Ham Petrol Su ağırladı Kesirler Kimyasal Analiz TIMS-FT-ICR MS kullanma dökülmelerini
Summary
Ham petrolün düşük enerjili su ağırladı fraksiyon (LEWAF) zamanla, bu kompleks bir karışımı kimyasal dönüşümler uğrar, çünkü analiz etmek zor bir sistemdir. Bu protokol, LEWAF numunenin hazırlanması için ve tuzağa iyon Hareketlilik Spektroskopisi-FT-ICR MS ile Foto-irradiyasyon ve kimyasal analizi için yöntemleri açıklar.
Abstract
Birden fazla kimyasal süreçleri de mesai gerçekleşen kimyasal reaksiyonlar deniz suyu dahil ve nasıl ham petrol kontrol eder. Bu sistemi incelenmesi doğru doğada oluşan suda yerleştirilmiştir fraksiyonu doğal oluşumunu taklit etmek için, numunenin iyi hazırlanmasını gerektirir. Düşük enerjili su yerleştirilmiştir fraksiyonlar (LEWAF) dikkatli bir dizi oranında, ham petrol ve su karıştırılarak hazırlanmıştır. Aspiratör şişe daha sonra ışınlanır ve ayar zaman noktalarında, su örneklenmiş ve standart teknikler kullanılarak ekstre edilir. İkinci zorluk dikkate zamanla meydana gelen kimyasal değişiklikleri almalıdır numunenin, temsil karakterizasyonu olduğunu. LEWAF aromatik fraksiyonunun bir hedeflenen analiz özel yapılmış bir tuzak iyon Hareketlilik Spektroskopisi-Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonans kütle spektrometresi (TIMS FT bağlanmış bir atmosferik basınçlı, lazer iyonizasyon kaynağı kullanılarak gerçekleştirilebilir-ICR MS). TIMS-FT-ICR MS analizi daha da çarpışma kesitler (CCS) ve kimyasal formülle izomerik bileşenlerin tanınmasını sağlayacak yüksek çözünürlüklü iyon hareketlilik ve ultra çözünürlüklü MS analizi sağlar. Sonuçlar yağ-su karışımı, ışığa maruz olduğu gibi, su içine yüzeyler önemli fotoğraf çözündürme olduğunu göstermektedir. Zaman içinde, çözündürülmüş moleküllerin kimyasal dönüşüm tipik olarak baz yağ gözlenmiştir daha büyük bir oksijen miktarı ile bu lehine nitrojen ve sülfür taşıyan türler kimlikleri sayısında bir azalma ile gerçekleşir.
Introduction
doğal nedenlerle ve insan kaynaklı maruz hem ham petrol çevresel maruziyetin çok sayıda kaynak vardır. çevreye salınması üzerine, özellikle de okyanusta ham petrol yüzeyi üzerinde bir yağ tabakasının oluşumu, atmosfere uçucu bileşenlerin kaybı ve çökelme ile bölümleme geçirebilmektedir. Bununla birlikte, klasik çözünür değildir az çözünen bir yağ ve meydana su ve bu karışımın, düşük enerjili karıştırma, düşük enerjili su yerleştirilmiştir fraksiyonu (LEWAF) olarak adlandırılan oluşturur. su içinde yağ bileşenlerinin çözündürme, tipik olarak güneş radyasyonuna yağ-su arayüzünün maruz kalma sırasında arttırılır. Okyanusta ham petrolün bu foto-çözündürme Enzimatik bozunma 1, 2, güneş ışınlarına ve / veya Bunların ışığında önemli kimyasal değişiklikler maruz kalabilir. Bu kimyasal değişimleri anlamak ve onlar kütle matrisi (yani, ham petrol) varlığında meydana nasıl bu poz çevre üzerindeki etkilerini azaltmak için esastır.
Önceki çalışmalar ham petrol oksijenasyonu, organizmalar zarar biyo-birikim uğrar kontaminasyon son derece zehirli bir kaynak temsil özellikle polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH), uğrar ve biyoaktif 3, 5, 6 olduğunu göstermiştir. sadece kütle matrisi varlığında meydana geldiği için, farklı oksijen işlemlerinin ürünlerine anlama zordur. Bu nedenle, tek bir standart analiz doğada meydana gelen değişikliklerin temsil olmayabilir. LEWAF hazırlanması çevre ortamda gerçekleşecek doğal süreçleri çoğaltmak gerekir. Özel ilgi konusu, güneş ışınlarına bağlı oluşur PAH oksijen vardır.
