Effect of sample preparation on the characterization of crude oil and its complex fractions by high resolution mass spectrometry
Die Abhängigkeit der modernen Gesellschaft auf verfügbare Energie-Ressourcen wächst. Gleichzeitig, der rasante Anstieg der Preise auf den weltweiten Öl-Märkte in den letzten Jahren zeigt deutlich, dass eine bessere Ausnutzung der restlichen Quellen deutlich wichtiger wird. Trotz der eher teuren chemischen Aufarbeitungsmethoden, um saubere und nützliche Energieversorgung zu erzielen, wird die Aufarbeitung von unkonvetionellen Rohölen notwendig. Anderseites, haben höher siedenden Fraktionen von Standard Rohöle und schwere Rohöle erhöhten Konzentrationen von Heteroatomen, z. B. Schwefel-, Stickstoff-, Sauerstoff-oder Metall-Verbindungen. Viele dieser Verbindungen haben nachteilige Auswirkungen auf die Verarbeitung sowie auf die Leistung der Endprodukte. Die Optimierung der katalytischen Raffinierungsverfahren ist daher stark abhängig von der Qualität der chemischen Charakterisierung der Rohstoffe. In diesem Zusammenhang hat Fourier-Transform-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometrie (FT-ICR MS) als analytische Methode bewiesen, dass die resultierenden Daten von ausreichender Genauigkeit und Auflösung sind. Dennoch, auch mit der letztlich hohen Auflösungsstärke des FT-ICR MS, beruht die genaue massenspektrometrische Analyse von Rohölkomponenten auf geeigneten Ionisationsmethoden und Trennverfahren. Die Rolle der Probenvorbereitung ist immens in dieser Hinsicht. Ohne Vereinfachung der komplexen Rohöl Probe ist es praktisch unmöglich, die Probe auch mit hochauflösender Massenspektrometrie einer einzelnen Messung zu analysieren. FT-MS Geräte arbeiten am besten, wenn eine kleinere Anzahl von Ionen bei jedem Transient verfügbar ist. Dies kann nicht in die Analyse von Rohöl Proben ohne Vereinfachung der Probe durchgeführt werden. Diese Studie basiert auf der Untersuchung der Probenvorbereitungsmethoden, die die Komplexität von Rohöl Proben vereinfacht und zur gleichen Zeit die Selektivität gegenüber Rohöl Klassen zeigt. Die Kombination dieser analytischen Ansätze mit höchster Auflösung der Massenspektrometrie gibt unverzichtbare Daten, die zur elementaren Zusammensetzung der Bestandteile der Probe führen. Dementsprechend werden statistische Informationen, die die Charakterisierung der Verbindungen ermöglicht, gewonnen. Vor allem, werden mit Hilfe hoch auflösende FT-MS Instrumente Extraktionsverfahren und Chromatographische Trennung in dieser Studie eingesetzt, damit komplexe Erdölproben analysiert und charakteriziert werden können.
The dependency of the modern society on affordable energy resources, which fuels the economy and social development, is growing. The rapid rise of prices on the world’s oil markets in the last years clearly demonstrates that a better exploitation of the remaining supplies becomes distinctively more valuable. Despite the rather expensive chemical work-up procedures to yield clean and useful energy supplies, higher oil prices push the exploitation of non-conventional oils. Heavier crude oils and the higher boiling fractions of standard crude oils have thus become important resources to the expense of significantly elevated impurities levels, e.g., sulfur-, nitrogen-, oxygen- or metal-compounds. Many of these compounds have adverse effects on processing as well as on performance of the final products. The optimization of catalytic refinement processes is thus heavily dependent on the quality of the chemical characterization of the raw material. In this regard, Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS) has proven to provide analytical data of sufficient accuracy and resolution. Nevertheless, even with the ultimately high resolving power of FT-ICR MS, the accurate mass spectrometric analysis of crude oil components relies on appropriate ionization and separation methods. The role of sample preparation is immense in this regard. Without simplification of the complex crude oil sample it is practically impossible to analyze the sample even with high resolution mass spectrometry by one-shot-measurement approach. FT-MS instruments operate best when smaller number of ions is present during each transient. This cannot be accomplished in the analysis of crude oil samples without simplification of the sample. This study is focusing on the investigation of sample preparation methods which simplify the complexity of crude oil samples and at the same time show selectivity towards crude oil classes. Combining these analytical approaches with ultrahigh resolution mass spectrometry gives indispensable data that lead to the elemental composition of the sample components. Accordingly, statistical information that allows characterization of the compounds is gained. Extraction methods and chromatographic separations are applied in this study to analyze and characterize complex crude oil samples using high resolution FT-MS instruments.
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