Chemische Analyse von Wassergebracht Fraktionen von Crude Oil Spills Mit TIMS-FT-ICR-MS
Summary
Die Niedrigenergie-Wasser-gebracht Fraktion (LEWAF) Rohöl ist ein schwieriges System zu analysieren, weil im Laufe der Zeit, diese komplexe Mischung chemischer Umwandlungen erfährt. Dieses Protokoll veranschaulicht Verfahren zur Herstellung der LEWAF Probe und zum Durchführen einer Photobestrahlung und chemische Analyse durch eingeschlossene Ionenmobilitätsspektrometrie-FT-ICR-MS.
Abstract
Mehrere chemische Prozesse steuern, wie Rohöl in Meerwasser eingebracht wird, und auch die chemischen Reaktionen, die Überstunden auftreten. dieses System Studium erfordert die sorgfältige Vorbereitung der Probe, um die natürliche Bildung des Wassergebracht Fraktion, um genau zu replizieren, die in der Natur vorkommt. Niederenergetische wassergebracht Fraktionen (LEWAF) werden sorgfältig durch Mischen von Rohöl und Wasser in einem festgelegten Verhältnis vorbereitet. Abklärflaschen werden dann bestrahlt und zu festgelegten Zeitpunkten wird das Wasser als Probe entnommen und unter Verwendung von Standardtechniken extrahiert. Eine zweite Herausforderung ist die repräsentative Charakterisierung der Probe, die die chemischen Veränderungen in Betracht ziehen müssen, die im Laufe der Zeit auftreten. Eine gezielte Analyse der aromatischen Fraktion der LEWAF kann auf eine maßgeschneiderte gefangene Ionen-Mobilitäts-Spektrometrie-Fourier-Transformation-Ionen-Zyklotron-Resonanz-Massenspektrometer (TIMS-FT gekoppelt mit einem Atmosphärendruck-Laserionisation Quelle durchgeführt werden-ICR MS). Die TIMS-FT-ICR-MS-Analyse liefert hochauflösenden Ionenbeweglichkeits und Ultrahochauflösungs-MS-Analyse, was die Identifizierung von isomeren Komponenten durch ihre Kollisionsquerschnitte (CCS) und der chemischen Formel ermöglichen. Ergebnisse zeigen, dass das Öl-Wasser-Mischung mit Licht belichtet wird, gibt es erhebliche Photo Solubilisierung des Oberflächenöl in das Wasser. Im Laufe der Zeit nimmt die chemische Umwandlung der solubilisierten Moleküle Ort, mit einer Abnahme in der Anzahl von Identifizierungen von stickstoff- und schwefelhaltigen Spezies in für solche mit einem höheren Sauerstoffgehalt als wurden typischerweise in das Basisöl beobachtet.
Introduction
Es gibt zahlreiche Quellen der Umweltbelastung zu Rohöl, sowohl aus natürlichen Ursachen und aus anthropogenen Belastung. Nach Freisetzung in die Umwelt, insbesondere im Meer, kann das Rohöl Partitionierung durchlaufen, mit der Bildung eines Ölteppichs auf der Oberfläche, einen Verlust an flüchtigen Komponenten in die Atmosphäre und Sedimentation. Jedoch energiearme Vermischung der schwerlöslichen Öl und dem Wasser auftritt, und diese Mischung, die nicht klassisch solubilisiert ist, bildet, was als die wassergebracht Niedrigenergie bezeichnet Fraktion (LEWAF). Die Solubilisierung der Ölkomponenten in dem Wasser wird in der Regel während der Belichtung des Öl-Wasser-Grenzfläche für Sonnenstrahlung erhöht. Dieses Foto-Solubilisierung des Rohöls in den Ozean können signifikante chemische Änderungen erfahren aufgrund dieser Belastung durch Sonneneinstrahlung und / oder aufgrund von enzymatischer Abbau 1, 2. Das Verständnis dieser chemischen Veränderungen und wie sie grundlegende auftritt in der Gegenwart der Massenmatrix (dh das Rohöl) , um die Auswirkungen dieser Belastung auf die Umwelt zu mindern.
