Investigadores de MIPT, Skoltech, el Instituto Conjunto de Altas Temperaturas de la Academia de Ciencias de Rusia, y la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov informan sobre un nuevo enfoque para el análisis de la composición del aceite. Utilizaron alta temperatura y presión para disolver el aceite en agua y analizar su composición. El nuevo método cumple con los principios de la química ecológica, ya que evita la necesidad de disolventes peligrosos para el medio ambiente. El artículo fue publicado en Química analítica y bioanalítica .

El petróleo crudo casi nunca se utiliza en su forma cruda. Pero es necesario conocer su composición precisa para que el refinado sea lo más eficiente posible. El petróleo crudo se compone de más de 100, 000 compuestos, con la composición exacta de la muestra que varía según el campo del que se extrajo. La extrema complejidad del petróleo crudo hace que sea imposible separarlo en compuestos individuales. Fracciones más pesadas, que son no volátiles a 300 grados Celsius, aún no se han estudiado adecuadamente. Se sabe que consisten principalmente en fenoles, cetonas carbazoles, piridinas, quinolinas, dibenzofuranos y ácidos carboxílicos. Además de eso, El petróleo crudo de algunos campos también puede contener compuestos sulfúricos. Muchos hidrocarburos tienen fórmulas idénticas, con la misma cantidad de carbono, hidrógeno, y átomos de oxígeno, pero difieren en sus arreglos, es decir., son isómeros.

Obviamente, las estructuras tan diferentes exhiben diferentes propiedades químicas. Los hidrocarburos más pesados ​​constan de muchos átomos, lo que significa más variabilidad estructural para cada compuesto.

La espectrometría de masas proporciona información sobre la composición elemental de las sustancias y su masa molecular, pero a menudo no distingue entre diferentes isómeros. Esta información puede obtenerse mediante análisis de intercambio de isótopos. Este método se basa en el hecho de que, dependiendo de qué compuestos particulares constituyen el petróleo crudo o alguna otra muestra, Los átomos de oxígeno e hidrógeno tardarán más o menos en reemplazarse con sus isótopos, esencialmente los mismos elementos, pero con una masa diferente. El agua es la fuente de isótopos más limpia y disponible, pero el aceite es insoluble en agua en condiciones normales, en su lugar, deben usarse ácidos y álcalis potentes. Pero los ácidos tienden a descomponer los compuestos orgánicos, especialmente a altas temperaturas, alterando así la composición de la muestra.

Es sabido, sin embargo, que los compuestos insolubles en agua pueden disolverse en sobrecalentamiento, o supercrítico, agua a temperaturas significativamente superiores a 100 grados C, por lo que se decidió aplicar este método al petróleo crudo. Los investigadores demostraron que era posible lograr una solución de petróleo crudo a base de agua aumentando la temperatura y la presión y analizaron su composición. La muestra se calentó a 360 grados C en agua pesada (en la que el hidrógeno se reemplaza con deuterio) a una presión superior a 300 atm durante una hora.

Los investigadores compararon los espectros de masas de la muestra original y la muestra después de la reacción de intercambio de isótopos. Los datos recopilados proporcionaron más información sobre la estructura de los compuestos que componen el petróleo crudo. Este método puede utilizarse para estudiar otros compuestos apolares complejos a nivel molecular.

"Los marcadores de isótopos solo pueden incorporarse en posiciones específicas de la molécula, similar al modelo de candado y llave, "dijo el profesor de Skoltech y MIPT Eugene Nikolaev, quien también dirige el Laboratorio de Espectrometría de Masas en Skoltech. "Podemos analizar la estructura molecular mediante el uso de espectrometría de masas de alta resolución para medir la tasa de intercambio, incluso cuando es imposible separar compuestos individuales e identificar su estructura con otros métodos".

"Las reservas de crudo ligero se están agotando. Hidrocraqueo del fueloil, que se caracteriza por su estructura molecular altamente compleja y poco estudiada, está desempeñando un papel cada vez más importante en la producción de gasolina. Los hidrocraqueadores son caros, no se producen en Rusia, y requieren el uso de catalizadores especiales. Hemos encontrado una forma de identificar a los furanos, piridinas, y ácidos nafténicos en crudo sin tener que recurrir al complejo proceso de destilación, "dice Yury Kostyukevich, uno de los autores del artículo e investigador senior en los laboratorios Skoltech y MIPT. "Esperamos que nuestra investigación ayude a comprender mejor la estructura y composición del petróleo crudo, contribuir al desarrollo de nuevos catalizadores para una refinación de petróleo más eficiente, y permitir un mejor monitoreo de la calidad del petróleo en los sistemas de tuberías troncales ".