Forskare vid University of Warwick har utvecklat en mer kraftfull metod för att analysera kemiska blandningar, som har kunnat tilldela ett rekordantal på 244, 779 molekylära kompositioner i ett enda prov av petroleum.

Med nästan en kvarts miljon individuella kompositioner tilldelade inom en icke-destillerbar fraktion av råolja, den nya metoden som utvecklats av Barrow -gruppen inom Institutionen för kemi vid University of Warwick och detaljerad i en artikel för tidskriften Kemisk vetenskap banar väg för analys av utmanande prover på olika områden.

Att tilldela molekylernas sammansättningar i en komplex blandning är värdefullt verktyg för ett antal industrier, där bestämning av grundmassans sammansättning av dessa molekyler kan ge värdefull data för forskning, bestämma blandningens livskraft, till exempel i den petrokemiska industrin, eller till och med "fingeravtryck" en komplex blandning som olja eller miljöprover.

Forskarna utvecklade en ny metod, kallad operation med konstant ultrahög upplösning (OCULAR), som kombinerar experimentell och databehandlingsteknik som gjorde att de kunde karakterisera det mest komplexa prov som de någonsin har arbetat med.

Med hjälp av Fourier-transformjoncyklotronresonansmasspektrometri (FT-ICR MS), forskarna analyserade ett prov av tung petroleum i lösning. Molekylerna i provet joniserades sedan, upphetsad och upptäckt för att bestämma massa-till-laddningsförhållanden med hjälp av en solariX (Bruker Daltonics) FT-ICR-masspektrometer vid University of Warwick. Den ultrahöga upplösningseffekten och massnoggrannheten hos FT-ICR MS gör det möjligt för forskarna att bestämma grundkompositionerna inom även de mest komplexa proverna, med ett stort självförtroende.

Traditionell analys utförd med en mängd olika Fourier -transformmasspektrometrar (FTMS) erbjuder minskande upplösningseffekt och förtroende för tilldelningar av grundkompositionerna vid högre m/z när man studerar ett brett m/z -område. I den nya OCULAR -metoden, joner analyseras med hjälp av mindre datasegment baserat på deras massa, där experimentet är utformat på ett sätt att säkerställa nästan konstant upplösningseffekt över hela det analyserade massintervallet; i det publicerade exemplet, en konstant upplösningseffekt på 3 miljoner användes för att karakterisera ett tungt petroleumprov.

Med hjälp av en algoritm utvecklad av forskarna, de segmenterade data kan automatiskt förberedas och sys ihop för att generera ett komplett masspektrum (relativ förekomst mot m/z). Varje topp representerar en enda molekylär komposition, och så täcker hela masspektrumet provets sammansatta utrymme. Detta gjorde det möjligt för dem att arbeta med mycket högre upplösning och tog även upp frågor som rör utrymme-laddningseffekter, där ett stort antal joner kommer att påverka noggrannheten i massmätningen. Resultatet blev upplösning, upptäckt och tilldelning av det högsta antalet toppar inom ett prov hittills.

Tekniken kan användas för alla analyser av en komplex blandning och har potentiella tillämpningar inom områden som energi (t.ex. petroleum och biobränslen), biovetenskap och vård (t.ex. proteomik, cancerforskning, och metabolomik), material (t.ex. polymerer), och miljöanalys, inklusive att de används för att 'ingerprint oljeutsläpp genom deras molekylära sammansättning.

Huvudförfattare Dr Diana Palacio Lozano, från University of Warwicks institution för kemi, sade:"Denna metod kan förbättra prestandan för en rad FTMS -instrument, inklusive högt och lågt magnetfält FT-ICR MS-instrument och Orbitrap-instrument. Vi kan nu analysera blandningar som, på grund av deras komplexitet, är utmanande även för de mest kraftfulla analytiska teknikerna. Denna teknik är flexibel eftersom prestanda kan väljas enligt forskningsbehov. "

Petroleumprover är i sig mycket komplexa och så var ett idealiskt test för denna metod. När världens användning av petroleum driver övergången till tyngre oljor, proverna blir mer komplexa och det finns också ett större behov av denna typ av analys av petrokemiska forskare.

Den tyngre oljans låga flyktighet kan nu förklaras av den utomordentligt komplexa grundkompositionen. Den höga komplexiteten hos tunga oljor kan störa katalys och påverkar extraktion, transport- och förädlingsprocesser. OCULAR -tekniken är också tillräckligt kraftfull för att användas på prover som kräver högsta prestanda för att tilldela kompositioner baserade på massnoggrannhet eller fina isotopmönster.

Huvudutredaren Dr Mark Barrow sa:"OCULAR -tillvägagångssättet gör att vi kan skjuta de nuvarande analytiska gränserna för att karakterisera de mest komplexa proverna. Det förlänger avsevärt prestandan för alla FTMS -instrument utan extra kostnad och fungerar bra med utvecklingen inom området, till exempel nyare hårdvarudesign, detekteringsmetoder, och databehandlingsmetoder. OCULAR är mycket mångsidig, experimenten och bearbetningen kan anpassas efter behov, och tillvägagångssättet kan tillämpas på många forskningsområden, inklusive energi, sjukvård, och miljön. "