Ricercatori del MIPT, Skoltech, l'Istituto congiunto per le alte temperature dell'Accademia delle scienze russa, e Lomonosov Moscow State University riportano un nuovo approccio all'analisi della composizione dell'olio. Hanno usato l'alta temperatura e la pressione per sciogliere l'olio nell'acqua e analizzarne la composizione. Il nuovo metodo è conforme ai principi della chimica verde in quanto elimina la necessità di solventi pericolosi per l'ambiente. Il documento è stato pubblicato in Chimica Analitica e Bioanalitica .

Il petrolio greggio non viene quasi mai utilizzato nella sua forma grezza. Ma è necessario conoscerne la precisa composizione per rendere la raffinazione il più efficiente possibile. Il petrolio greggio è composto da oltre 100, 000 composti, con l'esatta composizione del campione che varia in base al campo da cui è stato estratto. L'estrema complessità del petrolio greggio rende impossibile la separazione in singoli composti. Frazioni più pesanti, che sono non volatili a 300 gradi Celsius, devono ancora essere adeguatamente studiati. È noto che sono costituiti principalmente da fenoli, chetoni, carbazoli, piridine, chinoline, dibenzofurani e acidi carbossilici. In aggiunta a ciò, anche il petrolio greggio di alcuni giacimenti può contenere composti solforici. Molti idrocarburi hanno formule identiche, con lo stesso numero di carbonio, idrogeno, e atomi di ossigeno, ma differiscono nelle loro disposizioni, cioè., sono isomeri.

Le strutture molto diverse mostrano ovviamente proprietà chimiche diverse. Gli idrocarburi più pesanti sono costituiti da molti atomi, il che significa maggiore variabilità strutturale per ogni composto.

La spettrometria di massa fornisce informazioni sulla composizione elementare delle sostanze e sulla loro massa molecolare, ma spesso non riesce a distinguere tra i diversi isomeri. Tali informazioni possono essere ottenute attraverso l'analisi dello scambio isotopico. Questo metodo si basa sul fatto che, a seconda di quali particolari composti costituiscono il petrolio greggio o qualche altro campione, gli atomi di ossigeno e idrogeno impiegheranno più o meno tempo per essere sostituiti con i loro isotopi, essenzialmente gli stessi elementi, ma con una massa diversa. L'acqua è la fonte di isotopi più prontamente disponibile e più pulita, ma l'olio è insolubile in acqua in condizioni normali, quindi devono essere usati acidi e alcali potenti. Ma gli acidi tendono a scomporre i composti organici, soprattutto alle alte temperature, alterando così la composizione del campione.

E 'noto, però, che i composti insolubili in acqua possono essere sciolti in surriscaldato, o supercritico, acqua a temperature significativamente superiori a 100 gradi C, quindi si decise di applicare questo metodo al petrolio greggio. I ricercatori hanno dimostrato che era possibile ottenere una soluzione di petrolio greggio a base acquosa aumentando la temperatura e la pressione e ne hanno analizzato la composizione. Il campione è stato riscaldato a 360 gradi C in acqua pesante (in cui l'idrogeno viene sostituito con deuterio) a una pressione superiore a 300 atm per un'ora.

I ricercatori hanno confrontato gli spettri di massa del campione originale e del campione dopo la reazione di scambio isotopico. I dati raccolti hanno fornito maggiori informazioni sulla struttura dei composti che compongono il petrolio greggio. Questo metodo può essere utilizzato per studiare altri composti non polari complessi a livello molecolare.

"Le etichette degli isotopi possono essere incorporate solo in posizioni specifiche nella molecola, simile al modello con serratura e chiave, " ha affermato il professore di Skoltech e MIPT Eugene Nikolaev, che dirige anche il Laboratorio di Spettrometria di Massa a Skoltech. "Possiamo analizzare la struttura molecolare utilizzando la spettrometria di massa ad alta risoluzione per misurare il tasso di cambio anche quando è impossibile separare i singoli composti e identificare la loro struttura con altri metodi".

"Le riserve di greggio leggero si stanno esaurendo. Hydrocracking di olio combustibile, che si caratterizza per la sua struttura molecolare altamente complessa e poco studiata, sta svolgendo un ruolo sempre più importante nella produzione di benzina. Gli idrocracker sono costosi, non sono prodotti in Russia, e richiedono l'uso di catalizzatori speciali. Abbiamo trovato un modo per identificare i furani, piridine, e acidi naftenici nel petrolio greggio senza dover ricorrere al complesso processo di distillazione, " dice Yury Kostyukevich, uno degli autori dell'articolo e un ricercatore senior presso i laboratori Skoltech e MIPT. "Speriamo che la nostra ricerca aiuti a comprendere meglio la struttura e la composizione del petrolio greggio, contribuire allo sviluppo di nuovi catalizzatori per una raffinazione del petrolio più efficiente, e consentire un migliore monitoraggio della qualità dell'olio nei sistemi di tubazioni del tronco."