Lényegesen közelebb kerültünk ahhoz, hogy megállapítsuk egy ismeretlen eredetű szénhidrogén-szennyeződés forrását – derült ki az Eötvös Loránd Tudományegyetem egyik laboratóriumának kutatásából. A fiatal magyar kutatók tényfeltáró analitikája, amelyet kémiai ujjlenyomat-vizsgálatként is emlegetnek, valós megoldást jelenthet a környezetszennyezések felderítésére...
Az iparosodás és a motorizáció térhódítása együtt járt és jár a környezetünkben egyre nagyobb mennyiségben megjelenő szénhidrogén-szennyezésekkel. A fosszilis tüzelőanyagok felhasználásának káros következményeit napjainkra közismert tényként kezeljük: az üvegházhatású gázok és a globális felmelegedés problémaköre mellett igen nagy gondot okoznak a tüzelőanyagok kitermelése, bányászata következtében fellépő közvetlen és közvetett környezetkárosító hatások, nem is beszélve a nagyobb olajszállító tankerek, tengeri fúrótornyok okozta katasztrófákról.
Kevesebb szó esik arról, hogy a nyersolaj és finomított termékei a tárolásuk és szállításuk során fellépő balesetek útján, hanyagságból vagy a költséges hulladékkezelés megspórolása végett lokális léptékben komoly problémákat okozhatnak (pl. föld alatti tartályok, vezetékek repedése, felszámolt telephelyek után visszamaradó szennyezések). Az ilyen eseteknél a környezetbe kikerülő szennyező anyag mennyisége jóval kisebb, mint egy hatalmas tankerhajó katasztrófája során, azonban előfordulását tekintve évente világszerte több tízezer regisztrált és ki tudja, hány nem regisztrált szennyezés történik. Számos esetben a szennyező anyag forrása ismeretlen, így a felelősség megállapítása, a kármentesítési eljárások sokszor rendkívül magas költségeinek felszámolása nem lehetséges.
Hogyan álljunk neki a kutatásnak?
„Az ismeretlen eredet felderítéséhez, illetve a kármentesítési eljárások kidolgozásához a következő kérdéseket kell elsősorban megválaszolni: Milyen jellegű anyag okozta a szennyezést? Mikor kerülhetett a környezetbe? Mi a szennyező anyag forrása? A kérdések megválaszolása komplex környezettudományi problémát jelent. A válaszokat pedig elsősorban az analitikai kémia segítségével kaphatjuk meg. A szakma az ilyen jellegű tényfeltáró analitikát „kémiai ujjlenyomat-vizsgálatként” ismeri. E vizsgálatok során a szennyezett környezeti mintákat hasonlíthatjuk össze egymással, illetve a potenciális forrásokból vett mintákkal, diagnosztikus kémiai tulajdonságok alapján” – mondta el a Laboratorium.hu tudományos portálnak Novák Márton, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Kémiai Intézete és a független laboratóriumokat működtető WESSLING Hungary Kft. által létrehozott és közösen működtetett Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratórium (EKOL) kutatója.
A kémiai ujjlenyomat-vizsgálatok komoly kihívást jelentenek még a képzett analitikusok számára is, hiszen rendkívül komplex anyagokról van szó: a szennyezőket akár több ezer komponens keveréke is alkothatja, és sok esetben kémiailag nagyon hasonlóak egymáshoz.
Novák Márton szerint további problémát jelent, hogy a szénhidrogének a környezetbe kerülve számos hatásnak vannak kitéve, amelyek drasztikus változást okoznak azok összetételében. Ezen hatásokat összefoglaló néven környezeti degradációs folyamatoknak hívjuk. Ilyen folyamatok a párolgás, oldódás, fotóoxidáció, mikroorganizmusok lebontó folyamatai stb. Ebből adódik, hogy még a legkorszerűbb gázkromatográfiás és tömegspektrometriás technológiák alkalmazásával sem garantált a sikeres tényfeltárás. Az utóbbi évtizedekben a szénhidrogén-szennyezések karakterizálására szinte külön tudományág alakult ki a környezetanalitikán belül. Világszerte számos kutatócsoport és szinte végtelen mennyiségű publikáció ellenére a téma a mai napig komoly kihívást és további kutatási lehetőséget biztosít.
