El análisis químico de las fracciones en agua acomodada de Petróleo Crudo Derrames Usando TIMS-FT-ICR MS
Summary
La fracción acomodada en agua de baja energía (LEWAF) de petróleo crudo es un sistema difícil de analizar, porque con el tiempo, esta mezcla compleja sufre transformaciones químicas. Este protocolo ilustra métodos para la preparación de la muestra LEWAF y para la realización de la foto de la irradiación y el análisis químico por atrapado de movilidad de iones espectrometría-FT-ICR MS.
Abstract
Múltiples procesos químicos controlan la forma en crudo se incorpora en agua de mar y también las reacciones químicas que se producen en horas extras. El estudio de este sistema requiere la preparación cuidadosa de la muestra con el fin de reproducir con precisión la formación natural de la fracción acomodada de agua que se produce en la naturaleza. fracciones alojados en agua de bajo consumo energético (LEWAF) son cuidadosamente preparados por mezcla de crudo y agua en una proporción conjunto. botellas aspirador se irradiaron a continuación, y al conjunto de los puntos de tiempo, el agua se toman muestras y se extrajeron usando técnicas estándar. Un segundo desafío es la caracterización representativa de la muestra, que debe tener en cuenta los cambios químicos que ocurren en el tiempo. Un análisis específico de la fracción aromática del LEWAF se puede realizar utilizando una fuente de ionización a presión atmosférica láser acoplado a una movilidad de iones atrapado a la medida la espectrometría de transformada de Fourier de iones de un espectrómetro de masas de resonancia de ciclotrón (TIMS-FT-ICR MS). El análisis TIMS-FT-ICR MS proporciona un análisis MS de movilidad de iones de alta resolución y ultra alta resolución, que permite además la identificación de los componentes isómeros por sus cortes transversales de colisión (CCS) y fórmula química. Los resultados muestran que a medida que la mezcla de aceite-agua se expone a la luz, no es significativo foto-solubilización del aceite de la superficie en el agua. Con el tiempo, la transformación química de las moléculas solubilizadas se lleva a cabo, con una disminución en el número de identificaciones de nitrógeno y las especies que contienen azufre en favor de aquellos con un mayor contenido de oxígeno que las que se observa típicamente en el aceite base.
Introduction
Existen numerosas fuentes de exposición ambiental al petróleo crudo, tanto por causas naturales y antropogénicas de la exposición. Después de la liberación al medio ambiente, en particular en el mar, el petróleo crudo puede sufrir de partición, con la formación de una mancha de aceite en la superficie, una pérdida de componentes volátiles a la atmósfera, y la sedimentación. Sin embargo, la mezcla de baja energía del aceite poco soluble y el agua se produce, y esta mezcla, que no es clásicamente solubilizado, forma lo que se conoce como la fracción acomodada de agua de baja energía (LEWAF). La solubilización de los componentes de aceite en el agua es típicamente reforzada durante la exposición de la interfaz aceite-agua a la radiación solar. Esta foto-solubilización del petróleo crudo en el mar puede experimentar cambios químicos significativos debido a esta exposición a la radiación solar y / o debido a la degradación enzimática 1, 2. La comprensión de estos cambios químicos y la forma en que se producen en presencia de la matriz a granel (es decir, el petróleo crudo) es fundamental para la mitigación de los efectos que esta exposición en el medio ambiente.
Estudios anteriores han demostrado que el aceite crudo se somete a la oxigenación, en particular los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), que representan una fuente altamente tóxico de contaminación que daña a los organismos, se somete a la bioacumulación, y es bioactivo 3, 5, 6. La comprensión de los productos de los procesos de oxigenación es un reto ya que se producen sólo en presencia de la matriz básica. Por lo tanto, un único análisis, estándar puede no ser representativa de los cambios que se producen en la naturaleza. La preparación de la LEWAF debe replicar los procesos naturales que tienen lugar en un entorno medioambiental. De particular interés es la oxigenación de HAP, que se produce debido a la radiación solar.
t "> El segundo desafío en el estudio de la fracción alojados-agua es la identificación molecular de los diferentes constituyentes químicos en la muestra. Debido a la complejidad de la muestra, causado por su gran masa y grado de oxígeno, los productos de oxigenación son típicamente inadecuados para el análisis tradicional lleva a cabo por cromatografía de gases combinada con el análisis MS 7, 8. Un enfoque alternativo es la caracterización de los cambios en la fórmula química de la muestra mediante la utilización de técnicas MS ultra-alta resolución de masas (por ejemplo, FT-ICR MS ). Mediante el acoplamiento TIMS a FT-ICR MS, además de la separación isobárica en el dominio de MS, la espectrometría de movilidad de iones (IMS) dimensión proporciona la separación y la información característica para los diferentes isómeros presentes en la muestra 9, 10, 11. en combinación con un láser de presión atmosféricaionización fuente (APLI), el análisis puede ser selectiva para las moléculas conjugadas que se encuentran en la muestra, lo que permite los cambios que los PAHs se someten a caracterizarse con precisión 12, 13.En este trabajo, se describe un protocolo para la preparación de LEWAFs expuestos a la foto de la irradiación con el fin de estudiar los procesos de transformación de los componentes de aceite. También ilustramos los cambios que ocurren en la foto de la irradiación, así como el procedimiento para la extracción de la muestra. También presentaremos el uso de APLI con TIMS junto con FT-ICR MS para caracterizar los HAP en el LEWAF como una función de la exposición a la luz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los pasos críticos dentro del Protocolo
La complejidad química de LEWAFs requiere una preparación precisa a fin de que los experimentos de laboratorio para reflejar con precisión lo que ocurre de forma natural. Una evaluación válida de los datos depende de tres criterios: reducir al mínimo la introducción de artefactos a lo largo de la muestra manipulación (por ejemplo, la preparación de la LEWAF, toma de muestras, extracciones, y la preparación de la muestra para el anális…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el Instituto Nacional de Salud (Subvención Nº R00GM106414 a FFL). Nos gustaría reconocer el Fondo avanzada Espectrometría de Masas de la Universidad Internacional de la Florida por su apoyo.
Materials
| Reagents | |||
| methylene chloride | |||
| methanol | |||
| toluene | |||
| Na2SO4 | |||
| Crude oil | |||
| Instant Ocean® | Aquarium Systems | 33 ppt salinity with 0.45 μm pore filtration | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Suntext XLS+ | Atlas Chicalo Ill, USA | 1500 w xeon arc lamp, light intensity of 765 W/m2 | |
| Atmospheric Pressure Laser Ionization | Bruker Daltonics Inc, MA | Note a 266 nm laser is used | |
| TIMS-FT-ICR MS Instrument | Bruker Daltonics Inc, MA | The set up we had consisted of a 7T magnet with an infinity cell | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| DataAnalysis 4.2 | Bruker Daltonics Inc, MA | ||
| Python 2.7 | Requires Numpy, Scipy, Pandas, glob, oct2py, and os | ||
| Octave 4.0 |
References
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