原油と水を混ぜて成分を分析する研究の結果、混ぜることが可能になった

・研究者は、組成物の圧力と温度を大幅に上げることで、原油と水を混ぜ合わせました。

・この成果により、原油の構造と組成をより深く調べることができるようになりました。

原油は現在、エネルギー産業や化学産業で使用される燃料や材料の最も貴重な供給源になっています。しかし、その原料を利用可能な形に変換するためには、一連の化学的プロセスが必要です。

製品の効率は、原材料の構造と分子組成をどれだけ知っているかにかかっています。原油を研究するために、科学者は質量分析、液体およびガスクロマトグラフィー、X線光電子分光、熱重量分析などの様々な実験をしました。

近年、このような技術が進歩し、包括的な研究が行われていますが、低揮発性の原油成分や重質石油留分に含まれる個々の分子の構造については、まだあまり分かっていません。

このたび、モスクワ物理工科大学を中心とするロシアの研究チームが、原油の成分を分析する新しい手法を考案しました。環境に有害な溶媒を一切使わず、グリーンケミストリーの原則に則っています。

原油は10万種類以上の化合物が含まれていて、複雑に絡み合っており、個々の化合物を分離することは非常に困難です。原油の正確な組成は、採掘された場所によって異なります。多くの炭化水素は、同じ式（酸素、水素、炭素原子の数が同じ）を持っていますが、その並び方は違います。そのため、それぞれの構造（異性体）が異なる化学的性質を持っています。

物質の元素組成や分子量を調べるために、科学者は質量分析計を使用します。しかし、この技術だけでは、異なる構造を区別することはできません。

このような情報を収集ために、同位体交換分析という特殊な手法を用いることができます。しかし、この技術を使うには、原油の化合物を質量の異なる他の同位体で溶解する必要があります。最も適切で入手しやすいのは水になりますが、通常の条件下では油に溶けることはありません。しかし、100度以上の高温では、不溶性化合物に水が混入するということは周知の事実です。

原油を水に溶かす

研究チームは、組成の圧力と温度を大幅に上げることで、原油と水を混ぜ合わせようとしました。D2O（水素の代わりに重水素を含む水）中で、300気圧の圧力で1時間、360℃まで加熱しました。

その結果、オイルが過熱水に効率よく溶け、同位体交換反応後の試料を簡単に分析できるようになりました。その結果、原油の構造と組成をより深く調べることができるようになりました。この技術は、他の複雑な非極性試料を分子レベルで調べる場合にも利用できます。

高分解能の質量分析計を用いて、原油中のピリジン、フラン、ナフテン酸を検出することができるようになりました。将来的には、石油精製プロセスをさらに向上させる新しい触媒の開発や、幹線パイプラインの油質監視システムの改善などに役立てることができると考えられています。