«Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина»

ВОЗМОЖНОСТИ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ УЛЬТРАВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ В АНАЛИЗЕ ГЕТЕРОАТОМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НЕФТЯНЫХ СИСТЕМ

УДК: 54.07
DOI: -

Авторы:

¹ РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина

Ключевые слова: масс-спектрометрия ультравысокого разрешения ионно-циклотронного резонанса, гетероатомные соединения нефти, разрешающая способность, методы ионизации

Аннотация:

В статье описывается возможность применения масс-спектрометрии ультравысокого разрешения ионно-циклотронного резонанса в сочетании с «мягкими» методами ионизации для изучения качественного состава гетероатомных соединений нефти на молекулярном уровне. В образцах двух нефтей с различными свойствами идентифицировано 19 классов гетероатомных соединений, включая карбоновые кислоты, пиридиновые основания, пиррольные соединения, соединения с одним и двумя атомами серы в молекуле, а также гибридные соединения (SO, NS, O 2S 2, ONS и др.). Использование различных методов ионизации таких, как электрораспыление (ESI), фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) позволяет изучать состав различных гетероатомных соединений высокомолекулярной части нефти, а высокая чувствительность масс-спектрометрии ультравысокого разрешения ионно-циклотронного резонанса позволяет одновременно идентифицировать несколько тысяч соединений в минимальном объеме нефти (1-2 мкл). Уникальность метода заключается в возможности анализировать тяжелую часть нефти (в том числе смолисто-асфальтеновые вещества). Ультравысокое разрешение и чувствительность и точность определяемых масс ионов данного метода в сочетании с простотой использования делают метод отличным инструментом для химического анализа состава многокомпонентных нефтяных систем.

Список литературы:

