从分子水平认识石油化学组成是设计石油加工催化剂、开发及优化加工工艺的基础，然而石油是自然界中化学组成最复杂的混合物之一，其分子组成表征是分析化学领域的传统难题。除了目前对于沸点低于200°C的汽油馏分可实现单体化合物表征，重质组分中可鉴定的化合物数量仅占总量的极小一部分。本项目以傅立叶变换离子回旋共振高分辨质谱为主要技术手段，通过测量精确分子质量获取分子组成信息，高分辨质谱的质量分析器可以可实现不同元素组成化合物的有效识别，但石油中的大部分化合物不能被商业离子源直接电离，或存在严重的电离歧视效应。针对这一难题，本项目开发一系列创新性的组分分离和石油组学分析方法，实现不同类型化合物在高分辨质谱上的分子组成分析。

通过化学衍生将弱极性化合物定向转化为极性组分，实现在电喷雾电离源上的高灵敏分析。发明了针对不同类型化合物分析的化学衍生化方法，如选择性钌离子催化氧化方法将饱和烃类化合物转化为醇类，可调控固相磺化方法将芳香烃转化为磺酸盐，六氟锑酸银催化甲基化含硫化合物形成电离效率极高的锍盐，选择性加成方法将硫醇转化为带有砜基团的衍生物实现质谱分析的化学增敏。

图1 石油催化裂化油浆分子图谱

为了识别不同类型化合物，开发出选择性分离方法，实现目标化合物与复杂石油基质的分离。通过甲基衍生化分离含硫化合物，并选择不同的脱甲基试剂实现硫醚和噻吩类两种最重要石油含硫化合物的高收率、高纯度分离。以吉拉德试剂选择性衍生化酮类，实现微量酮类化合物的分离和高灵敏检测。另外改进了萃取色谱方法实现了酚类及石油羧酸类化合物的分离；结合溶剂萃取与色谱分离实现了微量金属卟啉化合物的分离富集。

通过分离和分析方法开发，形成一套系统的石油中不同类型化合物分子组成分析方法，应用于石油分子组成的全面表征。在此基础上，根据元素组成和组分含量，对不同分析方法获得的不同类型化合物的相对丰度进行归一化处理，形成全组分定量分子图谱表征，项目组在方法学上取得重大突破，首次实现了重质油的全组分分子组成（半）定量分析。以催化裂化油浆为例，鉴定23种杂原子组成不同化合物类型，表征出超过7000个分子，化合物浓度范围跨越8个数量级（图1）。