Gli scienziati dell'Università di Warwick hanno sviluppato un metodo più potente per analizzare le miscele chimiche, che ha saputo assegnare il numero record di 244, 779 composizioni molecolari all'interno di un singolo campione di petrolio.

Con quasi un quarto di milione di singole composizioni assegnate all'interno di una frazione non distillabile del petrolio greggio, il nuovo metodo sviluppato dal Barrow Group all'interno del Dipartimento di Chimica dell'Università di Warwick e dettagliato in un articolo per la rivista Scienze chimiche apre la strada all'analisi di campioni difficili in diversi campi.

L'assegnazione delle composizioni delle molecole in una miscela complessa è uno strumento prezioso per una serie di industrie, dove determinare la composizione elementare di quelle molecole può fornire dati preziosi per la ricerca, determinare la vitalità della miscela come nell'industria petrolchimica, o anche "impronta digitale" di una miscela complessa come olio o campioni ambientali.

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo, detto funzionamento ad altissima risoluzione costante (OCULARE), che combina tecniche sperimentali e di elaborazione dei dati che hanno permesso loro di caratterizzare il campione più complesso su cui abbiano mai lavorato.

Utilizzando la spettrometria di massa a risonanza ciclotronica ionica con trasformata di Fourier (FT-ICR MS), i ricercatori hanno analizzato un campione di petrolio pesante in soluzione. Le molecole nel campione sono state quindi ionizzate, eccitato e rilevato per determinare i rapporti massa-carica utilizzando uno spettrometro di massa FT-ICR solariX (Bruker Daltonics) presso l'Università di Warwick. L'altissimo potere risolutivo e la precisione di massa di FT-ICR MS consente agli scienziati di determinare le composizioni elementari anche nei campioni più complessi, con un alto grado di fiducia.

L'analisi tradizionale eseguita con una varietà di spettrometri di massa a trasformata di Fourier (FTMS) offre potere di risoluzione decrescente e fiducia nelle assegnazioni delle composizioni elementari a m/z più elevati quando si studia un'ampia gamma di m/z. Nel nuovo metodo OCULARE, gli ioni vengono analizzati utilizzando segmenti di dati più piccoli in base alla loro massa, dove l'esperimento è progettato in modo da garantire un potere di risoluzione quasi costante su tutto l'intervallo di massa analizzato; nell'esempio pubblicato, un potere risolutivo costante di 3 milioni è stato utilizzato per caratterizzare un campione di petrolio pesante.

Utilizzando un algoritmo sviluppato dai ricercatori, i dati segmentati possono essere automaticamente preparati e uniti insieme per generare uno spettro di massa completo (abbondanza relativa vs. m/z). Ogni picco rappresenta una singola composizione molecolare, e così l'intero spettro di massa copre lo spazio compositivo del campione. Ciò ha permesso loro di operare a una risoluzione molto più elevata e ha anche affrontato questioni relative agli effetti della carica spaziale, dove un gran numero di ioni influenzerà l'accuratezza della misurazione della massa. Il risultato è stata la risoluzione, rilevamento e assegnazione del maggior numero di picchi all'interno di un campione fino ad oggi.

La tecnica può essere utilizzata per qualsiasi analisi di una miscela complessa e ha potenziali applicazioni in settori quali l'energia (ad esempio petrolio e biocarburanti), scienze della vita e sanità (es. proteomica, ricerca sul cancro, e metabolomica), materiali (es. polimeri), e analisi ambientale, compreso l'essere abituati a "impregnare le fuoriuscite di petrolio per la loro composizione molecolare".

Autore principale Dott.ssa Diana Palacio Lozano, dal Dipartimento di Chimica dell'Università di Warwick, ha dichiarato:"Questo metodo può migliorare le prestazioni di una gamma di strumenti FTMS, compresi strumenti FT-ICR MS ad alto e basso campo magnetico e strumenti Orbitrap. Siamo ora in grado di analizzare miscele che, per la loro complessità, sono impegnative anche per le tecniche analitiche più potenti. Questa tecnica è flessibile in quanto le prestazioni possono essere selezionate in base alle esigenze di ricerca".

I campioni di petrolio sono intrinsecamente molto complessi e quindi erano un test ideale per questo metodo. Poiché l'uso mondiale del petrolio stimola il passaggio a oli più pesanti, i campioni stanno diventando più complessi e quindi c'è anche una maggiore necessità di questo tipo di analisi da parte degli scienziati petrolchimici.

La bassa volatilità dell'olio più pesante può ora essere spiegata dalla composizione elementare straordinariamente complessa. L'elevata complessità degli oli pesanti può interferire con la catalisi e pregiudicare l'estrazione, processi di trasporto e raffinazione. La tecnica OCULAR è anche abbastanza potente da essere utilizzata su campioni che richiedono le massime prestazioni per assegnare composizioni basate sull'accuratezza della massa o su modelli isotopici fini.

Il ricercatore principale Dr. Mark Barrow ha dichiarato:"L'approccio OCULAR ci consente di spingere gli attuali limiti analitici per caratterizzare i campioni più complessi. Estende in modo significativo le prestazioni di tutti gli strumenti FTMS senza costi aggiuntivi e funziona bene con gli sviluppi nel campo, come nuovi design hardware, metodi di rilevamento, e modalità di trattamento dei dati. OCULAR è altamente versatile, gli esperimenti e l'elaborazione possono essere adattati secondo necessità, e l'approccio può essere applicato a molte aree di ricerca, compresa l'energia, assistenza sanitaria, e l'ambiente».