Analisi chimica delle frazioni acqua-ospitato di petrolio greggio fuoriuscite Utilizzando TIMS-FT-ICR MS
Summary
La frazione a basso consumo energetico di acqua-alloggiati (LEWAF) di petrolio greggio è un sistema difficile da analizzare, perché nel corso del tempo, questa miscela complessa subisce trasformazioni chimiche. Questo protocollo illustra i metodi per la preparazione del campione LEWAF e per l'esecuzione di foto-irraggiamento e analisi chimica mediante intrappolato spettrometria a mobilità ionica-FT-ICR MS.
Abstract
Più processi chimici controllano come petrolio greggio è incorporato in acqua di mare e anche le reazioni chimiche che avvengono gli straordinari. Lo studio di questo sistema richiede l'attenta preparazione del campione per riprodurre accuratamente la formazione naturale della frazione-alloggiati dell'acqua presente in natura. frazioni-ospitato acqua a bassa energia (LEWAF) sono accuratamente preparate mescolando petrolio greggio e acqua con un rapporto insieme. bottiglie di aspirazione vengono irradiati, ea impostare punti di tempo, l'acqua viene campionato ed estratti tramite tecniche standard. Una seconda sfida è la caratterizzazione rappresentatività del campione, che deve prendere in considerazione i cambiamenti chimici che si verificano nel corso del tempo. Un'analisi mirata della frazione aromatica del LEWAF può essere eseguita utilizzando una sorgente di ionizzazione laser a pressione atmosferica accoppiato ad una mobilità ionica intrappolato fuoriserie spettrometria-trasformata di Fourier-ion spettrometro di massa risonanza ciclotronica (TIMS-FT-ICR MS). L'analisi TIMS-FT-ICR MS offre mobilità ionica ad alta risoluzione e ad altissima risoluzione analisi MS, che consentono ulteriormente l'identificazione dei componenti isomeri dai loro collisione sezioni (CCS) e formula chimica. I risultati mostrano che la miscela olio-acqua viene esposto alla luce, vi sia una significativa foto-solubilizzazione dell'olio superficie in acqua. Nel tempo, la trasformazione chimica delle molecole solubilizzati avviene, con una diminuzione del numero di identificazioni di azoto e specie di zolfo-cuscinetto a favore di quelli con un maggior contenuto di ossigeno che sono stati tipicamente osservato in olio di base.
Introduction
Ci sono numerose fonti di esposizione ambientale al petrolio greggio, sia per cause naturali e per l'esposizione di origine antropica. Dopo il rilascio nell'ambiente, particolarmente nel mare, il greggio può subire partizionamento, con la formazione di una chiazza di olio sulla superficie, una perdita di componenti volatili nell'atmosfera, e sedimentazione. Tuttavia, miscelazione a bassa energia dell'olio scarsamente solubile e l'acqua si verifica, e questa miscela, che non è classicamente solubilizzato, forma quello che viene definito come frazione-alloggiati acqua bassa energia (LEWAF). La solubilizzazione dei componenti dell'olio in acqua è generalmente migliorata durante l'esposizione dell'interfaccia olio-acqua alla radiazione solare. Questa foto-solubilizzazione del greggio nell'oceano può subire significativi cambiamenti chimici a causa di questa esposizione alle radiazioni solari e / oa causa di degradazione enzimatica 1, 2. La comprensione di questi cambiamenti chimici e come si verificano in presenza della matrice bulk (ossia, il petrolio greggio) è fondamentale per mitigare gli effetti questa esposizione ha sull'ambiente.
Studi precedenti hanno dimostrato che l'olio greggio subisce l'ossigenazione, in particolare gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA), che rappresentano una fonte altamente tossica di contaminazione che danneggia organismi, subisce bioaccumulo, ed è bioattivo 3, 5, 6. La comprensione dei prodotti dei diversi processi di ossigenazione è difficile perché si verificano solo in presenza della matrice bulk. Pertanto, una singola, analisi standard può non essere rappresentativo dei cambiamenti che si verificano in natura. La preparazione del LEWAF deve replicare i processi naturali che avvengono in un contesto ambientale. Di particolare interesse è l'ossigenazione degli IPA, che si verifica a causa di radiazione solare.
t "> La seconda sfida nello studio della frazione-alloggiati acqua è l'identificazione molecolare dei diversi costituenti chimici nel campione. A causa della complessità del campione, causato dalla sua elevata massa e grado di ossigeno, i prodotti ossigenazione sono tipicamente inadatto per la tradizionale analisi effettuata mediante gascromatografia combinata con analisi MS 7, 8. Un approccio alternativo è quello di caratterizzare le modifiche della formula chimica del campione utilizzando risoluzione ultra-elevata massa tecniche di MS (es, FT-ICR MS ). accoppiando TIMS al FT-ICR MS, oltre alla separazione isobarica nel dominio MS, spettrometria mobilità ionica (IMS) dimensione prevede la separazione e informazioni caratteristiche per i diversi isomeri presenti nel campione 9, 10, 11. combinato con un laser a pressione atmosfericaionizzazione (APLI) fonte, l'analisi può essere selettivo alle molecole coniugate presenti nel campione, permettendo le modifiche IPA subiscono essere accuratamente caratterizzati 12, 13.In questo lavoro, si descrive un protocollo per la preparazione di LEWAFs esposte al foto-irradiazione al fine di studiare i processi di trasformazione dei componenti dell'olio. Illustriamo anche i cambiamenti che si verificano sulla foto-irraggiamento, nonché la procedura per l'estrazione del campione. Noi presenteremo anche l'uso di APLI con TIMS accoppiato con FT-ICR MS per caratterizzare le PAH LEWAF in funzione della esposizione alla luce.
Protocol
Representative Results
Discussion
I passaggi critici all'interno del protocollo
La complessità chimica di LEWAFs richiede una preparazione accurata in modo che gli esperimenti di laboratorio per riflettere con precisione ciò che si trova in natura. Una valutazione valida dei dati cerniere su tre criteri: minimizzare l'introduzione di artefatti tutta campione manipolazione (ad esempio, la preparazione della LEWAF, campionamento, estrazioni, e la preparazione del campione per l'analisi), convalidando il pro…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal National Institute of Health (Grant No. R00GM106414 a FFL). Vorremmo riconoscere la spettrometria di massa avanzata Struttura della Florida International University per il loro sostegno.
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 |
Referenzen
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