Pesquisadores do MIPT, Skoltech, o Instituto Conjunto de Altas Temperaturas da Academia Russa de Ciências, e a Lomonosov Moscow State University relatam uma nova abordagem para a análise da composição do óleo. Eles usaram alta temperatura e pressão para dissolver o óleo na água e analisar sua composição. O novo método é compatível com os princípios da química verde, pois elimina a necessidade de solventes perigosos para o meio ambiente. O artigo foi publicado em Química Analítica e Bioanalítica .

O petróleo bruto quase nunca é usado em sua forma bruta. Mas é necessário conhecer sua composição precisa para tornar o refino o mais eficiente possível. O petróleo bruto consiste em mais de 100, 000 compostos, com a composição exata da amostra variando de acordo com o campo de onde foi extraída. A extrema complexidade do petróleo bruto torna impossível sua separação em compostos individuais. Frações mais pesadas, que são não voláteis a 300 graus Celsius, ainda não foram devidamente estudados. Sabe-se que são constituídos principalmente por fenóis, cetonas, carbazoles, piridinas, quinolinas, dibenzofuranos e ácidos carboxílicos. Além disso, o petróleo bruto de alguns campos também pode conter compostos sulfúricos. Muitos hidrocarbonetos têm fórmulas idênticas, com o mesmo número de carbono, hidrogênio, e átomos de oxigênio, mas diferem em seus arranjos, ou seja, eles são isômeros.

As estruturas muito diferentes obviamente exibem propriedades químicas diferentes. Hidrocarbonetos mais pesados ​​consistem em muitos átomos, o que significa mais variabilidade estrutural para cada composto.

A espectrometria de massa fornece informações sobre a composição elementar das substâncias e sua massa molecular, mas muitas vezes não consegue distinguir entre os diferentes isômeros. Essas informações podem ser obtidas por meio da análise de troca de isótopos. Este método é baseado no fato de que, dependendo de quais compostos particulares constituem o petróleo bruto ou alguma outra amostra, átomos de oxigênio e hidrogênio levarão mais ou menos tempo para serem substituídos por seus isótopos - essencialmente os mesmos elementos, mas com uma massa diferente. A água é a fonte mais disponível e mais limpa de isótopos, mas o óleo é insolúvel em água em condições normais, portanto, ácidos e álcalis potentes devem ser usados ​​em seu lugar. Mas os ácidos tendem a quebrar os compostos orgânicos, especialmente em altas temperaturas, alterando assim a composição da amostra.

Isso é conhecido, Contudo, que os compostos insolúveis em água podem ser dissolvidos em superaquecido, ou supercrítico, água a temperaturas significativamente acima de 100 graus C, então decidiu-se aplicar este método ao petróleo bruto. Os pesquisadores provaram que era possível obter uma solução de petróleo bruto à base de água aumentando a temperatura e a pressão e analisaram sua composição. A amostra foi aquecida a 360 graus C em água pesada (na qual o hidrogênio é substituído por deutério) a uma pressão acima de 300 atm por uma hora.

Os pesquisadores compararam os espectros de massa da amostra original e da amostra após a reação de troca isotópica. Os dados coletados forneceram mais informações sobre a estrutura dos compostos que compõem o petróleo bruto. Este método pode ser usado para estudar outros compostos não polares complexos no nível molecular.

"Marcadores de isótopos só podem ser incorporados em posições específicas na molécula, semelhante ao modelo de chave e fechadura, "disse o professor de Skoltech e MIPT Eugene Nikolaev, que também dirige o Laboratório de Espectrometria de Massa da Skoltech. "Podemos analisar a estrutura molecular usando espectrometria de massa de alta resolução para medir a taxa de câmbio, mesmo quando é impossível separar compostos individuais e identificar sua estrutura com outros métodos."

"As reservas de petróleo leve estão se esgotando. Hidrocraqueamento do óleo combustível, que é caracterizada por sua estrutura molecular altamente complexa e pouco estudada, está desempenhando um papel cada vez maior na produção de gasolina. Hydrocrackers são caros, eles não são produzidos na Rússia, e eles requerem o uso de catalisadores especiais. Encontramos uma maneira de identificar furanos, piridinas, e ácidos naftênicos no petróleo bruto sem ter que recorrer ao complexo processo de destilação, "diz Yury Kostyukevich, um dos autores do artigo e pesquisador sênior dos laboratórios Skoltech e MIPT. "Esperamos que nossa pesquisa ajude a entender melhor a estrutura e composição do petróleo bruto, contribuir para o desenvolvimento de novos catalisadores para o refino de petróleo mais eficiente, e permitir o monitoramento aprimorado da qualidade do óleo em sistemas de dutos troncais. "