (раздел 3.3 настоящего отчета) изучен один из уникальных, регуляторных механизмов уровня содержания тяжёлых металлов в почвах – почвенные железо-марганцевые конкреции. На основании экспериментального материала, полученного с применением методов атомно-абсорбционной спектрометрии, эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, потенциометрии, показано, что в почвах железо-марганцевые конкреции выполняют роль своеобразных "ловушек" тяжёлых металлов и "контролируют" их перераспределение и миграцию в почвенной массе. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наряду с существенным превышением содержания валовой формы микроэлементов в железо-марганцевых конкрециях над почвенным уровнем степень их закрепления в конкрециях во многом зависит от протекающего процесса почвообразования и специфики самого элемента. Одни длительное время находятся в потенциально доступной и подвижной формах, другие входят в труднорастворимые соединения и прочно связаны с конкреционным веществом. Поглощение микроэлементов конкрециями усиливается при наличии дополнительного питающего источника. Данный факт следует учитывать при использовании почв в сельскохозяйственном производстве, так как некоторая часть микроэлементов, поступающая в почвы с удобрениями, накапливается в составе железо-марганцевых конкреций и становится совершенно недоступной для растений. Однако это утверждение не всегда справедливо для всего ряда исследованных элементов и может корректироваться в соответствии со специфичными локальными почвенными условиями.

Научные исследования аспиранта Института горного дела ДВО РАН (г.Хабаровск) Богомякова Романа Владимировича (раздел 3.4 настоящего отчета) посвящены решению актуальной проблемы извлечения благородных металлов из техногенных и илисто-глинистых фракций на примере золотосодержащей россыпи месторождения «Кремень», золотоносные пески месторождения «Колчан» Хабаровского края. Для решения поставленных задач в рамках краткосрочной ПНИР были выполнены экспериментальные исследования по извлечению тонкодисперсного золота гравитационными и гравитационно-флотационными методами, а также адсорбционной флотации золотосодержащих песков. Необходимость доизвлечения золота из отвалов должно определяться не только экономическими требованиями, но и учитывать интересы землепользователей и охрану окружающей среды и попутно извлекать техногенную ртуть, арсениды, цианиды и другие токсины. Количественный химический анализ материала илово-глинистых фракций месторождений «Кремень» и «Колчан» на содержание золота выполнен методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Основное направление научных исследований аспиранта Института горного дела ДВО РАН (г.Хабаровск) Прохорова Константина Валерьевича (раздел 3.5 настоящего отчета) - использование золошлаковых отходов в народном хозяйстве.  Объектом исследования явились углеродсодержащие отходы: зола и донные отложения золоотвалов ТЭЦ Хабаровского и Приморского краев. Эффективным способом сокращения отходов является их переработка с расширением номенклатуры товарной продукции. Приоритетное значение приобретает переработка на основе современных методов обогащения, а также контроль состава продуктов обогащения на аналитическом оборудовании с высокой точностью и воспроизводимостью результатов. Разнообразие химического и вещественного состава золошлаковых отвалов, как по основным компонентам, так и по элементам-примесям требует комплексного подхода к изучению техногенного сырья. Исследования Прохорова К.В. включают оценку возможности извлечения ценных компонентов из золы уноса ТЭЦ, разработку методов извлечения алюминия и железа, выявление возможных путей извлечения редких и благородных металлов; а также оценку химического состава золошлаковых отходов и как источника негативного воздействия на окружающую среду. Экспериментальные исследования состава и структуры техногенных отходов выполнены с применением методов атомно-абсорбционного, оптического эмиссионного с индуктивно-связанной плазмой, рентгено-флуоресцентного анализов. Выявлены миграции элементов в процессе обогащения, а так же остаточная концентрация тяжелых и ценных компонентов в хвостах обогащения, которые необходимо будет складировать на новое место, и которые будут влиять на окружающую среду.

