Petroleomics by FT-ICR MS : evaluating the crude oil polar compounds ionization efficiency

Esse trabalho tem como objetivo conhecer e avaliar a ionização dos compostos polares no petróleo for Espectrometria de Massas por Ressonância Ciclotrônica de Íons com Transformada de Fourier (FTICR MS do inglês Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry), relacionando essa ionização com parâmetros experimentais e características intrínsecas das moléculas. No Capítulo 1 o tipo de amostra de interesse (petróleo) é abordado, tanto em suas características quanto em sua análise, definindo petroleômica e sua função. A espectrometria de massas é apresentada, então, como ferramenta de grande utilidade nos estudos petroleômicos, em especial aquela de ultra alta resolução como FTICR MS (Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry) acoplada a fonte de ionização eletrospray (ESI). No Capítulo 2 a ferramenta estatística do planejamento de experimentos é apresentada e, então, utilizada em uma amostra real de petróleo de forma a relacionar os parâmetros operacionais da fonte de ESI com respostas avaliadas comumente em petroleômica. Aspectos interessantes das relações parâmetro-resposta surgem durante o estudo, mostrando que a análise de petróleo por ESI-FTICR MS, apesar de largamente utilizada na literatura, não é trivial e precauções devem ser tomadas durante a otimização dos parâmetros experimentais. No Capítulo 3 as técnicas de APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) e APPI (Atmospheric Pressure PhotoIonization) são abordadas e utilizadas, juntamente com ESI, para avaliar a ionização de padrões de compostos similares àqueles encontrados nas principais classes de compostos polares do petróleo. A análise pelas técnicas que ionizam de forma mais abrangente os compostos apresentaram comportamentos que tornam tais análises inviáveis. Uma reação de metilação que melhora a ionização de compostos sulfurados também é realizada em duas condições, comparando-se tais condições a partir dos espectros obtidos após suas análises. Conhecendo a ionização desses compostos padrões, é possível entender a petroleômica de forma mais ampla dando maior confiabilidade para estabelecer as relações composição-comportamento do petróleo.The aim of this work is to know and evaluate the crude oil polar compounds ionization through Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometry, relating this ionization with experimental parameters and intrinsic characteristics of molecules. On Chapter 1 the sample of interest (crude oil) is addressed, both in its characteristics and its analysis, defining petroleomics and its function. Mass spectrometry is then presented as a tool of great utility in petroleomic studies, in special the ultra high resolution one as FTICR MS coupled to eletrospray Ionization (ESI). On Chapter 2 the design of experiment statistic tool is presented and used in a real crude oil sample in order to relate operational parameters of ESI source to commonly evaluated responses in petroleomics. Interesting aspects regarding parameter-response relationships arises during the study, showing that the crude oil analysis using ESI-FTICR MS, while it is largely used in literature, it is not trivial and precautions have to be taken during the optimization of experimental parameters. On Chapter 3 APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) and APPI (Atmospheric Pressure PhotoIonization) technics are addressed and used, along with ESI, to evaluate the ionization of standard compounds similar to those polar compounds found in crude oil. Analysis using sources that ionizes in the most comprehensive way has shown such behavior that makes the analysis unviable. A methylation reaction that improves the ionization of sulfur compounds is also made on two conditions, comparing these conditions through the obtained spectra after their analysis. By knowing the ionization of these standard compounds it is possible to understand the petroleomics in a much comprehensive way, providing reliability to stablish composition-behavior relations of crude oil