Ivan Sergeevich Pytskii

Pre-processing of shungite allows us to obtain more complete information about the content of elements in the material.

Geochemical exploration offers a cost-effective means of identifying subsurface oil and gas accumulations through the detection of volatile organic compounds (VOCs), which serve as markers of underlying hydrocarbon systems. These indicators may appear as visible macroseeps or as subtle microseepage, detectable only through advanced analytical methods. A widely used approach involves deploying specialized sorbent materials a few meters below the surface to capture VOCs, followed by gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) for analysis. Given the range of available adsorbents, selecting materials with optimal performance is critical. We developed a laboratory method to evaluate the adsorption affinity of various commercial and custom-made sorbents toward hydrocarbon mixtures, including nitrogen-, oxygen-, and sulfur-containing derivatives. Using natural crude oil in a simulated microseepage setup, we screened a library of sorbents to identify those most effective for capturing oil-related markers. The complexity of the VOC mixtures required advanced separation, for which we employed two-dimensional high-resolution gas chromatography with time-of-flight mass spectrometry (HR-GCxGC-TOF-MS). The screening revealed clear differences in sorbent performance based on analyte diversity and concentration, assessed through thermal desorption/HR-GCxGC-MS and BET surface area analysis. Two custom sorbents, composed of carbon nanomaterials, outperformed a commercial benchmark in both adsorption capacity and analyte diversity, making them strong candidates for future field deployment in surface geochemical exploration.

В работе предложен метод полуколичественного определения содержания веществ на поверхности конструкционных материалов. Предложенный метод основан на построении градуировочных графиков и установлении математических зависимостей между аналитическим сигналом и концентрацией изучаемого вещества (метод градуировочного графика). В качестве аналитического сигнала выбрана интенсивность декатионированного или характеристического пика в масс-спектрах, полученных методом лазерной десорбции/ионизации. Применение масс-спектрометрической визуализации позволило определить изменение аналитического сигнала исследуемого вещества в разных точках поверхности. Основываясь на этих данных, удалось оценить среднее значение концентрации изучаемых соединений на поверхности образца. Апробация метода была проведена с двумя соединениями – органической и неорганической природы. В качестве неорганического соединения был использован хлорид никеля, содержащий сильный коррозионный агент в виде иона хлора, и бензотриазол, часто применяемый в качестве ингибитора коррозии. При исследовании хлорида никеля на инертной поверхности по ионам [NiCl]Cl- (m/z=128 Да) и [NiCl]2Cl- (m/z=163 Да) были построены линейные зависимости интенсивности пика от концентрации вещества с коэффициентом детерминации R2 более 0.99. При обработке конструкционного материала марки Ад-0 раствором хлорида никеля с концентрацией 0.01 г/дм3, погрешность определения содержания вещества на поверхности по каждому из ионов не превышала 26%. Сопоставление полученных значений с результатами метода масс-спектрометрии с индукционно-связанной плазмой показал хорошую сходимость. При исследовании бензотриазола на инертной поверхности линейной зависимости между интенсивностью молекулярного пика и концентрацией установлено не было. Для получения линейного уравнения (графика) был использован метод внутреннего стандарта. В качестве внутреннего стандарта был выбран 1-гидроксибензотриазол. Следует отметить, что в этом случае график строился в координатах отношения интенсивностей и концентраций исследуемого вещества и стандарта. В соответствии с полученным градуировочным уравнением, отклонение рассчитанной концентрации бензотриазола на поверхности металлической пластины от экспериментальной составило 23.4%. Контрольный анализ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием подтвердил работоспособность предлагаемого метода в пределах экспериментальной погрешности. Таким образом, метод лазерной десорбции/ионизации совместно с визуализацией может быть применен для оценки содержания вещества на поверхности.

