Enhanced Sensitivity for Biomarker Characterization in Petroleum Using Triple Quadrupole GC/MS and Backflushing

Význam tématu

Biomarkery představují molekulární fosilie organických látek, které poskytují klíčové informace o původu ropného materiálu, jeho biologickém původu, míře biodegradace, geotermální historii a dalších geochemických procesech. Jejich analýza je zásadní pro praxi ropného průmyslu, včetně hledání ložisek, charakterizace rezervoárů, identifikace zdrojových hornin a řešení provozních problémů.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo vyvinout rychlou a spolehlivou metodu pro rutinní detekci a kvantifikaci souboru klíčových biomarkerů v ropných vzorcích při koncentracích již od 2 ppm. Metoda kombinuje plynovou chromatografii Agilent 7890A s triple kvadrupólovým detektorem Agilent 7000A a techniku zpětného proplachu (backflushing) pomocí Pressure Controlled Tee konfigurace. Studie prokázala možnost současné detekce, potvrzení identifikace a kvantifikace různorodých biomarkerů s vysokou přesností (<5 % RSD) a širokým dynamickým rozsahem.

Použitá metodika

Pro kalibraci a ověřovací testy byl použit nový externí standard STANFORD-1, obsahující směs čistých standardů biomarkerů a saturátních frakcí parafin-free z různých geologických období. Frakce C30 steranů se připravovaly běžnými technikami normální fáze LC a vlastními postupy pro odstranění interferujících sloučenin.

• GC podmínky: dvě konfigurace s kolonkami DB-1MS (60 m×0,25 mm×0,25 µm a 40 m×0,18 mm×0,18 µm), program teplot, pulsed splitless injekce.
• Carrier gas: helium (60 m kolona) vs. vodík (40 m kolona) pro výrazné zkrácení analýz.
• Backflush: PCT konfigurace s ultranízkomrtvým objemem Purged Ultimate Union a pomocným EPC modulem.
• MS v režimu EI-SRM, 17 přechodů, dwell time 50 ms, kolizní energie 5 eV.

Použitá instrumentace

• Plynový chromatograf Agilent 7890A se split/splitless injektorem.
• Triple kvadrupólový MS Agilent 7000A Triple-Axis Detector.
• Automatický vzorkovač Agilent 7683B ALS.
• Capillary Flow Technology moduly, Pressure Controlled Tee (PCT) a EPC modul.
• Kolonky Agilent DB-1MS Ultra Inert.

Hlavní výsledky a diskuse

Implementace backflushingu umožnila výrazné snížení trvání běhů z více než 100 min na méně než 30 min při plném odstranění vysokomolekulárních zbytků a minimalizaci zdrojového šumu. Přechodem na vodík a užší kolony se doba analýzy zkrátila téměř dvojnásobně bez ztráty rozlišení. Precision experimenty na standardu STANFORD-1 prokázaly RSD většiny biomarkerů pod 5 %, detekční limity kolem 2 ppm a vynikající linearitu across široký rozsah koncentrací. Pomocí SRM poměru stigmastanu a n-propylcholestanu bylo možné dekonvolvovat laboratorní směsi ropy ze dvou různých zdrojových hornin s rozlišením stopových podílů (až 0,2 % obj.).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí:

• Rychlou a robustní analýzu biomarkerů s vysokou přesností a selektivitou.
• Sníženou dobu údržby systému a vyšší propustnost laboratoře.
• Možnost spolehlivého fingerprintingu ropných vzorků a dekonvoluce komplexních směsí.
• Využití při prieskumu ropných ložisek, mapování rezervoárů a geochemickém modelování.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další zrychlení analýz lze dosáhnout menšími ID kolony a optimalizovanými dwell časy (až 1 ms) pro kratší cykly. Integrace s vysokorozlišovacími technikami, automatizace přípravy vzorků a nasazení v plně průmyslových QA/QC workflow otevírá nové možnosti pro rozsáhlé geochemické studie a 3D basin modeling.

Závěr

Agilent 7890A/7000A Triple Quadrupole GC/MS s PCT backflushingem poskytuje vysoce citlivé, selektivní a rychlé řešení pro rutinní analýzu ropných biomarkerů. Metoda kombinuje nízké detekční limity, vynikající přesnost a flexibilitu pro fingerprinting i dekonvoluci komplexních směsí.

Reference

• Peters K.E., Walters C.C., Moldowan J.M. The Biomarker Guide. Vol. 2: Biomarkers and Isotopes in Petroleum Exploration and Earth History. Cambridge University Press, 2005.
• Prest H., Foucault C., Aubut Y. Capillary Flow Technology for GC/MS: Efficacy of the Simple Tee Configuration for Robust Analysis Using Rapid Backflushing for Matrix Elimination. Agilent Technologies Publication 5989-9359EN.
• Prest H. Capillary Flow Technology for GC/MS: A Simple Tee Configuration for Analysis at Trace Concentrations with Rapid Backflushing for Matrix Elimination. Agilent Technologies Publication 5989-8664EN.
• Prest H. The Pressure Controlled Tee (PCT): Configurations, Installation and Use. Agilent Technologies Technical Document G1472-90001.