Speciation and δ34S analysis of volatile organic compounds in crude oil by GC-MC-ICP-MS

Význam tématu

Analýza izotopového poměru síry (δ34S) na úrovni jednotlivých sloučenin v surové ropě poskytuje klíčové informace o původu uhlovodíků a geochemických procesech, kterým vzorky prošly. Spojení plynové chromatografie s multikolektorovou ICP-MS zajišťuje vysokou přesnost a schopnost rozlišit složitou matrici ropných složek.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat využití systémů Thermo Scientific Trace 1310 GC a Neptune XT MC-ICP-MS propojených GCI 300 Interface pro stanovení δ34S vybraných těkavých organosírových sloučenin v různých typech surových rop.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky surové ropy (Bryan Mount, Basrah Light, Saudi Light, Saudi Medium) byly ředěny v poměru 1:200 v hexanu, filtrovány a obohaceny interním standardem 3-hexylthiophenem. GC provozováno na kolóně 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm s programem 100 °C→300 °C (10 °C/min). Přenos do plazmy pomocí GCI 300 Interface zajišťoval homogenní teplotní profil. MC-ICP-MS pracoval v medium rozlišení (∆m/m ≈5000) s Ni sampler/skimmer, RF výkonem 1200 W a kontinuálním přídavkem SF6 pro kalibraci. Data byla zpracována v aplikaci GC Neptune Evaluation (R/Shiny) s korekcí driftu poměru 34S/32S a vnější normalizací vůči standardům (IAEA-S-1 až S-3) stanoveným na EA-IRMS.

Hlavní výsledky a diskuse

Chromatogramy identifikovaly 11 hlavních sírových složek s retenčními časy 140–210 °C (od thiophenů po thioly). Kalibrované hodnoty δ34SVCDT se pohybovaly mezi −11,5‰ a +5,3‰ a byly charakteristické pro geologický původ ropy. Rozdíl δ34S mezi benzothiofény a dibenzothiofény (2–3‰) neindikuje významné termochemické redukce síranů (TSR), ale odráží molekulární strukturu a historii vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

• Selektivní speciační analýza komplexních ropných matric.
• Vysoká reprodukovatelnost a citlivost pro δ34S na úrovni jednotlivých sloučenin.
• Možnost geografického a procesního otisku vzorků (původ, TSR).
• Aplikace v geochemické forenzice, průmyslové kontrole kvality a výzkumu ropy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může zahrnovat integraci s vysokopropustnými GC moduly, rozšíření na další izotopy (např. δ33S, δ36S), využití pokročilých datových platforem a aplikace v environmentální a forenzní chemii pro sledování znečištění a biogeochemické cykly.

Závěr

Propojení Trace 1310 GC s Neptune XT MC-ICP-MS přes GCI 300 Interface poskytlo robustní, flexibilní a reprodukovatelnou metodu pro kvalitativní i kvantitativní izotopickou speciační analýzu organosíry v surové ropě. Metoda umožňuje detailní charakterizaci původu a geochemické historie ropných vzorků.

Reference

1. Seal R. R. Rev. Mineral. Geochemistry. 2006;61:633–677.
2. Amrani A., Sessions A. L., Adkins J. F. Anal. Chem. 2009;81:9027–9034.
3. Li S. et al. Org. Geochem. 2015;78:1–22.
4. Gvirtzman Z. et al. Geochim. Cosmochim. Acta. 2015;167:144–161.
5. Greenwood P. F. et al. Principia and Practice of Analytical Techniques in Geosciences. RSC;2015:285–312.
6. Krupp E. M., Donard O. F. X. Int. J. Mass Spectrom. 2005;242:233–242.
7. Hirata T., Hayano Y., Ohno T. J. Anal. At. Spectrom. 2003;18:1283.
8. Kimura J.-I. et al. J. Anal. At. Spectrom. 2016;31:790–800.
9. von Quadt A. et al. J. Anal. At. Spectrom. 2016;31:658–665.