t "> su ağırladı fraksiyonunun çalışmada ikinci zorluk numunedeki farklı kimyasal bileşenlerin moleküler belirlenmesidir. sayesinde yüksek kütle ve oksijen derecesi nedeniyle numunenin karmaşıklığı, için, oksijenasyon ürünler tipik olarak, geleneksel analiz için uygun MS analizi 7, 8 ile birleştirilmiş gaz kromatografisi ile gerçekleştirilmiştir. alternatif bir yaklaşım (örneğin FT-ICR MS ultra yüksek kütle çözünürlüklü MS teknikleri kullanılarak numunenin kimyasal formülündeki karakterize etmek olan ). MS etki izobarik ayırma ek olarak, FT-ICR MS TIMS birleşerek, iyon hareketlilik spektroskopisi (IMS) boyutu örnek 9, 10, 11, bu değişik izomer için ayırma ve karakteristik bilgileri içerir. atmosferik basınçta lazer ile birlikteiyonlaşma (APLI) kaynağı, analiz PAH için geçmesi değişiklikler doğru 13, 12, özelliği sağlayan, numune içinde bulunan konjüge molekülleri seçici olabilir.Bu çalışmada, yağ bileşenleri dönüşüm işlemlerini incelemek amacıyla Foto-irradiyasyon maruz LEWAFs hazırlanması için bir protokol açıklar. Ayrıca Foto-irradiyasyon üzerine meydana gelen değişimler, ve örnek çıkarılması için bir prosedürü gösterir. Ayrıca, ışığa maruz bir fonksiyonu olarak LEWAF PAH karakterize FT-ICR MS ile birlikte TIMS ile APLI kullanımını sunacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Protokol çerçevesinde kritik adımlar
LEWAFs kimyasal karmaşıklığı doğru doğal olarak oluşur neyi yansıtmak için laboratuvar deneyleri için sırayla doğru hazırlık gerektirir. Verilerin geçerli bir değerlendirme üç kritere menteşeleri: taşıma numune boyunca eserler giriş minimize (örneğin, analiz için numune LEWAF, örnekleme, çekimi ve hazırlık hazırlanması), deneysel protokol doğrulama (yani, koyu kontrollerini kullanarak foto-ışınlama den…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Ulusal Sağlık Enstitüsü (FFL Grant No R00GM106414) tarafından desteklenmiştir. Biz onların destek için Florida International University Gelişmiş Kütle Spektrometre Tesisi kabul etmek istiyorum.
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
- King, S. M., Leaf, P. A., Olson, A. C., Ray, P. Z., Tarr, M. A. Photolytic and photocatalytic degradation of surface oil from the Deepwater Horizon spill. Chemosphere. 95, 415-422 (2014).
- Ray, P. Z., Chen, H., Podgorski, D. C., McKenna, A. M., Tarr, M. A. Sunlight creates oxygenated species in water-soluble fractions of Deepwater Horizon oil. J Hazard Mater. 280, 636-643 (2014).
- Duesterloh, S., Short, J. W., Barron, M. G. Photoenhanced toxicity of weathered Alaska North Slope crude oil to the calanoid copepods Calanus marshallae and Metridia okhotensis. Environ Sci Technol. 36 (18), 3953-3959 (2002).
- Duxbury, C. L., Dixon, D. G., Greenberg, B. M. Effects of simulated solar radiation on the bioaccumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons by the duckweed Lemna gibba. Environmental Toxicology and Chemistry. 16 (8), 1739-1748 (1997).
- Faksness, L. G., Altin, D., Nordtug, T., Daling, P. S., Hansen, B. H. Chemical comparison and acute toxicity of water accommodated fraction (WAF) of source and field collected Macondo oils from the Deepwater Horizon spill. Mar Pollut Bull. 91 (1), 222-229 (2015).
- Wang, J., et al. Biodegradation of dispersed Macondo crude oil by indigenous Gulf of Mexico microbial communities. Science of The Total Environment. 557-558, 453-468 (2016).
- McKenna, A. M., et al. Expansion of the analytical window for oil spill characterization by ultrahigh resolution mass spectrometry: beyond gas chromatography. Environ Sci Technol. 47 (13), 7530-7539 (2013).
- Fernandez-Lima, F. A., et al. Petroleum crude oil characterization by IMS-MS and FTICR MS. Anal Chem. 81 (24), 9941-9947 (2009).
- Benigni, P., Marin, R., Fernandez-Lima, F. Towards unsupervised polyaromatic hydrocarbons structural assignment from SA-TIMS-FTMS data. Int J Ion Mobil Spectrom. 18 (3), 151-157 (2015).
- Benigni, P., Thompson, C. J., Ridgeway, M. E., Park, M. A., Fernandez-Lima, F. Targeted high-resolution ion mobility separation coupled to ultrahigh-resolution mass spectrometry of endocrine disruptors in complex mixtures. Anal Chem. 87 (8), 4321-4325 (2015).
- Benigni, P., Fernandez-Lima, F. Oversampling Selective Accumulation Trapped Ion Mobility Spectrometry coupled to FT-ICR MS: Fundamentals and Applications. Analytical Chemistry. , (2016).
- Castellanos, A., et al. Fast Screening of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons using Trapped Ion Mobility Spectrometry Mass Spectrometry. Anal Methods. 6 (23), 9328-9332 (2014).
- Benigni, P., DeBord, J. D., Thompson, C. J., Gardinali, P., Fernandez-Lima, F. Increasing Polyaromatic Hydrocarbon (PAH) Molecular Coverage during Fossil Oil Analysis by Combining Gas Chromatography and Atmospheric-Pressure Laser Ionization Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry (FT-ICR MS). Energy & Fuels. 30 (1), 196-203 (2016).
- Qi, Y., et al. Absorption-Mode Fourier Transform Mass Spectrometry: the Effects of Apodization and Phasing on Modified Protein Spectra. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 24 (6), 828-834 (2013).
- Lababidi, S., Schrader, W. Online normal-phase high-performance liquid chromatography/Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry: Effects of different ionization methods on the characterization of highly complex crude oil mixtures. Rapid Communications in Mass Spectrometry. 28 (12), 1345-1352 (2014).
