Rekordstor ny analytisk metode til fingeraftryk af olie og andre komplekse blandinger

Forskere ved University of Warwick har udviklet en mere kraftfuld metode til analyse af kemiske blandinger, som har været i stand til at tildele et rekordstort antal på 244, 779 molekylære sammensætninger inden for en enkelt prøve af olie.

Med næsten en kvart million individuelle sammensætninger tildelt inden for en ikke-destillerbar fraktion af råolie, den nye metode udviklet af Barrow Group inden for Institut for Kemi ved University of Warwick og detaljeret i et papir til tidsskriftet Kemisk videnskab baner vejen for analyse af udfordrende prøver på tværs af forskellige felter.

Tildeling af sammensætninger af molekyler i en kompleks blanding er værdifuldt værktøj for en række industrier, hvor bestemmelse af disse molekylers elementære sammensætning kan give værdifulde data til forskning, bestemme blandingens levedygtighed, såsom i den petrokemiske industri, eller endda "fingeraftryk" en kompleks blanding, såsom olie- eller miljøprøver.

Forskerne udviklede en ny metode, kaldet drift ved konstant ultrahøj opløsning (OCULAR), der kombinerer eksperimentelle og databehandlingsteknikker, der tillod dem at karakterisere den mest komplekse prøve, de nogensinde har arbejdet på.

Ved hjælp af Fourier-transform-ion-cyclotronresonansmassespektrometri (FT-ICR MS), forskerne analyserede en prøve af tung petroleum i opløsning. Molekylerne i prøven blev derefter ioniseret, spændt og opdaget for at bestemme masse-til-ladningsforholdene ved hjælp af et solariX (Bruker Daltonics) FT-ICR massespektrometer ved University of Warwick. Den ultrahøje opløsningsstyrke og massenøjagtighed af FT-ICR MS gør det muligt for forskerne at bestemme elementarsammensætningerne inden for selv de mest komplekse prøver, med en høj grad af selvtillid.

Traditionel analyse udført med en række Fourier transform massespektrometre (FTMS) giver faldende opløsningsevne og tillid til tildelinger af elementære sammensætninger ved højere m/z, når man studerer et bredt m/z område. I den nye OCULAR -metode, ioner analyseres ved hjælp af mindre datasegmenter baseret på deres masse, hvor eksperimentet er designet på en måde, der sikrer næsten konstant opløsningskraft i hele det analyserede masseområde; i det publicerede eksempel, en konstant opløsningskraft på 3 millioner blev brugt til at karakterisere en tung petroleumsprøve.

Ved hjælp af en algoritme udviklet af forskerne, de segmenterede data kan automatisk udarbejdes og sys sammen for at generere et komplet massespektrum (relativ overflod vs. m/z). Hver top repræsenterer en enkelt molekylær sammensætning, og således dækker hele massespektret prøvens sammensætningsrum. Dette gav dem mulighed for at operere med meget højere opløsning og behandlede også spørgsmål i forbindelse med rumopladningseffekter, hvor et stort antal ioner vil påvirke massemålingens nøjagtighed. Resultatet blev en opløsning, påvisning og tildeling af det højeste antal toppe inden for en prøve til dato.

Teknikken kan bruges til enhver analyse af en kompleks blanding og har potentielle anvendelser inden for områder som energi (f.eks. Olie og biobrændstoffer), biovidenskab og sundhedspleje (f.eks. proteomik, kræftforskning, og metabolomik), materialer (f.eks. polymerer), og miljøanalyse, herunder at blive brugt til at indsprøjte olieudslip på grund af deres molekylære sammensætning.

Hovedforfatter Dr. Diana Palacio Lozano, fra University of Warwick's Department of Chemistry, sagde:"Denne metode kan forbedre ydeevnen for en række FTMS -instrumenter, herunder højt og lavt magnetisk felt FT-ICR MS-instrumenter og Orbitrap-instrumenter. Vi er nu i stand til at analysere blandinger, der, på grund af deres kompleksitet, er udfordrende selv for de mest effektive analytiske teknikker. Denne teknik er fleksibel, da ydelsen kan vælges i henhold til forskningsbehovet. "

Petroleumsprøver er i sagens natur meget komplekse, og det var en ideel test for denne metode. Da verdens brug af råolie fremmer overgangen til tungere olier, prøverne bliver mere komplekse, og der er derfor også et større behov for denne type analyse af petrokemiske forskere.

Den tunge olies lave flygtighed kan nu forklares med den ekstraordinært komplekse grundsammensætning. Den høje kompleksitet af tunge olier kan forstyrre katalyse og påvirke ekstraktion, transport- og raffineringsprocesser. OCULAR -teknikken er også kraftig nok til at blive brugt på prøver, der kræver den højeste ydeevne til at tildele kompositioner baseret på massenøjagtighed eller fine isotopiske mønstre.

Hovedforsker Dr. Mark Barrow sagde:"OCULAR -tilgangen giver os mulighed for at skubbe de nuværende analytiske grænser for karakterisering af de mest komplekse prøver. Det forlænger ydeevnen for alle FTMS -instrumenter betydeligt uden ekstra omkostninger og fungerer godt med udviklingen på området, såsom nyere hardware design, opdagelsesmetoder, og databehandlingsmetoder. OCULAR er meget alsidig, eksperimenterne og behandlingen kan tilpasses efter behov, og tilgangen kan anvendes på mange forskningsområder, herunder energi, sundhedspleje, og miljøet. "