Целью проводимых научным сотрудником лаборатории анализа природных катастроф Института морской геологии и геофизики ДВО РАН (г.Южно-Сахалинск) Ершовым Валерием Валерьевичем исследований является изучение связи между динамикой вещественного состава твердых, жидких и газообразных продуктов деятельности грязевых вулканов о. Сахалин и сейсмотектоническими процессами в регионе (раздел 3.6). Комплексное изучение вещественного состава доставленных молодым исследователем проб продуктов вулканической деятельности продуктов грязевулканической деятельности методами атомно-абсорбционной спектрометрии, спектрофотометрии и рентгено-флуоресцентного анализа позволит определить особенности физико-химических взаимодействий в специфической геохимической системе «вода-порода-газ», которой являются подводящие каналы грязевых вулканов, и проверить гипотезу о предложенном механизме связи. Результаты, полученные в рамках указанных исследований, необходимы, в частности, для разработки методики прогноза сильных землетрясений по данным наблюдений за деятельностью грязевых вулканов.

Аспирант Института химии ДВО РАН (г.Владивосток) Азарова Юлия Александровна выполняет исследования, направленные на решение актуальной задачи эффективного извлечения ионов благородных металлов из водных растворов. С этой целью в рамках краткосрочной ПНИР  Азарова Ю.А. исследовала сорбцию ионов золота, платины и палладия на азот- и серусодержащих  производных хитозана, полученных методом синтез в геле в Институте органического синтеза, г.Екатеринбург. Сорбционные емкости синтезированных сорбционных материалов определялись по разнице в начальной и равновесной концентрации ионов металлов, измерение которых выполнено методом атомно-абсорбционной спектроскопии. В ходе выполнения ПНИР подобраны условия для извлечения ионов переходных и благородных металлов, их селективного разделения на модифицированных сорбентах для аналитического концентрирования и извлечения ионов металлов из технологических растворов (раздел 3.7 настоящего отчета).

Область научных интересов доцента кафедры химии и химической технологии ГОУ ВПО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» (г.Комсомольск-на-Амуре), к.х.н. Шакировой Ольги Григорьевны - процессы комплексообразования тяжелых металлов с органическими лигандами. В ходе краткосрочной НИР Шакирова О.Г. методами УФ-спектрометрии и атомно-абсорбционной спектроскопии исследовала перспективы использования полиазотсодержащих органических соединений в процессах осадительного комплексообразования с ионами железа(II), кобальта(II), никеля(II) и кадмия(II) из промышленных сточных вод (раздел 3.8). Шакирова О.Г. входит в новосибирскую исследовательскую группу ученых под руководством д.х.н., проф. Лавреновой Л.Г. (г.н.с. ИНХ СО РАН), является соискателем докторской степени на стадии завершения написания диссертации. Результаты выполненных исследований войдут в состав ее работы и позволят ускорить защиту докторской диссертации.

Работа доцента кафедры «Экология» ВПО «Саратовский государственный технический университет» (г.Саратов), к.х.н. Дячук Ольги Александровны направлена развитие методов определение экотоксикантов в экологическом мониторинге окружающей среды, а именно - на улучшение аналитических характеристик люминесцентного метода определения полициклических ароматических углеводородов на целлюлозной матрице при ее модифицировании поверхностно-активными веществами. Выполненная ПНИР направлена на сравнительное изучение сорбционных свойств полярного сорбента – целлюлозы и неполярного сорбента – пенополиуретана (ППУ), применяемых в качестве матрицы для люминесцентного анализа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и нефтепродуктов (раздел 3.9 настоящего отчета).

Исследования, выполняемые аспирантом Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г.Владивосток) Еловским Евгением Васильевичем, посвящены развитию одного из наиболее успешных методов в атомной спектроскопии - масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП/МС). В рамках краткосрочной ПНИР Еловским Е.В. были выполнены исследования, направленные на учет и элиминирование масс-спектрометрических и матричных помех в методе масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (раздел 3.10 настоящего отчета). В ходе выполнения данного проекта были определены концентрации ряда микроэлементов в образцах природных вод. Экспериментальные исследования выполнены на приборе Agilent 7500c (Agilent Technologies, Inc., USA) с октопольной реакционной системой (первого поколения) подавления мешающих интерференционных влияний.

