Forskare från MIPT, Skoltech, Joint Institute for High Temperatures vid ryska vetenskapsakademien, och Lomonosov Moscow State University rapporterar en ny metod för analys av oljesammansättning. De använde hög temperatur och tryck för att lösa upp olja i vatten och analysera dess sammansättning. Den nya metoden överensstämmer med gröna kemiprinciper eftersom den undanröjer behovet av miljöfarliga lösningsmedel. Tidningen publicerades i Analytisk och bioanalytisk kemi .

Råolja används nästan aldrig i sin råa form. Men det är nödvändigt att känna till dess exakta sammansättning för att göra raffinering så effektiv som möjligt. Råolja består av över 100, 000 föreningar, med den exakta sammansättningen av provet varierande baserat på fältet från vilket det extraherades. Den extrema komplexiteten hos råolja gör det omöjligt att separera i enskilda föreningar. Tyngre fraktioner, som inte är flyktiga vid 300 grader Celsius, har ännu inte studerats ordentligt. Det är känt att de huvudsakligen består av fenoler, ketoner, karbazoler, pyridiner, kinoliner, dibensofuraner och karboxylsyror. Utöver det, råolja från vissa fält kan också innehålla svavelföreningar. Många kolväten har identiska formler, med samma antal kol, väte, och syreatomer, men skiljer sig åt i deras arrangemang, d.v.s. de är isomerer.

De mycket olika strukturerna uppvisar uppenbarligen olika kemiska egenskaper. Tyngre kolväten består av många atomer, vilket innebär mer strukturell variation för varje förening.

Masspektrometri ger information om grundämnena i ämnen och deras molekylmassa men misslyckas ofta med att skilja mellan olika isomerer. Sådan information kan erhållas genom isotoputbytesanalys. Denna metod bygger på det faktum att, beroende på vilka särskilda föreningar som utgör råolja eller något annat prov, syre och väteatomer kommer att ta mer eller mindre tid att ersättas med sina isotoper - i huvudsak samma element, men med en annan massa. Vatten är den lättast tillgängliga och renaste källan till isotoper, men olja är olöslig i vatten under normala förhållanden, så kraftfulla syror och alkali måste användas istället. Men syror tenderar att bryta ner organiska föreningar, särskilt vid höga temperaturer, därmed förändras provets sammansättning.

Det är känt, dock, att föreningar som är olösliga i vatten kan lösas i överhettad, eller superkritisk, vatten vid temperaturer betydligt över 100 grader C, så det beslutades att tillämpa denna metod på råolja. Forskarna visade att det var möjligt att uppnå en vattenbaserad råoljelösning genom att öka temperaturen och trycket och analyserade dess sammansättning. Provet värmdes till 360 grader C i tungt vatten (där vätet ersätts med deuterium) vid ett tryck över 300 atm under en timme.

Forskarna jämförde masspektra för det ursprungliga provet och provet efter isotopbytesreaktionen. De insamlade uppgifterna gav mer information om strukturen hos föreningarna innefattande råolja. Denna metod kan användas för att studera andra komplexa opolära föreningar på molekylär nivå.

"Isotopetiketter får endast införlivas vid specifika positioner i molekylen, liknande låsa-och-nyckel-modellen, "sade professor i Skoltech och MIPT Eugene Nikolaev, som också leder Laboratory of Mass Spectrometry på Skoltech. "Vi kan analysera molekylstruktur genom att använda högupplöst masspektrometri för att mäta växelkursen även när det är omöjligt att separera enskilda föreningar och identifiera deras struktur med andra metoder."

"Lätta råoljereserver håller på att tömmas. Hydrokrackning av eldningsolja, som kännetecknas av sin mycket komplexa och dåligt studerade molekylstruktur, spelar en allt större roll i bensinproduktionen. Hydrokrackare är dyra, de produceras inte i Ryssland, och de kräver användning av speciella katalysatorer. Vi har hittat ett sätt att identifiera furaner, pyridiner, och naftensyror i råolja utan att behöva tillgripa den komplexa destillationsprocessen, "säger Yury Kostyukevich, en av författarna till uppsatsen och en senior forskare vid Skoltech och MIPT laboratorier. "Vi hoppas att vår forskning hjälper till att bättre förstå råoljans struktur och sammansättning, bidra till utvecklingen av nya katalysatorer för effektivare oljeraffinering, och möjliggöra förbättrad övervakning av oljekvaliteten i stamledningssystem. "