CC BY
268
УДК 662.66:543.83
ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ШУНГИТА КАРЕЛЬСКОГО ЗАОНЕЖЬЯ
М.Н. Горохова, К.С. Лебедев, В.В. Платонов
Методами элементного, рентгенофазового, рентгено-флуоресцентного, атомно-абсорбционного, эмиссионного спектрального, дифференциально-термического и дифференциально-гравиметрического анализов, ИК-Фурье и УФ/ВИС -спектроскопии, хромато-масс- спектрометрии охарактеризован химический состав шунгита Карельского Заонежья.
Ключевые слова: шунгит, экстракция, экстракт.
Введение
В настоящее время термин «шунгит» у всех наслуху, о целебных свойствах которого существует значительное количество литературы, однако о происхождении этого камня и причине проявления уникальных лечебных свойств до сих пор идут горячие споры. Шунгит - необычная уг-леродсодержащая порода. Её необычность - в структуре и свойствах шун-гитового углерода и его взаимоотношениях с силикатными компонентами. Углерод в породе образует матрицу, в которой распределены высокодисперсные силикаты с размером частиц 0,5 мкм [1].
Существует несколько теорий, объясняющих происхождение шунгита. На сегодня наиболее общепринятой является биогенная теория [2-3].
Шунгиты образовались из донных осадков морских мелководий, богатых органическим веществом, примитивными микроорганизмами, живущими около двух миллиардов лет тому назад (возможно это были строматолиты и онколиты - особый вид осадочных пород, возникших при отмирании сине-зеленых водорослей и бактерий). Донные осадки, насыщенные органическими веществами, за долгий геологический период подвергались влиянию горообразовательных процессов, мощным вторжениям магматических (интрузивных) пород - диабазов и постепенно превращались в насыщенные битумом сланцы, возможно, это глаукофановые сланцы, которые сформировались при высоких давлениях, но низких температурах. Последние, в свою очередь, также подвергались метаморфизму, сохранив от всей органической составляющей лишь углерод - в форме шунгита. Данная теория подтверждается результатами палеонтологических исследований [4-5], согласно которым в раннепротерозойских шунгитах Карелии, в стратифицированных их разностях, обнаружены многочисленные остатки коккоидных колониальных бактерий, близкие к современным бентос-ным формам типа цианобактерий Gloeocapsa (Pleurocapsa). В шунгитах также обнаружены литифицированные остатки одиночных нитей типа современных нитчатых микроорганизмов Oscilatoria и Phormidium в виде
сохранившихся чеслов или полностью литифицированных фрагментов, в которых иногда различается и клеточное строение. Помимо остатков микроорганизмов в шунгитах сохранились и следы жизнедеятельности микроорганизмов - гликокаликс. Согласно современным воззрениям [3-4] синтез фуллереновых структур в шунгитах оказался возможен благодаря высокому содержанию, особенно, в период первичного осадконакопления в них урана и тория, которые активно сорбируясь на метаколлоидных частицах минеральной части шунгита, за счет своих ионизирующих излучений активно способствовали синтезу фуллеренов. Таким образом, появился минерал, аналога которому по физическим и химическим свойствам, а также целебным качествам нет.
Практически отсутствуют научнообоснованные объяснения причины высокой биологической активности шунгита. Ряд авторов ссылается на присутствие в шунгите фуллеренов [3-4], но, приняв во внимание весьма незначительное содержание последних, трудно объяснить наблюдаемые лечебные эффекты препаратов на основе шунгита только наличием фуллеренов. Следует учитывать весь достаточно сложный комплекс биологически активных соединений, а также металлов, входящих в состав органической массы и минеральной составляющей шунгита.
Основные результаты
Объектом исследования явилась шунгитовая порода Зажогинского месторождения Карельского Заонежья. Согласно данным дифференциально-термического и дифференциально-гравиметрического анализа содержание минеральной части в шунгите - 66,14 мас.%. Основу минеральной части шунгита составляют силикаты магния типа: 3MgO•4SiO2•6H2O (гид-ратированный тальк) и 3MgO• 2SiO2•6H2O (гидратированный серпентин). Кроме того, в её составе присутствует свободный а^Ю2 (кварц), (гематит), ТЮ2 (рутил), 8MgO• 4SiO2•Mg(F;OH) (клиногумит), а-Д]^ (корунд) и а-О-^ (эсколаит).
