基于ESI FT-ICR MS的重质油分子组成研究

Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry(FT-ICR MS), which has ultra-high resolving power and mass accuracy, is used to characterize crude oils in recent years, and launched a new field namely "petroleomics". It is the hot topic of petroleum chemistry to investigate the relationship between the chemical composition of a crude oil and its properties and reactivity. Break through on qualitative characterization of heavy petroleum crude oil has been made in the past decade. However, it seems difficult to get new progress for the quantitative characterization of these supercomplex mixture. This project will perform basic methodology research of FT-ICR MS for petroleomics application. The major topics include the mechanism of electrospray, ions suppression, reactions between ions and molecules, steability of ions, and ion transformission effiency.Qualitive and quantitative characterization methods would be established to characterize the representative heavy petroleum crude oils. A database based on the molecular composition will be construct and hold the huge information obtained by FT-ICR MS. The results will lay a foundation of theory and methodology for petroleum chemistry, it is valuable for the fields include petroleum explorition, exploitation, and utilization of heavy petroleum crude oils.

傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）以其超高的质谱分辨率和质量精确度，推动石油化学研究进入"石油组学"（Petroleomics）的新时代。从分子水平研究重质油化学组成以及化学组成与转化性能之间的关系，是当前石油化学研究的热点问题。基于FT-ICR MS 技术对特定化合物的定性认识已经取得了突破性进展，然而相关研究却很难向前推进，核心问题是缺少对重质油组成形成全面认识的定量分析方法。本项目将从基础方法入手，研究FT-ICR MS 分析过程中石油组分的电离机理、离子间抑制作用、离子-分子反应、离子稳定性与传输效率等问题，以及重质油中不同类型化合物的有效电离途径，在此基础上建立重质油分子组成研究的定性、定量分析方法，对典型重质油样品进行系统的分子组成表征，建立重质油分子组成数据库。研究成果为石油化学相关研究奠定理论和方法基础，对重质油的勘探、开发和加工利用具有重大的应用价值。

高效利用重质油是国家石油资源发展战略的重要方向，对重质油化学组成的认识不足限制了相关理论和技术的发展。本项目以傅立叶变换离子回旋共振高分辨质谱（FT-ICR MS）为中心，结合多种色谱、质谱技术，开发重质油分子组成分析新方法，通过解决多种杂原子化合物从复杂石油基质中的分离，弱极性化合物在电喷雾电离源中的电离等关键技术难题，形成了一个国际领先的石油分子组成研究平台，发表相关论文60余篇，成为国际上该领域影响最大的研究团队，连续两次主办了“重质油化学”国际会议。以平台为依托，研究重质油分子组成及其在加工过程中的转化规律，形成了一系列石油化学新认识，主要包括石油沥青质的分子组成、杂原子化合物的存在形态、新型生物标志化合物的发现，以及硫、氮、氧及金属杂原子化合物在重质油分离、热转化及加氢转化过程中的分子转化规律。研究结果为重质油加工技术开发提供了创新性的研究方法及宝贵的基础数据，推动了石油化工领域“分子管理”技术从理念到应用的快速发展。相关分析方法成功应用于环境样品的分子组成分析，在环境科学、海洋地球化学及微生物地球化学等领域得到广泛推广应用。