Analysis of Light Crude Oil Using Gas Chromatography—High Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometry

Význam tématu

Analýza světlé ropy je klíčová pro průmyslové i environmentální aplikace, protože tato komplexní směs obsahuje široké spektrum alifatických, aromatických a heterocyklických sloučenin v různých koncentracích. Vysoké rozlišení a přesnost hmotnostní spektrometrie napomáhají detekci i stopových heteroatomatických kontaminantů, které mohou ovlivnit jak rafinérské procesy, tak emise při spalování.

Cíle a přehled studie / článku

Studie představuje využití plynné chromatografie spojené s vysoce výkonnou TOF hmotnostní spektrometrií (LECO Pegasus GC-HRT) k detailnímu profilování světlých ropných vzorků ze čtyř geografických oblastí (Arabian, Nigerian, Basra, South Louisiana). Cílem bylo charakterizovat saturáty, aromáty, polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) i heterocyklické sloučeniny pomocí elementárních vzorců a srovnání se spektrovými knihovnami.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky byly připraveny jako standardy (100 mg/ml v hexanu) a zředěny před analýzou.
• GC podmínky: Agilent 7890A s kolonkou Restek Rxi-5 MS (30 m×0,25 mm×0,25 µm), program teplot od 40 °C do 320 °C, He 1,0 ml/min.
• MS podmínky: LECO Pegasus GC-HRT s technologií Folded Flight Path™, EI 70 eV, pozitivní ionizace, rozlišení až 50 000 (FWHM), datová akvizice 6 spekter/s, m/z 50–580 (HR) a 80–300 (UHR).
• Kalibrace pomocí PFTBA, dekonvoluční software pro extrakci Peak True a library search (NIST).

Hlavní výsledky a diskuse

• Arabian vzorek: detekovány parafíny C9–C28, substituované benzeny (C8H10–C12H18), PAH (např. naftalen, metylaftaleny, fenanthreny) i sírové heterocykly (dibenzothiophen, dimethylbenzo[b]thiophen). Mass accuracy 0,27 až 1,65 ppm, library skóre často >950/1000.
• Nigerian vzorek: identifikováno více než 50 alkylovaných benzenů, PAH a heteroatomatických sloučenin, průměrná mass accuracy ~0,45 ppm pro aromáty, ~0,91 ppm pro heteroatomy.
• Vysoké rozlišení výrazně zlepšilo selektivitu při extrakci izobarických iontů a eliminovalo rušivé matriční efekty.

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní profil v jediné analýze bez kompromisu citlivosti.
• Spolehlivá identifikace stopových heteroatomatických kontaminantů důležitých pro QA/QC v petrochemii.
• Přesná elementární formulace u rychle po sobě jdoucích spekter.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření GC-TOFMS do kombinovaných technik (GC×GC-TOFMS), rozvoj automatizovaných workflow pro vysokou propustnost laboratoří a pokročilou zpracovatelskou analýzu velkých datových souborů. Možnosti cílené i nekonvenční detekce nových heterocyklických i oxidovaných komponent v rafinérských produktech budou dále růst.

Závěr

Vysoce výkonná TOFMS (GC-HRT) prokázala schopnost poskytovat detailní chemický profil světlých ropných vzorků včetně náročné identifikace aromatů, PAH i heterocyklických sloučenin s vynikající mass accuracy a rozlišením. Tato technologie představuje silný nástroj pro analytickou chemii v petrochemii i environmentálním monitoringu.

Reference

1. Liu P, Shi Q, Chung KH, Zhang Y, Pan N, Zhao S, Xu C. Energy Fuels 2010;24:5089–5096.
2. Speight JG. Handbook of Petroleum Product Analysis. John Wiley & Sons, Ch. 1, pp. 1–28 (2002).
3. Shi Q, Hou D, Chng KH, Xu C, Zhao S, Zhang Y. Energy Fuels 2010;24:2545–2553.