В золе окислительного обжига исходного шунгита, полученной при 850оС установлено присутствие (мас.% на золу): SiO2 (47.62), ^3 (15.03), CaO (4.63), MgO (1.25), ТО2 (0.95), MnO (0.14), Fe (общ) (12.52).
С целью детализации качественного и количественного состава минеральной части шунгита были использованы эмиссионный спектральный, атомно-абсорбционный и 1СР-МЗ методы, что позволило идентифициро-
237
вать и определить количественное содержание следующих элементов (мкг/г): А1(23824); Fe(17231); К(9957); S(8400); Mg(4400); N8(2226); Ti(1740); Ca(786); Mn(775); Ba(268); P(228), Zn(214); V(196); Ni(157); Си(134); Сг(77.8); As(59.5), 7г(49.3). Достаточно высокое содержание (мкг/г): Pb(30.1),Ce(20.8), Rb(20.8); Se(19.5); Mo(14.1); La(12.3); Y(10.8); Nd(10.5); Li(9.9); Ga(8.5); U(8.2); Sr(7.8); Co(6.0); №(4.1); Sc(4.1); Pr(2.6); Th(2.4); Cd(2.1); Sm(2.1); Sb(9.1); Dy(1.8); Gd(1.8); Hf(1.5); Er(1.3); W(1.3); УЪ(1.1).
С целью детализации сведений о химическом составе шунгита была выполнена его последовательная экстракция н-гексаном, толуолом, хлороформом, ацетоном, этанолом и уксусной кислотой при температуре кипения данных растворителей. Причем, экстракция осуществлялась для шун-гита, предварительно освобожденного от минеральной составляющей путем длительной обработки фтороводородной кислотой с массовой долей 40 % при 20о С. Выход экстрактов в (масс.% от органического вещества шунгита): гексановый (0.22), хлороформный (0.04), ацетоновый (0.11), эта-нольный (1.44), уксуснокислотный (0.18). Каждый из экстрактов был изучен комплексом физико-химических методов.
В ИК-Фурье спектрах экстрактов идентифицированы полосы поглощения (п.п.) следующих структурных фрагментов (у ,см-1):
- малоинтенсивные п.п. алкильных цепей (2995, 2852, 1380, 1407, 1467), циклоалканов;
- интенсивные п.п. (1714,1665) карбонильных групп в карбоновых кислотах (насыщенных и ненасыщенных), кетонах, у, у - непредельных и ариловых эфиров (у -с=0), лактонах, сложных эфирах (у ^^(оуо и у -ас-с), ароматических эфирах первичных спиртов (1126); хинонах, содержащих группы -С=0 в одном (1690 -1655) и в разных циклах(1655-1635);
- интенсивные и.и..( у _с=с-) - (1630) - алканов или же в составе цепей ненасыщенных карбоновых кислот (основа различных водорослей);
- интенсивные п.п. (1126 -1084) насыщенных спиртов, а также у -ненасыщенных, или циклических третичных спиртов (1084 -1050), вторичных у - ненасыщенных (5-или 6-членных циклических спиртов);
- интенсивные п.п. ангидридов и амидов карбоновых кислот (1228,1165,1105,1070,995)- у ^ (-C-C(O)-O-C(O)-C),
хинолонов (1651,1714); пиридонов (1650 -1630);
индолов (3724, 2957, 1464, 1617, 621, 739, 1409, 1714); ароматических альдегидов (2780), ароматических циклов (694,777,1115,1464,1651). Хромато-масс-спектрометрия позволила обнаружить в составе органического вещества шунгита весьма широкий набор соединений:
Алканы: 2-метилдекан, тридекан, тетрадекан, пентадекан, гексаде-кан, гептадекан, октадекан, 2,6,10-триметилпентадекан, нонадекан,
2,6,10,14-тетраметилпентадекан, эйкозан, 2,6,10,14-тетраметилгексадекан, генэйкозан, докозан, трикозан, тетракозан, пентакозан, гептакозан, октако-зан.
