원유의 물 수용 분수의 화학 분석은 TIMS-FT-ICR MS를 사용하여 유출
Summary
원유 저에너지 물 – 수용 부분 (LEWAF)는 시간이 지남에 따라,이 복합체는 화학적 변형을 거치게되므로 분석하기 어려운 방식이다. 이 프로토콜은 LEWAF 시료의 제조 및 포획 이온 이동도 분광 FT-ICR-MS에 의해 광 조사 및 화학 분석을 수행하는 방법을 도시한다.
Abstract
여러 화학 공정은 또한 초과 발생하는 화학 반응을 해수에 통합되는 방법 원유 제어한다. 이 시스템을 공부하는 것은 정확하게 자연에서 발생하는 물 수용 분수의 자연 형성을 복제하기 위해 샘플의 신중한 준비가 필요합니다. 저에너지 물 수용 분획 (LEWAF)을주의 깊게 설정된 비율 원유 및 물을 혼합하여 제조된다. 흡입기는 병을 조사하고, 설정 한 시점에서, 물은 샘플링 된 표준 기술을 이용하여 추출 하였다. 두 번째 문제는 고려 사항으로 시간이 지남에 따라 발생하는 화학적 변화를 취해야합니다 샘플의 대표적인 특성이다. LEWAF의 방향족 분획의 표적 분석은 맞춤형 트랩 이온 이동도 분광 퓨리에 변환 이온 사이클로트론 공진 질량 분석계를 (TIMS-FT 결합 대기압 레이저 이온화 원을 사용하여 수행 될 수있다-ICR MS). TIMS-FT-ICR MS 분석은 또한 자신의 충돌 단면 (CCS) 및하기 화학식 이성체 성분의 식별을 허용 고해상도 이온의 이동성과 초 – 해상도 MS 분석을 제공한다. 결과는 오일 – 물 혼합물을 빛에 노출 될 때, 물에 대한 표면의 오일 중요한 광 가용화가 있다는 것을 보여준다. 시간이 지남에 따라 용해 된 분자의 화학적 변형은 일반적으로베이스 오일에서 관찰 된 것보다 더 많은 산소 함량과 그 대신에 질소 및 황 – 함유 종의 동정의 수의 감소와 함께 이루어진다.
Introduction
자연적인 원인에서 인위적 노출 모두 원유에 대한 환경 노출의 다양한 원인이있다. 환경으로 배출되면, 특히 해양에서 원유의 표면에 유막을 형성, 대기에 휘발성 성분의 손실 및 침전으로 분할을 겪을 수있다. 그러나, 고전 용해하지 않은 난 용성 오일 발생 않는 물이 혼합물의 낮은 에너지 혼합은 저에너지 물 – 수용 부분 (LEWAF)이라 무엇 형성한다. 물 속에서 오일 성분의 용해는 일반적으로 태양 방사 오일 – 물 계면의 노광시 향상된다. 바다에서 원유의이 사진 가용화 인해 효소 분해 1, 2 태양 복사 및 / 또는 인해 노출에 중요한 화학적 변화를 겪을 수 있습니다. 이러한 화학적 변화를 이해하고 그들은 대량 행렬 (즉, 원유)의 존재하에 발생하는 노광 방법이 환경에 미치는 영향을 완화하는 기본이다.
이전 연구 원유 산소, 미생물을 입히거나 생체 축적을 거쳐 오염의 맹독성 소스를 나타내는, 특히 다환 방향족 탄화수소 류 (PAHs에)를 거쳐, 그리고 생물 3, 5, 6 인 것으로 나타났다. 그들은 단지 벌크 매트릭스의 존재 하에서 발생할 수 있기 때문에 다른 산소화 공정의 제품을 이해 도전. 따라서, 하나의 표준 분석은 자연에서 발생하는 변동을 반영하지 않을 수 있습니다. LEWAF의 제조는 환경 설정에서 일어나는 자연적인 과정을 복제해야합니다. 특히 관심 태양 복사로 인해 발생의 PAHs의 산소입니다.
t "> 물 수용 분획의 연구에서 두 번째 과제는 샘플의 다른 화학적 성분의 분자 식별한다. 인해 높은 질량 및 산소의 정도에 의한 시료의 복잡성 때문에, 산소 제품은 일반적으로 기존의 분석에 적합하지가 MS 분석 (7, 8)과 결합 된 기체 크로마토 그래피로 수행 하였다. 대안적인 접근 방법은 (예를 들어, FT-ICR MS를 초고 질량 분석 MS 기술을 이용하여 샘플의 화학식의 변화를 특성화하는 ).이 MS 도메인에서 등압 분리 외에도, FT-ICR MS에 TIMS 결합함으로써, 이온 이동도 분광 (IMS) 치수는 샘플 9, 10, 11에 존재하는 다른 이성체에 대한 분리 및 특성 정보를 제공한다. 대기압 레이저와 결합이온화 (APLI) 자료는 분석의 PAHs가 될 겪는다 변경 정확하게 13 12 특징 있도록 샘플에서 발견 된 공역 분자에 선택적 일 수있다.본 연구에서, 우리는 오일 성분의 변환 과정을 연구하기 위해서 광 조사에 노출 LEWAFs의 준비를위한 프로토콜을 설명한다. 또한 광 조사에 의해 발생하는 변화뿐만 아니라, 샘플 추출하기위한 절차를 도시한다. 또한 광에 대한 노출의 함수로서 LEWAF에서의 PAHs를 특성화하는 FT-ICR MS 결합 TIMS와 APLI의 사용을 제시한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜 내에서 중요한 단계
LEWAFs의 화학적 복잡성은 정확하게 자연적으로 발생하는 것을 반영하기 위해 실험실 실험 위해서는 정확한 준비가 필요합니다. 유효한 데이터 평가는 세 가지 조건에 달려있다 : 처리 샘플에 걸쳐 인공물의 도입을 최소화하는 (예를 들면, 분석 용 시료의 LEWAF 샘플링, 추출 및 제제의 제조), 실험 프로토콜을 검증 (즉, 어두운 컨트롤을 …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 국립 보건 연구소 (FFL을 부여 제 R00GM106414)에 의해 지원되었다. 우리는 그들의 지원을 위해 플로리다 국제 대학의 고급 질량 분석 시설을 인정하고 싶습니다.
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
- 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).