Geochemical exploration offers a cost-effective means of identifying subsurface oil and gas accumulations through the detection of volatile organic compounds (VOCs), which serve as markers of underlying hydrocarbon systems. These indicators may appear as visible macroseeps or as subtle microseepage, detectable only through advanced analytical methods. A widely used approach involves deploying specialized sorbent materials a few meters below the surface to capture VOCs, followed by gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) for analysis. Given the range of available adsorbents, selecting materials with optimal performance is critical. We developed a laboratory method to evaluate the adsorption affinity of various commercial and custom-made sorbents toward hydrocarbon mixtures, including nitrogen-, oxygen-, and sulfur-containing derivatives. Using natural crude oil in a simulated microseepage setup, we screened a library of sorbents to identify those most effective for capturing oil-related markers. The complexity of the VOC mixtures required advanced separation, for which we employed two-dimensional high-resolution gas chromatography with time-of-flight mass spectrometry (HR-GCxGC-TOF-MS). The screening revealed clear differences in sorbent performance based on analyte diversity and concentration, assessed through thermal desorption/HR-GCxGC-MS and BET surface area analysis. Two custom sorbents, composed of carbon nanomaterials, outperformed a commercial benchmark in both adsorption capacity and analyte diversity, making them strong candidates for future field deployment in surface geochemical exploration.

The study of the physicochemical (including adsorption) properties of nanodiamond requires the possibility of reproducible generation of the carbon surface of an individual particle without metal impurities of unknown composition. This kind of surface can be obtained through an additional deep cleaning of a commercially available sample. This article is dedicated to the study of the composition of non-combustible impurities of detonation nanodiamond powder. Using inductively coupled plasma mass spectrometry, iron and titanium were identified as the main metal components of the unburned residue, and the presence of Cr, Ni, Zr, As, and Sb was qualitatively established. The expected composition of the main molecular ions formed on the surface of the unburned residue in the course of laser desorption/ionisation mass spectrometry was presented. Based on the results of mass spectrometry analysis, a method of two-stage chemical treatment of detonation nanodiamond powder was proposed, which allowed reducing the mass fraction of non-combustible impurities during annealing in air from 2.0 to 0.1%.

The authors describe a way of detecting nitro and amino compounds using a mass spectrometer with laser desorption/ionization. This allows analysis of nitro- and amino compounds from a metal surface without sample preparation at levels of up to 5 ng/cm² relative to paracetamol. Sensitivity is at the level of modern means of analysis, and the procedure is simple and fast. It is also universal and can be modified to search for other nitro- and amino compounds. Pointwise quantitative analysis can be done using an external standard. The dynamic range is 1.5–2 orders of magnitude. The technique can be used to analyze metal surfaces for nitro-paint residues and traces of explosive compounds.

В работе описан метод масс-спектрометрического детектирования нитро- и аминосоединений с использованием масс-спектрометра с лазерной десорбцией/ионизацией. Показано, что метод дает возможность анализа нитро- и аминосоединений с металлической поверхности без пробоподготовки на уровне до 5 нг/см 2 по парацетамолу. Чувствительность находится на уровне современных методов анализа, а также метод прост в исполнении и экспрессен. Показано также, что метод универсален и может быть модифицирован под поиск других нитро- и аминосоединений. Также возможно проведение поточечного количественного анализа с использованием внешнего стандарта. Динамический диапазон метода – 1.5–2 порядка концентрации. В заключение показано, что предлагаемый метод может быть использован для анализа металлических поверхностей на остатки нитрокраски и следов взрывчатых соединений.

The results of quantitative analysis of widely used surface samples are shown. Corrosion damage to copper and steel surfaces can be analyzed quantitatively using cobalt chloride as the internal standard. The study also demonstrates the feasibility of comparative quantitative analysis of blue ink using methylene blue homologues as standards. When conducting quantitative analysis on surfaces with inhomogeneous morphology, it has been observed that direct analysis is not possible because of uneven ionization of the sample. It has been found that when analyzing such surfaces, it is necessary to exclude points with a low signal-to-noise ratio from consideration. The work highlights the extensive possibilities of utilizing quantitative analysis in mass spectrometric visualization of the surface. The work is aimed at demonstrating the capabilities of the laser desorption mass spectrometric method for analyzing the surfaces of various materials, which will make this method universal for searching for a wide range of contaminants on the surface of materials of various nature.

A new synthetic protocol for the preparation of oxazole N ‐oxides in the form of stable boron trifluoride complexes has been developed. It is based on the condensation of α‐diketone monooximes with an appropriate aldehyde component in the presence of an equimolar amount of boron trifluoride. The method opens access to a broad scope of derivatives including previously unknown 2‐unsubstituted oxazole N ‐oxides. Its abilities were demonstrated via the synthesis of 25 diverse oxazole derivatives in 14–89 % yields.