Алкены: додецен-1, тетрадецен-1, гексадецен-1,октадецен-1, нона-децен-1.
Циклоалканы: циклододекан, циклоэйкозан.
Метиловые эфиры предельных карбоновых кислот (октановой, де-кановой, додекановой, гексадекановой, октадекановой, гептакозановой) и метиловыми эфирами непредельных карбоновых кислот (октадецен-8-овой кислоты).
Ароматические спирты; метиловые эфиры фенолов и крезолов; конденсированные ароматические соединения (1,2,3,4-
тетрагидронафталин, 1 -метилнафталин, 2-метилнафталин, 2,6-диметилнафталин); гетероциклические соединения (производные пиррола, индола, хинолина и пиперидина); алкалоидные и стероидные структуры; металлоорганические комплексы.
Малополярные растворители извлекают в основном соединения преимущественно углеводородного характера (алифатические, алицикли-ческие, ароматические и гидроароматические). Полярные растворители извлекают высокополярные соединения с гидроксильными, карбоксильными, кетонными, хиноидными и амидными группами. Так, фенолы, спирты и кетоны концентрируются в этанольном экстракте; карбоновые кислоты - в уксуснокислотном; азотистые гетероциклы - хлороформном и ацетоновом.
Сравнительный анализ всех полученных экспериментальных данных позволил сделать вывод, что вещественный состав шунгита очень сложный, как в отношении его минеральной, так и органической части. Это, несомненно, обусловлено как условиями первичного осадконакопле-ния, природой исходного биологического материала, так и последующими геотермохимическими превращениями, происходившими при образовании шунгитовой породы.
Список литературы
1. Сюняев З.И. Нефтяной углерод. М.: Химия, 1980. 269 с.
2. Полевая М.А. Шунгит- волшебный камень здоровья. Минеральные воды. Сапропель. СПб.: Весь, 2004. 96 с.
3. Резников В.А., Полеховский Ю.С. К вопросу о концентрации и распределении фуллеренов в заонежских шунгитах // Углеродсодержащие формации в геологической истории: Тр. Междунар. Симпоз.- Петрозаводск, 2000. С. 124-128.
4. Суханов А.А. Исследование закономерностей распределения природных фуллеренов в шунгитах нижнего протерозея Карелии: дисс. ... канд. геол.- минер. наук. Спб., 2003. 131 с.
5. Платонов В.В., Прокопченков Д.В.,Проскуряков В.А., Туктамы-шев И.Ш., Честнова Т.В.,Швыкин А.Ю. Особенности химического состава экстрактов органической массы шунгитовой породы Зажогинского месторождения Карельского Заонежья // Вестник новых медицинских технологий. 2006. Т. 13I, № 4 .С. 133-135.
Горохова Марина Николаевна, [email protected], канд. хим. наук, доцент кафедры «Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза», Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева,
Лебедев Константин Сергеевич, [email protected], д-р хим. наук, профессор, зав. кафедрой «Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза», Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева,
Платонов Владимир Владимирович, д-р хим. наук, профессор Тульского государственного университета.
THERECULIARITIES OF CHEMICAL COMPOUND OF SCHUNGIT OF KARELIA'S ZAONEJE
M.N. Gorokhova, K.S. Lebedev, V.V. Platonov
Was in detail described the chemical composition in Zazhogins kiy Field of Karelia's Zaonej'e the mineralogic and the chemical compounds of mineral substance of the schungit are studied in detail by modern physico-chemical complex methods, included analysis roent-genophased, emissional spectral, roentgeno-fluorescent, ICP-MS, atomic-absoptive.
Key words: schungit, extraction, the extract.
Gorokhova Marina Nikolaevna, docent of the department "Chemistry and technology of the basic organic and petrochemical synthesis ", Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk 's Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,
Lebedev Konstantin Sergeevich, [email protected], professor, department of "Chemistry and technology of the basic organic and petrochemical synthesis", Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk's Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,
Platonov Vladimir Vladimirovich, Doktor of Chemistry, professor of Tula State University
