Petroleum Forensics: Identifying Biomarkers in Crude Oil

Význam tématu

Petrolejová forenzika využívá odolné organické biomarkery, jako jsou hopanoidy a sterany, k určení původu a geochemických podmínek vzniku surové ropy. Díky odolnosti vůči počasí a biologické degradaci tyto „molekulární fosilie“ umožňují spolehlivé rozlišení ropných zdrojů i po dlouhých časových obdobích.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo předvést schopnosti komplexní dvourozměrné plynové chromatografie GC×GC s tokovým modulačním systémem FLUX a časem letu hmotnostního detektoru (TOFMS) pro detailní analýzu biomarkerů v ropných vzorcích z různých světových regionů. Studie se zaměřila na identifikaci, kvantifikaci a srovnání klíčových biomarkerů pro hodnocení původu, tepelné vyzrálosti a deposičních podmínek.

Použitá instrumentace

• GC×GC systém LECO FLUX s tokovým modulátorem
• Hmotnostní detektor LECO Pegasus BT 4D TOFMS
• Primární kolona Rxi-1ms (60 m × 0,25 mm × 0,25 µm), sekundární BPX-50 (1,91 m × 0,10 mm × 0,10 µm)
• Teplotní program: 80 °C (15 min), rampa 1,5 °C/min do 335 °C, držení 10 min; sekundární pec +40 °C
• Tok nosného plynu He 1,0 mL/min, rozhraní 320 °C, zdroj iontů 250 °C, rozsah 40–600 m/z, 200 spekter/s

Hlavní výsledky a diskuse

GC×GC-TOFMS analýza odhalila přes 3000 signálních píků v komplexních ropných vzorcích. Díky druhé dimenzi chromatografie došlo k výraznému snížení koeluce, což umožnilo jasné oddělení hopanů (Ts, Tm, NH apod.) a steranů (C27–C29). Extrakce fragmentů m/z 191, 217 a 177 zajistila spolehlivou identifikaci. Srovnání spekter s knihovnami WHOI a NIST17 dosahovalo shody až 858/1000 bodů.
Pro hodnocení tepelně vyzrálosti a deposičních podmínek byly vypočteny poměry biomarkerů (např. Ts/(Ts+Tm), NM/M, pristane/phytane, BNH/NH). Vyšší Ts/(Ts+Tm) naznačuje vyšší teplotní vyzrálost, zatímco vysoký BNH/NH ukazuje na anoxické ukládání. Regionální srovnání odhalilo významné rozdíly mezi ropami z USA, Středního východu a Mexického zálivu.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoké rozlišení a citlivost pro nízkokoncentrované biomarkery
• Spolehlivé forenzní otisky pro rozlišení ropných ložisek a identifikaci úniků
• Kvantitativní biomarkerové poměry pro hodnocení vyzrálosti a depozičních podmínek
• Podpora environmentální forenziky a sledování ropných produktů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace analýzy a interpretace dat pomocí umělé inteligence
• Rozšiřování biomarkerových databází o nové geografické vzorky
• Vývoj mobilních GC×GC-TOFMS jednotek pro terénní měření
• Multimodalní přístupy kombinující GC×GC s LC-MS nebo IR spektroskopií

Závěr

LECO Pegasus BT 4D GC×GC-TOFMS s FLUX modulačním systémem nabízí robustní, citlivou a selektivní metodu pro analýzu petrolejových biomarkerů. Umožňuje přesnou identifikaci a kvantifikaci klíčových sloučenin, což významně přispívá k forenznímu a environmentálnímu rozlišení zdrojů ropy.

Reference

• LECO Corporation. Petroleum Forensics: Identifying Biomarkers in Crude Oil. Application Note. 2019.
• Woods Hole Oceanographic Institution. WHOI Biomarker Spectral Library.
• NIST. NIST/EPA/NIH Mass Spectral Library (NIST17).