Цель работы, выполненной Федорец Ольгой Евгеньевной, аспирантом Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г.Владивосток), - изучение особенностей физико-химических условий образования позднемиоценовых и голоценовых щёлочно-базальт-трахитовых комплексов (магматических пород, образовавшихся в результате вулканической деятельности в позднемиоценовый и голоценовый геологические периоды). В рамках краткосрочной ПНИР Федорец О.Е. на примере Чанбайшанского вулканического ареала исследовала степень изменения пород вулкана Чанбайшань под влиянием различных факторов, химический состав в режиме флюидов (жидкие и газообразные легкоподвижные компоненты магмы или циркулирующие в земных глубинах, насыщенные газами растворы) (раздел 3.11 настоящего отчета).

Хвостохранилище, являясь накопителем отходов переработки различных руд, относится к числу экологически потенциально опасных инженерных объектов. За годы промышленного освоения на территории Приморского края создано большое количество предприятий горнорудной и перерабатывающей промышленности, которые определили весьма существенное и длительное техногенное воздействие на изменение состояния и свойств природных вод, как на локальных участках отдельных месторождений, так и в региональном плане. В свете этого актуальной является проблема изучения современного эколого-геохимического состояния подземных вод, комплексной оценки их качества, выявления основных пространственных особенностей, факторов формирования их состава (природных и техногенных). Аспирант Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г.Владивосток) Безроднова Мария Николаевна (раздел 3.12 настоящего отчета) исследовала состав поверхностных и подземных вод хвостохранилища п. Черемшан (Дальнегорский район Приморского края). Исследуемый объект находится в водостоке р. Черемуховая, которая впадает в бухту Рудная Японского моря и является репрезентативным примером хвостохранилищ Дальнегорского района. Результаты исследований показали, что содержание растворенных солей в исследуемых водах определяется природными условиями. Выявлено загрязнение подземных вод за счет выщелачивания тяжелых металлов и других токсичных элементов из хвостов, содержащихся в хвостохранилище.

Научные исследования аспиранта Тихоокеанского океанологического института им. В.И.Ильичева ДВО РАН Калинчука Виктора Васильевича направлены на изучение биогеохимических циклов тяжелых металлов в морской среде в районе воздействия свалки твердых бытовых отходов в бухте Горностай г.Владивостока (раздел 3.13 настоящего отчета). В ходе выполнения ПНИР изучен качественный и количественный состав тяжелых металлов в техногенных грунтах полигона ТБО, в депонирующих средах – в почвах на прилегающей территории, в донных осадках вдоль береговой линии в районе полигона. Проведена оценка степени вовлеченности одного из наиболее токсичных элементов – ртути – в биологический круговорот морской среды

Измерения содержания метана в донных осадках является важной частью геохимических исследований, направленных на установление распределения метана в системе «донные осадки - вода - атмосфера» для оценки регионального баланса метана. Изучение метана в воде и донных осадках морей Лаптевых и Восточно-Сибирское – тематика научных исследований аспиранта Тихоокеанского океанологического института им. В.И.Ильичева ДВО РАН Космача Денис Алексеевич  (раздел 3.14 настоящего отчета).  Выполнено определение  метана в донных осадках, полученных в комплексных океанографических экспедициях ТОИ ДВО РАН. Сектор исследований географически приурочен к юго-восточной акватории шельфа моря Лаптевых и прилегающей западной части шельфа Восточно-Сибирского моря (до устья реки Индигирка). Установлены закономерные изменения концентрации метана  в донных осадках, связанные с зональностью распределения органического вещества. Области накопления органического материала, сосредоточенные в прибрежной полосе, способны создавать участки с содержанием метана в воде и осадках значительно превышающие фоновые для данного района. Изотопные исследования органического вещества в областях выявленных аномалий указывают на его терригенное происхождение и определяющую роль речного выноса и береговой эрозии высокольдистых берегов в газогеохимии прибрежных шельфовых вод изучаемого региона.