Az EKOL fiatal kutatói az olajfoltok nyomában
A szennyezések eredete és a kibocsátása időbeli lehatárolásának felderítésére elsősorban a környezeti degradációnak igen ellenálló vegyületcsoportok (ún. biomarker vegyületek és policiklusos aromás szénhidrogének alkilezett származékai) mennyiségi arányainak meghatározását alkalmazzák. Azonban, ha kis mértékben is, de a környezeti folyamatok ezekre a komponensekre is hatnak, továbbá a szennyezések kibocsátásának idejét sem becsülhetjük meg így. Ehhez olyan komponensek mennyiségét, egymáshoz viszonyított arányait kell meghatároznunk, amelyek a környezeti degradáció hatására változnak – magyarázta a fiatal kutató. Ilyenek például a normál alkánok, az alkil-ciklohexánok, az alkil-benzolok vagy a terpenoidok. A változások ütemét természetesen a környezeti folyamatok minősége és intenzitása határozza meg. Tehát a degradáció hatásának objektív értékelése tulajdonképpen lehetetlen, ugyanis nincs két teljesen azonos környezet, ahol a degradáció pontosan ugyanúgy változtatja meg a szennyezések kémiai ujjlenyomatát.
A probléma tehát igazi kihívást szolgáltat korunk analitikusai számára. A környezeti folyamatok feltérképezése modellkísérletek segítségével lehetséges. Minél részletesebb, „életszerűbb” modelleket dolgozunk ki, annál jobb közelítést adhatunk. A modellkísérletek lényege, hogy kontrollált körülmények között előállított „degradált” szénhidrogének vizsgálatával összefüggéseket állapíthatunk meg a kémiai ujjlenyomat minősége és a degradáltság foka illetve az eltelt idő között. Nem meglepő tehát, hogy a modellkísérletek területén a szakirodalom meglehetősen hiányos, számos további kutatás szükséges, hogy minél jobban megismerhessük a környezeti rendszerek összetett hatásait – mondta el Novák Márton.
Néhány szó a mérési technikákról
Végül pedig a szénhidrogén-analitikában jelenleg leghatékonyabb mérési technikákat számba véve kiemelhetjük a kétdimenziós gázkromatográfia tömegspektrometriával (GC x GC – MS) történő kapcsolását. A módszer lényege, hogy két különböző fázisú, azaz eltérő fizikai-kémiai tulajdonságok alapján szeparáló kolonnát csatlakoztatunk egy modulátor egység segítségével és tömegspektrometriás detektálással kapcsoltan mérünk. A technika nagy előnye, hogy egy méréssel akár ezres nagyságrendű lehet az egy mérésből meghatározható komponensek száma.
Nagyon hatékony módszer továbbá a komponens specifikus stabil izotóparány-mérés (Compound Specific Isotope Analysis, CSIA), amely műszerezettségét tekintve egy „hagyományos” gázkromatográf összekapcsolását jelenti egy speciálisan erre a célra kifejlesztett tömegspektrométerrel (Isotope Ratio Mass Spectrometer, IRMS). Számos szénhidrogén vegyület stabil izotóparánya nagyon hasznos diagnosztikai paramétert jelenthet egy ismeretlen eredetű szennyezés vizsgálata esetén.
Az Elválasztástechnikai Kutató és Oktató Laboratóriumban 2012 óta foglalkoznak a szénhidrogén-szennyezések analitikájában máig megoldatlan problémák megfejtésével. Az utóbbi négy év munkájának eredményeképpen számos konferencián előadások, poszterek és tudományos cikkek formájában publikálták az eredményeket.
A közel négy éves kutatómunka végére egy olyan analitikai és statisztikai módszerekből álló vizsgálati szisztéma jött létre, amely ismeretlen eredetű szennyezések karakterizálására alkalmas. A kutatási és publikálási tevékenységen kívül a csoport munkájának szerves részét képezi a módszerek valós mintákon, szennyezéseken történő tesztelése. Az utóbbi egy évben három nagyobb szénhidrogén-szennyezéses projekt sikeres teljesítése a bizonyíték arra, hogy az elért eredmények és a kidolgozott módszerek a laboratóriumi kísérleteken túlmutató valós környezetanalitikai problémák megoldására is alkalmasak.
További érdekes cikk az EKOL kutatásaival kapcsolatban:
http://laboratorium.hu/ajovomodszerei