Frühere Studien haben gezeigt , dass Rohöl unterzieht Oxygenation, insbesondere die polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK), das eine hochtoxische Kontaminationsquelle dar , die Organismen schadet erfährt Bioakkumulation und bioaktiv 3, 5, 6. die Produkte der verschiedenen Sauerstoffanreicherungsprozesse zu verstehen, ist eine Herausforderung, weil sie nur in Gegenwart des bulk Matrix auftreten. Daher kann ein einzelnes kann Standardanalyse nicht repräsentativ für die Veränderungen in der Natur vorkommen. Die Herstellung der LEWAF müssen die natürlichen Prozesse zu replizieren, die sich in einer Umwelt Einstellung nehmen. Von besonderem Interesse ist die Sauerstoffversorgung der PAKs, die Sonnenstrahlung aufgrund auftritt.
t "> Die zweite Herausforderung in der Studie des wassergebracht Fraktion ist die molekulare Identifizierung der verschiedenen chemischen Bestandteile in der Probe an. Auf Grund der Komplexität der Probe, hervorgerufen durch die hohe Masse und der Grad der Sauerstoff, sind die Oxidationsprodukte typischerweise ungeeignet für die traditionelle durchgeführten Analyse durch Gaschromatographie mit MS – Analyse kombiniert 7, 8. Ein alternativer Ansatz ist es, die Änderungen in der chemischen Formel der Probe zur Charakterisierung von ultra-hohe Massenauflösung MS – Techniken verwendet (beispielsweise FT-ICR – MS ). TIMS an FT-ICR MS, zusätzlich zu der isobaren Trennung in der MS – Domäne, die Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) Dimension stellt die Trennung und charakteristischen Informationen für die verschiedenen Isomeren , die in der Probe 9, 10, 11 Durch Kupplung. In Kombination mit einem Atmosphärendruck-LaserIonisation (APLI) Quelle kann die Analyse auf die konjugierten Moleküle in der Probe gefunden selektiv sein, so dass die Veränderungen, die die PAHs laufen genau 12 gekennzeichnet sein, 13.In dieser Arbeit beschreiben wir ein Protokoll zur Herstellung von LEWAFs zum Foto-Bestrahlung ausgesetzt, um die Transformationsprozesse der Ölkomponenten zu untersuchen. Wir zeigen auch die Veränderungen, die bei der Photobestrahlung auftreten, sowie das Verfahren zur Probenentnahme. Wir werden auch die Verwendung von APLI mit TIMS präsentieren gekoppelt mit FT-ICR-MS die PAH in der LEWAF als Funktion der Lichteinwirkung zu charakterisieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische Schritte im Rahmen des Protokolls
Die chemische Komplexität der LEWAFs erfordert eine genaue Vorbereitung, um für die Laborexperimente genau zu reflektieren, was natürlicherweise vorkommt. Eine gültige Beurteilung der Daten auf drei Kriterien Scharniere: die Einführung von Artefakten im gesamten Probe minimiert Handhabung (zB Vorbereitung der LEWAF, Probenahme, Extraktionen, und die Vorbereitung der Probe für die Analyse), die experimentelle Protokoll Validierung (d…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch das National Institute of Health (Grant No R00GM106414 zu FFL) unterstützt. Wir möchten die Advanced Mass Spectrometry Facility of Florida International University für ihre Unterstützung zu bestätigen.
Materials
| Reagents | |||
| methylene chloride | |||
| methanol | |||
| toluene | |||
| Na2SO4 | |||
| Crude oil | |||
| Instant Ocean® | Aquarium Systems | 33 ppt salinity with 0.45 μm pore filtration | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| Suntext XLS+ | Atlas Chicalo Ill, USA | 1500 w xeon arc lamp, light intensity of 765 W/m2 | |
| Atmospheric Pressure Laser Ionization | Bruker Daltonics Inc, MA | Note a 266 nm laser is used | |
| TIMS-FT-ICR MS Instrument | Bruker Daltonics Inc, MA | The set up we had consisted of a 7T magnet with an infinity cell | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| DataAnalysis 4.2 | Bruker Daltonics Inc, MA | ||
| Python 2.7 | Requires Numpy, Scipy, Pandas, glob, oct2py, and os | ||
| Octave 4.0 |
References
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