Исследования, выполняемые аспирантом Тихоокеанского океанологического института им. В.И.Ильичева ДВО РАН Сизовой Лилией Анатольевной направлены на решение актуальной задачи  создания эффективных гепатопротекторных средств на основе природных антиоксидантов полифенольной природы. В ходе выполнения краткосрочной ПНИР Сизова Л.А. выделила полифенольный комплекс из слоевищ  Ламинарии Японской (Laminaria japonic), определила основные его компоненты; получила их антиоксидантные и антирадикальные характеристики (раздел 3.15 настоящего отчета). Особенное внимание уделено изучению элементного и микроэлементного состава водорослей Японского моря (Приморский край).

Научный сотрудник Институт геологии и природопользования ДВО РАН (г.Благовещенск), к.т.н. Козырь Аркадий Валентинович освоил и применяет для анализа природных объектов самый современный метод атомной спектроскопии - масс-спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой (ICP/MS, ИСП/МС). Одной из проблем ИСП-МС является достоверность количественного ИСП-МС многоэлементного анализа в природных образцах вследствие потенциального образования полиатомных интерференций из компонентов матрицы. Однако величина этих матричных интерференций строго зависит от конструкторских и рабочих параметров системы ввода пробы и плазмы в ИСП-МС. Используя ИСП-масс-спектрометр Agilent 7700х с матричной толерантностью и рабочими условиями, оптимизированными для эффективного расщепления матрицы, Козырю А.В. удалось свести к минимуму влияние спектральных перекрытий (раздел 3.16 настоящего отчета). Это позволяет проводить точное определение на уровне нг/л многих микроэлементов, широко распространенных в природных материалах.

Аспирант Институт геологии и природопользования ДВО РАН (г.Благовещенск) Киселева Александра Алексеевна проводит исследования, направленные на повышение эффективности очистки дымовых газов тепловых электростанций и металлургических комплексов, работающих на сжигании угля. Цель работы, выполненной в рамках краткосрочной ПНИР, – выяснить, является ли способ очистки дыма водяным паром эффективным для улавливания опасных органических соединений, образующихся при сжигании угля. Для достижения поставленной цели методами исследования: ИК-спектрометрии, газовой и жидкостной хроматографии было выполнено исследование состава конденсатов, полученных в результате двукратной конденсации паро-дымовой смеси на опытно-лабораторной установке, созданной на базе Амурского научного центра ДВО РАН (раздел 3.17 настоящего отчета).

Высокий научный уровень профессорско-преподавательского состава, современная сертифицированная приборная база, развитое метрологическое обеспечение аккредитованных лабораторий, квалифицированные кадры инженеров-прибористов и химиков-аналитиков позволили достичь цели проекта.

Использование государственных стандартов при проведении теоретических и экспериментальных исследований, получении, систематизации и анализе информации по теме выполняемых научно-исследовательских работ  способствовало повышению уровня квалификации научных и научно-педагогических кадров в целом, а также позволило уточнить планы экспериментальных исследований для наиболее эффективного решения поставленных в рамках выполняемой ПНИР научно-исследовательских задач. Использование при выполнении исследований аттестованных методик выполнения измерений обеспечило соблюдение требований по стандартизации, унификации и метрологическому обеспечению.

При выполнении научно-исследовательских работ были использованы современные методы и  методики проведения исследований, оптимально подобрано приборное обеспечение. Для аппаратурного обеспечения выполнения проекта было использовано оборудование центра коллективного пользования ДВФУ «Межведомственный центр аналитического контроля».

В целом, организационное обеспечение работ по теме позволило достичь целей исследования и решить задачи научных исследований, поставленные перед молодыми учеными и преподавателями.

Результаты научных исследований, выполненных молодыми учеными и преподавателями, найдут отражение в статьях, учебно-методических разработках, материалах диссертационных работ.

Руководитель проекта: В.И. Сергиенко