毕业时间：2023年6月（硕士）

毕业去向：中国石油大学（华东）（博士研究生）

导师：史权 教授

学科专业：化学工程与技术

研究方向：石油与天然气化学

 

学位论文题目

石油杂原子化合物质谱定量分析的方法基础

Fundamental Investigations on Quantitative Characterization of Heteroatomic Compounds in Petroleum by Electrospray High-resolution Mass Spectrometry

 

论文摘要

石油杂原子化合物对石油的加工性能和石油产品的性质具有重要影响，定量表征石油杂原子化合物的分子组成是开发面向分子工程的炼油技术的迫切需求，然而杂原子化合物在石油中的含量通常很低，目前缺乏相应的定量分析方法。本文主要以石油杂原子化合物质谱定量分析为研究对象，探究了石油中不同类型非碱性氮化物的离子抑制行为和质谱响应规律，并籍此开发了一种能够直接测定石油中非碱性氮含量的高分辨质谱半定量分析方法。此外，对利用高分辨质谱分析石油馏分过程中出现的极性化合物离子-分子缔合体进行了多方面的考察，并提出了有效的解缔合方法，为石油分子组成定量分析工作提供了方法基础。主要内容包括：

探究了非碱性氮化物在负离子电喷雾电离模式下受到的不同电离抑制作用。不同碳数分布的非碱性氮组分之间存在明显的电离抑制现象，非碱性氮低碳数分布组分浓度的增加不仅会使高碳数分布组分的主体化合物相对丰度降低，还会彻底抑制相对含量较低化合物的信号响应。不同等效双键（DBE）类型非碱性氮化物的电离能力存在明显的差异，DBE值越大的非碱性氮化物对应的共轭酸的酸度系数（pKa）越小，其碱性越弱，在负离子电喷雾电离模式下的电离能力越强，反之则DBE值越小的非碱性氮化物的电离能力越弱。石油酸组分浓度的提升以及非碱性氮组分自身浓度的增加都会使这种差异性变得明显。

建立了一种直接测定石油中非碱性氮含量的质谱半定量分析方法。通过添加三种不同类型的非碱性氮模型化合物计算各自的响应因子，基本解决了电离能力差异带来的定量结果偏差，完善了石油极性化合物定量分析的方法学基础。对减压馏分油进行了方法应用并表现出了良好的定量分析能力，明确了分析物中碱性氮与非碱性氮之间的含量分配比例。为测定重质馏分油和原油中非碱性氮的含量提供了指导。

探究了电喷雾电离源（ESI）耦合高分辨质谱（HRMS）分析石油馏分过程中出现的离子-分子缔合现象，明确了缔合体的类型并对成因进行了讨论。提出了几种影响缔合的条件并建立了消除分析物中缔合体的有效法，解缔合效率达到了90%以上。为开展石油全分子组成定量分析工作奠定了基础。

关键词：石油杂原子化合物；非碱性氮定量分析；电离抑制；电喷雾电离源；离子-分子缔合体

 

发表学术论文

1. [1]Wang Y, Li S, Wu J, Zhang B, Zhang Y. Elimination of the ion–molecule association in electrospray high-resolution mass spectrometry analyses for petroleum fractions. Energies 2023;16(9)
   https://doi.org/10.3390/en16093796