Des chercheurs du MIPT, Skoltech, l'Institut commun des hautes températures de l'Académie des sciences de Russie, et l'Université d'État Lomonossov de Moscou rapportent une nouvelle approche de l'analyse de la composition du pétrole. Ils ont utilisé une température et une pression élevées pour dissoudre le pétrole dans l'eau et analyser sa composition. La nouvelle méthode est conforme aux principes de la chimie verte car elle évite le besoin de solvants dangereux pour l'environnement. Le document a été publié en Chimie analytique et bioanalytique .

Le pétrole brut n'est presque jamais utilisé sous sa forme brute. Mais il est nécessaire de connaître sa composition précise pour rendre le raffinage le plus efficace possible. Le pétrole brut se compose de plus de 100, 000 composés, la composition exacte de l'échantillon variant en fonction du champ d'où il a été extrait. L'extrême complexité du pétrole brut rend impossible la séparation en composés individuels. Fractions plus lourdes, qui sont non volatiles à 300 degrés Celsius, doivent encore être correctement étudiées. On sait qu'ils sont constitués principalement de phénols, cétones, carbazoles, pyridines, quinoléines, dibenzofuranes et acides carboxyliques. En plus de ça, le pétrole brut de certains gisements peut également contenir des composés sulfuriques. De nombreux hydrocarbures ont des formules identiques, avec le même nombre de carbone, hydrogène, et des atomes d'oxygène, mais diffèrent dans leurs dispositions, c'est à dire., ce sont des isomères.

Les structures très différentes présentent évidemment des propriétés chimiques différentes. Les hydrocarbures plus lourds sont constitués de nombreux atomes, ce qui signifie plus de variabilité structurelle pour chaque composé.

La spectrométrie de masse fournit des informations sur la composition élémentaire des substances et leur masse moléculaire, mais ne parvient souvent pas à distinguer les différents isomères. Ces informations peuvent être obtenues par analyse d'échange isotopique. Cette méthode est basée sur le fait que, selon les composés particuliers qui constituent le pétrole brut ou un autre échantillon, les atomes d'oxygène et d'hydrogène mettront plus ou moins de temps à être remplacés par leurs isotopes - essentiellement les mêmes éléments, mais avec une masse différente. L'eau est la source d'isotopes la plus facilement disponible et la plus propre, mais l'huile est insoluble dans l'eau dans des conditions normales, des acides et alcalis puissants doivent donc être utilisés à la place. Mais les acides ont tendance à décomposer les composés organiques, surtout à haute température, modifiant ainsi la composition de l'échantillon.

C'est connu, cependant, que les composés insolubles dans l'eau peuvent être dissous dans surchauffé, ou supercritique, eau à des températures nettement supérieures à 100 degrés C, il a donc été décidé d'appliquer cette méthode au pétrole brut. Les chercheurs ont prouvé qu'il était possible d'obtenir une solution de pétrole brut à base d'eau en augmentant la température et la pression et ont analysé sa composition. L'échantillon a été chauffé à 360 degrés C dans de l'eau lourde (dans laquelle l'hydrogène est remplacé par du deutérium) à une pression supérieure à 300 atm pendant une heure.

Les chercheurs ont comparé les spectres de masse de l'échantillon d'origine et de l'échantillon après la réaction d'échange isotopique. Les données recueillies ont fourni plus d'informations sur la structure des composés constituant le pétrole brut. Cette méthode peut être utilisée pour étudier d'autres composés non polaires complexes au niveau moléculaire.

"Les marqueurs isotopiques ne peuvent être incorporés qu'à des positions spécifiques dans la molécule, similaire au modèle serrure et clé, " a déclaré le professeur de Skoltech et MIPT Eugene Nikolaev, qui dirige également le Laboratoire de spectrométrie de masse à Skoltech. "Nous pouvons analyser la structure moléculaire en utilisant la spectrométrie de masse à haute résolution pour mesurer le taux d'échange même lorsqu'il est impossible de séparer les composés individuels et d'identifier leur structure avec d'autres méthodes."

« Les réserves de brut léger s'épuisent. Hydrocraquage de fioul, qui se caractérise par sa structure moléculaire très complexe et peu étudiée, joue un rôle de plus en plus important dans la production d'essence. Les hydrocraqueurs sont chers, ils ne sont pas produits en Russie, et ils nécessitent l'utilisation de catalyseurs spéciaux. Nous avons trouvé un moyen d'identifier les furanes, pyridines, et les acides naphténiques dans le pétrole brut sans avoir recours au processus complexe de distillation, " dit Yury Kostyukevich, l'un des auteurs de l'article et chercheur principal dans les laboratoires Skoltech et MIPT. "Nous espérons que nos recherches aideront à mieux comprendre la structure et la composition du pétrole brut, contribuer au développement de nouveaux catalyseurs pour un raffinage du pétrole plus efficace, et permettre une meilleure surveillance de la qualité du pétrole dans les systèmes de pipelines principaux. »