俄罗斯科学家将原油溶解在重水中研究其成分

莫斯科物理技术学院(MIPT)、俄罗斯科学院高温联合研究所(Skoltech)及莫斯科罗蒙诺索夫州立大学(Lomonosov莫斯科国立大学)的研究人员合作提供了一种新的石油成分分析方法。高温高压下先将油溶于重水，再分析其组成。因溶剂对环境无害，符合绿色化学原则。相关论文已在《分析化学和生物分析化学》杂志上发表。

原油大多不能直接利用，因此掌握确切组成对高效加工非常重要。原油由100 000多种化合物组成，且确切组成因产地而异。极端复杂的原油不可能分离成单独的化合物。特别是沸点300 ℃以上的塔底馏分未知组分更多。我们只知道其中有很多酚类、酮、咔唑、吡啶、喹啉、二苯呋喃和羧酸组分，某些油田的原油还含有硫化物。

碳、氢和氧原子个数相同的烃类，分子式虽然相同，但同分异构体的差异却可能很大，因此化学性质差别很大。组成烃类分子的原子数目越多，同分异构体的种类也更多。质谱能提供物质的元素组成和分子质量信息，但一般不能区分同分异构体。

然而，同分异构信息可以通过同位素交换分析获得。水是最容易获得、也是最清洁的同位素来源。原油组分中的氧和氢原子经过一段时间被同种元素同位素(如重水中的氘)取代后质量数会改变。石油中的组分一般不溶于水，用加入强酸和强碱的办法可以解决溶解问题。但酸会破坏有机化合物，特别是在高温下，容易改变原油样品的组成。

众所周知，在水温超过100 ℃的过热或超临界条件下，烃类在水中的溶解度会大幅度提高。研究人员已经证明，通过提高温度和压力可以获得原油的水溶液。比较原始样品和同位素交换反应后样品的质谱可以得到很多原油(特别是重质原油)中含氧等极性化合物组分的结构信息。该方法也可用于其他复杂的非极性化合物分子水平的研究。Skoltech质谱实验室的负责人Nikolaev教授表示:“同位素标识只能发生在分子中的特定位置，类似指纹识别，当原油不能分离为纯化合物，不能用其他方法分别鉴别各组分结构的情况下，通过高分辨质谱测定同位素交换量可以表征复杂的分子结构。”

该论文作者表示：我们已经找到鉴别原油中呋喃、吡啶和环烷酸的方法，而不必预先蒸馏或分离。该方法有助于了解原油的结构和组成，对开发高效的炼油催化剂也有帮助，并可用于检测输油管道中的油品品质。