Wetenschappers van de Universiteit van Warwick hebben een krachtigere methode ontwikkeld om chemische mengsels te analyseren, die een recordaantal van 244 heeft kunnen toekennen, 779 moleculaire samenstellingen binnen een enkel monster van aardolie.

Met bijna een kwart miljoen individuele samenstellingen toegewezen binnen een niet-destilleerbare fractie van ruwe olie, de nieuwe methode ontwikkeld door de Barrow Group binnen de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Warwick en gedetailleerd in een paper voor het tijdschrift Chemische Wetenschappen maakt de weg vrij voor analyse van uitdagende monsters in verschillende velden.

Het toewijzen van de samenstellingen van moleculen in een complex mengsel is een waardevol hulpmiddel voor een aantal industrieën, waar het bepalen van de elementaire samenstelling van die moleculen waardevolle gegevens kan opleveren voor onderzoek, de levensvatbaarheid van het mengsel bepalen, zoals in de petrochemische industrie, of zelfs een "vingerafdruk" van een complex mengsel zoals olie- of milieumonsters.

De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe methode, genaamd operatie bij constante ultrahoge resolutie (OCULAR), die experimentele en gegevensverwerkingstechnieken combineert waarmee ze de meest complexe steekproef konden karakteriseren waaraan ze ooit hebben gewerkt.

Met behulp van Fourier-transformatie-ion cyclotron-resonantie massaspectrometrie (FT-ICR MS), de onderzoekers analyseerden een monster van zware aardolie in oplossing. De moleculen in het monster werden vervolgens geïoniseerd, opgewonden en gedetecteerd om de massa-tot-ladingsverhoudingen te bepalen met behulp van een solariX (Bruker Daltonics) FT-ICR-massaspectrometer aan de Universiteit van Warwick. Het ultrahoge oplossend vermogen en de massanauwkeurigheid van FT-ICR MS stelt de wetenschappers in staat om de elementaire samenstellingen te bepalen in zelfs de meest complexe monsters, met een hoge mate van vertrouwen.

Traditionele analyse uitgevoerd met een verscheidenheid aan Fourier-transformatie-massaspectrometers (FTMS) biedt afnemend oplossend vermogen en vertrouwen in toewijzingen van de elementaire composities bij hogere m/z bij het bestuderen van een breed m/z-bereik. In de nieuwe OCULAR-methode, ionen worden geanalyseerd met behulp van kleinere gegevenssegmenten op basis van hun massa, waarbij het experiment zo is ontworpen dat het een bijna constant oplossend vermogen over het volledige geanalyseerde massabereik garandeert; in het gepubliceerde voorbeeld, een constant oplossend vermogen van 3 miljoen werd gebruikt om een ​​zwaar aardoliemonster te karakteriseren.

Met behulp van een door de onderzoekers ontwikkeld algoritme, de gesegmenteerde gegevens kunnen automatisch worden voorbereid en aan elkaar worden genaaid om een ​​volledig massaspectrum te genereren (relatieve overvloed vs. m/z). Elke piek vertegenwoordigt een enkele moleculaire samenstelling, en dus dekt het geheel van het massaspectrum de compositieruimte van het monster. Hierdoor konden ze met een veel hogere resolutie werken en losten ze ook problemen op met betrekking tot ruimteladingseffecten, waar een groot aantal ionen de nauwkeurigheid van de massameting zal beïnvloeden. Het resultaat was resolutie, detectie en toewijzing van het hoogste aantal pieken binnen een monster tot nu toe.

De techniek kan worden gebruikt voor elke analyse van een complex mengsel en heeft potentiële toepassingen op gebieden zoals energie (bijv. aardolie en biobrandstoffen), life sciences en gezondheidszorg (bijv. proteomics, kankeronderzoek, en metabolomica), materialen (bijv. polymeren), en omgevingsanalyse, inclusief het feit dat ze worden gebruikt om olielozingen af ​​te drukken door hun moleculaire samenstelling.

Hoofdauteur Dr. Diana Palacio Lozano, van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Warwick, zei:"Deze methode kan de prestaties van een reeks FTMS-instrumenten verbeteren, inclusief FT-ICR MS-instrumenten met hoog en laag magnetisch veld en Orbitrap-instrumenten. We zijn nu in staat om mengsels te analyseren die, vanwege hun complexiteit, zijn zelfs voor de krachtigste analytische technieken een uitdaging. Deze techniek is flexibel omdat de uitvoering kan worden geselecteerd op basis van de onderzoeksbehoeften."

Aardoliemonsters zijn van nature zeer complex en waren dus een ideale test voor deze methode. Aangezien het wereldwijde gebruik van aardolie de overstap naar zwaardere oliën stimuleert, de monsters worden complexer en dus is er ook meer behoefte aan dit soort analyses door petrochemische wetenschappers.

De lage vluchtigheid van de zwaardere olie kan nu worden verklaard door de buitengewoon complexe elementaire samenstelling. De hoge complexiteit van zware oliën kan de katalyse verstoren en de extractie beïnvloeden, transport- en raffinageprocessen. De OCULAR-techniek is ook krachtig genoeg om te worden gebruikt op monsters die de hoogste prestaties vereisen om composities toe te wijzen op basis van massanauwkeurigheid of fijne isotopenpatronen.

Hoofdonderzoeker Dr. Mark Barrow zei:"De OCULAR-aanpak stelt ons in staat om de huidige analytische limieten voor het karakteriseren van de meest complexe monsters te verleggen. Het vergroot de prestaties van alle FTMS-instrumenten aanzienlijk zonder extra kosten en werkt goed met ontwikkelingen in het veld, zoals nieuwere hardware-ontwerpen, detectiemethoden, en gegevensverwerkingsmethoden. OCULAR is zeer veelzijdig, de experimenten en verwerking kunnen naar behoefte worden aangepast, en de aanpak kan worden toegepast op veel onderzoeksgebieden, inclusief energie, gezondheidszorg, en het milieu."