1. Нефтяные кислоты и их производные. Получение и применение/Л.В. Иванова, В.Н. Кошелев, Н.А. Сокова, Е.А. Буров, О.В. Примерова//Труды Российского государственного университета нефти и газа имени И.М. Губкина. - 2013. - T. 270. - № 1. - С. 68-80.
2. Хаджиев С.Н., Шпирт М.Я. Микроэлементы в нефтях и продуктах их переработки. - М.: Наука, 2012.
3. Суб- и сверхкритичеcкие флюидные среды в некоторых задачах извлечения наполнителей из твердых матриц/Г.Ф. Мухамедович, Г.М. Ракибович, Б.Т. Ренатович, Г.Р. Фаилович, С.А. Адиевич//Вести Газовой Науки. - 2010. - Т. 11. - № 3.
4. Состав и свойства природных высокомолекулярных компонентов газоконденсатных и нефтегазоконденсатных месторождений/А.Н. Дмитриевский, Н.А. Скибицкая, Л.А. Зекель, О.К. Навроцкий, Н.В. Краснобаева, Е.Г. Доманова/ Химия твердого топлива. - 2010. - № 3. - С. 67-77.
5. Gaspar A., Zellermann E., Lababidi S., Reece J., Schrader W. Characterization of Saturates, Aromatics, Resins, and Asphaltenes Heavy Crude Oil Fractions by Atmospheric Pressure Laser Ionization Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry//Energy Fuels. - 2012. - No. 26. - P. 3481-3487.
6. Zhao X., Shi Q., Gray M.R., Xu C. New Vanadium Compounds in Venezuela Heavy Crude Oil Detected by Positive-ion Electrospray Ionization Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry//Sci. Rep. - 2014. - Vol. 4.
7. Zhang L., Zhang Y., Zhao S., Xu C., Chung K.H., Shi Q. Characterization of heavy petroleum fraction by positive-ion electrospray ionization FT-ICR mass spectrometry and collision induced dissociation: Bond dissociation behavior and aromatic ring architecture of basic nitrogen compounds//Sci. China Chem. - 2013. - Vol. 56. - No. 7. - P. 874-882.
8. Tanner R.P.R., Schaub M. Speciation of Aromatic Compounds in Petroleum Refinery Streams by Continuous Flow Field Desorption Ionization FT-ICR Mass Spectrometry//Energy Amp Fuels - ENERG FUEL. - 2005. - Vol. 19. - No. 4.
9. Klein G.C., Rodgers R.P., Marshall A.G. Identification of hydrotreatment-resistant heteroatomic species in a crude oil distillation cut by electrospray ionization FT-ICR mass spectrometry// Fuel. - 2006. - Vol. 85. - No. 14-15. - Р. 2071-2080.
10. Qian K., Edwards K.E., Dechert G.J., Jaffe S.B., Green L.A., Olmstead W.N. Measurement of Total Acid Number (TAN) and TAN Boiling Point Distribution in Petroleum Products by Electrospray Ionization Mass Spectrometry//Anal. Chem. - 2008. - Vol. 80. - No. 3. - P. 849-85.
11. Marshall A.G., Rodgers R.P. Petroleomics: chemistry of the underworld//Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. - 2008. - Vol. 105. - No. 47. - P. 18090-18095.
12. A barrel load of compounds//Chemistry World. - 2010, May. - P. 46-49.
13. De Hoffmann E., Stroobant V. Mass Spectrometry: Principles and Applications. - John Wiley & Sons, 2007.
14. Quan Shi D.H. Characterization of Heteroatom Compounds in a Crude Oil and Its Saturates, Aromatics, Resins, and Asphaltenes (SARA) and Non-basic Nitrogen Fractions Analyzed by Negative-Ion Electrospray Ionization Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry//Energy Amp Fuels. - 2010. - Vol. 24. - P. 2545-2553.
15. Kim S., Rodgers R.P., Blakney G.T., Hendrickson C.L., Marshall A.G. Automated Electrospray Ionization FT-ICR Mass Spectrometry for Petroleum Analysis//J. Am. Soc. Mass Spectrom. - 2009. - Vol. 20. - No. 2. - P. 263-268.
16. Kim Y. H., Kim S. Improved abundance sensitivity of molecular ions in positive-ion APCI MS analysis of petroleum in toluene//J. Am. Soc. Mass Spectrom. - 2010. - Vol. 21. - No. 3. - P. 386-39.
17. Fernandez-Lima F.A., Becker C., McKenna A.M., Rodgers R.P., Marshall A.G., Russell D.H. Petroleum Crude Oil Characterization by IMS-MS and FTICR MS//Anal. Chem. - 2009. - Vol. 81. - No. 24. - P. 9941-9947.
18. Panda S.K., Brockmann K.J., Benter T., Schrader W. Atmospheric pressure laser ionization (APLI) coupled with Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry applied to petroleum samples analysis: comparison with electrospray ionization and atmospheric pressure photoionization methods//Rapid Commun. Mass Spectrom. - 2011. - No. 25. - P. 2317-2326.
19. Esther Lorente C.B. The detection of high-mass aliphatics in petroleum by matrix-assisted laser desorption/ionisation mass spectrometry//Rapid Commun. Mass Spectrom. RCM. - 2012. - Vol. 26. - No. 14. - P. 1581-90.
20. Speight J.G. High Acid Crudes. - Gulf Professional Publishing, 2014.
21. Li X., Zhu J., Wu B. Characterization of Basic Nitrogen-Containing Compounds in the Products of Lube Base Oil Processing by Electrospray Ionization Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry//Bull. Korean Chem. Soc. - 2014. - Vol. 35. - No. 1. - P. 165-172.
22. Marshall A.G., Rodgers R.P. Petroleomics: The Next Grand Challenge for Chemical Analysis//Acc. Chem. Res. - 2003. - Vol. 37. - No. 1. - P. 53-59.
23. Yunju Cho A.A. Developments in FT-ICR MS Instrumentation, Ionization Techniques, and Data Interpretation Methods for Petroleomics - a Review//Mass Spectrom. Rev. - 2014. - Vol. in press.
24. Wang L., He C., Zhang Y., Zhao S., Chung K.H., Xu C., Hsu C.S., Shi Q. Characterization of Acidic Compounds in Heavy Petroleum Resid by Fractionation and Negative-Ion Electrospray Ionization Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry Analysis//Energy Fuels. - 2013. - Vol. 27. - No. 8. - P. 4555-4563.
25. Kuangnan Qian W.K.R. Resolution and Identification of Elemental Compositions for More than 3000 Crude Acids in Heavy Petroleum by Negative-Ion Microelectrospray High-Field Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry//Energy Amp Fuels - ENERG FUEL. - 2001. - Vol. 15. - No. 6.
26. Yingrong L., Wei W., Qiuling H., Yuxia Z., Jinghui D., Songbai T. Characterization of Basic Nitrogen Aromatic Species Obtained during Fluid Catalytic Cracking by Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry//Scientific Research. - 2012. - Vol. 14. - No. 2. - P. 18-24.
27. Liu P., Xu C., Shi Q., Pan N., Zhang Y., Zhao S., Chung K.H. Characterization of Sulfide Compounds in Petroleum: Selective Oxidation Followed by Positive-Ion Electrospray Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry//Anal. Chem. - 2010. - Vol. 82. - No. 15. - P. 6601-6606.