俄羅斯科學(xué)家將原油溶解在重水中研究其成分

莫斯科物理技術(shù)學(xué)院(MIPT)、俄羅斯科學(xué)院高溫聯(lián)合研究所(Skoltech)及莫斯科羅蒙諾索夫州立大學(xué)(Lomonosov莫斯科國立大學(xué))的研究人員合作提供了一種新的石油成分分析方法。高溫高壓下先將油溶于重水，再分析其組成。因溶劑對環(huán)境無害，符合綠色化學(xué)原則。相關(guān)論文已在《分析化學(xué)和生物分析化學(xué)》雜志上發(fā)表。

原油大多不能直接利用，因此掌握確切組成對高效加工非常重要。原油由100 000多種化合物組成，且確切組成因產(chǎn)地而異。極端復(fù)雜的原油不可能分離成單獨的化合物。特別是沸點300 ℃以上的塔底餾分未知組分更多。我們只知道其中有很多酚類、酮、咔唑、吡啶、喹啉、二苯呋喃和羧酸組分，某些油田的原油還含有硫化物。

碳、氫和氧原子個數(shù)相同的烴類，分子式雖然相同，但同分異構(gòu)體的差異卻可能很大，因此化學(xué)性質(zhì)差別很大。組成烴類分子的原子數(shù)目越多，同分異構(gòu)體的種類也更多。質(zhì)譜能提供物質(zhì)的元素組成和分子質(zhì)量信息，但一般不能區(qū)分同分異構(gòu)體。

然而，同分異構(gòu)信息可以通過同位素交換分析獲得。水是最容易獲得、也是最清潔的同位素來源。原油組分中的氧和氫原子經(jīng)過一段時間被同種元素同位素(如重水中的氘)取代后質(zhì)量數(shù)會改變。石油中的組分一般不溶于水，用加入強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的辦法可以解決溶解問題。但酸會破壞有機(jī)化合物，特別是在高溫下，容易改變原油樣品的組成。

眾所周知，在水溫超過100 ℃的過熱或超臨界條件下，烴類在水中的溶解度會大幅度提高。研究人員已經(jīng)證明，通過提高溫度和壓力可以獲得原油的水溶液。比較原始樣品和同位素交換反應(yīng)后樣品的質(zhì)譜可以得到很多原油(特別是重質(zhì)原油)中含氧等極性化合物組分的結(jié)構(gòu)信息。該方法也可用于其他復(fù)雜的非極性化合物分子水平的研究。Skoltech質(zhì)譜實驗室的負(fù)責(zé)人Nikolaev教授表示:“同位素標(biāo)識只能發(fā)生在分子中的特定位置，類似指紋識別，當(dāng)原油不能分離為純化合物，不能用其他方法分別鑒別各組分結(jié)構(gòu)的情況下，通過高分辨質(zhì)譜測定同位素交換量可以表征復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)。”

該論文作者表示：我們已經(jīng)找到鑒別原油中呋喃、吡啶和環(huán)烷酸的方法，而不必預(yù)先蒸餾或分離。該方法有助于了解原油的結(jié)構(gòu)和組成，對開發(fā)高效的煉油催化劑也有幫助，并可用于檢測輸油管道中的油品品質(zhì)。