OTIMIZAÇÃO METODOLÓGICA DE FRACIONAMENTO EM MICROESCALA VISANDO A APLICAÇÃO EM EXTRATOS DE ROCHAS CONTENDO INCLUSÕES FLUIDAS DE PETRÓLEO

Introdução

O fracionamento de óleos usando a cromatografia líquida em coluna aberta apresenta vasta aplicação em estudos de separação e caracterização de frações de petróleo. A técnica é mais comumente aplicada a óleos de inclusões fluidas como clean-up, se obtendo a fração total de hidrocarbonetos. No entanto, a análise direta do extrato do petróleo presente nas inclusões por cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (CG-EM) pode ser, em certos casos, insatisfatória devido a problemas de resolução encontrados em amostras complexas (GEORGE et al., 2004) como aquelas que que possuem interferência significativa de aromáticos nas distribuições de biomarcadores saturados. A obtenção de frações enriquecidas em classes de hidrocarbonetos, como os saturados e os aromáticos, é de grande interesse nos estudos voltados para as inclusões fluidas de petróleo, pois diminui os interferentes e aumenta a resolução cromatográfica, já que diminui as possibilidades de coeluições, gerando maior eficiência na identificação e quantificação dos analitos. Neste panorama destaca-se o aumento da sensibilidade para biomarcadores saturados, presentes em concentrações traço (MAROTTA et al., 2014). Desta forma, o presente trabalho teve como principal objetivo otimizar a metodologia de fracionamento em microescala, a fim de aplicá-la em extratos de rochas contendo inclusões fluidas de petróleo.

Experimental

A cromatografia líquida em coluna aberta foi realizada através de uma adaptação em pipeta Pasteur de vidro para a obtenção das frações saturada (FS) e aromática (FA) presentes na amostra. Previamente ao fracionamento em microescala, uma pastilha foi produzida através da mistura de 2 mL do extrato da amostra em diclorometano com 200 mg de sílica gel (Kiesegel 60 Å, 40-63 μm), sendo a mistura seca à temperatura ambiente em modo overnight. A coluna para o fracionamento foi preparada com lã de vidro e preenchida com 500 mg de sílica gel como fase estacionária, sendo empacotada a seco e ativada com 3 mL de n-hexano. A FS foi obtida com 2 mL do eluente n-hexano no caso de massas de extrato de óleo entre 0,1 a 1 mg ou 4 mL de n-hexano no caso de 7,0 mg de extrato. A eluição da FA, por sua vez, é realizada com 3 mL de diclorometano, independentemente da massa de extrato fracionada.

Resultados e Discussão

A metodologia envolveu o fracionamento de pequenas massas de um óleo bruto de referência através de uma coluna de pipeta Pasteur empacotada com sílica gel para posterior caracterização dos biomarcadores por CG-EM. A separação foi realizada de forma qualitativa visando, essencialmente, observar a eficiência de separação da coluna adaptada. Um dos grandes problemas associados ao método em estudo consistiu no requerimento do uso de diclorometano como solvente inicial, em razão de sua alta eficiência no processo de extração do óleo em amostras com inclusões fluidas. Os primeiros resultados obtidos indicaram que a presença deste solvente promove a transferência de interferentes (compostos de maior polaridade, como os aromáticos) para a fração dos biomarcadores saturados (FS) durante o processo de fracionamento em microescala. Desta forma, os estudos foram realizados de forma a viabilizar a utilização deste solvente, sem que o uso do mesmo interfira nas outras etapas a serem desenvolvidas.

Neste sentido, primeiramente, avaliou-se a possibilidade de secura, em capela, do extrato obtido com diclorometano, bem como o uso de alumina como fase estacionária, em combinação, ou não, com a sílica (100%, 50% e 30% de alumina em relação à sílica, em um total de 700 mg de fase estacionária). Os resultados demonstraram que apesar da alumina ser uma fase estacionária com possibilidade de melhorar a separação dos compostos aromáticos sua utilização, independentemente da proporção utilizada, não se mostrou efetiva para reter a FA. Por outro lado, a secura do diclorometano na amostra para re-eluição em n-hexano promoveu a perda de voláteis (alcanos lineares leves) e redução do sinal para alcanos lineares de cadeia carbônica mais longa. Apesar da viabilidade de alternativas para a secura da amostra, tais como fluxo suave de nitrogênio ou aquecimento moderado, a proposta de secagem natural em capela foi selecionada por ser a opção mais branda possível, a fim de promover o melhor cenário para o procedimento.

Posteriormente, avaliou-se o uso de pastilhas de sílica gel como alternativa para a manutenção do diclorometano. Os ensaios foram realizados com 7 mg do óleo diluídos em 0,5 mL de diclorometano, sendo adicionadas diferentes proporções de sílica gel na amostra para formar a pastilha, (100, 200, 300, 400 e 500 mg - garantindo a massa total de sílica gel (pastilha + coluna) de 700 mg), uma vez que a proporção de óleo bruto e sílica gel na cromatografia líquida adaptada em uma pipeta Pasteur é de 1:100 em massa (LU et al., 2023). Em seguida, o solvente foi evaporado sob temperatura ambiente em capela e a pastilha seca foi inserida no topo da coluna de fracionamento. Os resultados obtidos indicaram que a FS, em um fracionamento de 7 mg de amostra, pôde ser totalmente eluida sem contaminação pela FA com 200 mg de pastilha e 500 mg de sílica gel como fase estacionária, e utilizando-se 4 mL de n-hexano (Fig. 1). O resultado corrobora a metodologia de fracionamento SARA aplicada por Shi e colaboradores (2010) em uma amostra de óleo bruto, no qual a proporção amostra e eluente seria 1:1/2 (SHI et al., 2010). Dessa forma, a preparação do óleo bruto através da produção de pastilhas viabiliza o uso de diclorometano como solvente extrator de amostras de inclusões fluidas sem que o mesmo interfira no processo de separação dos compostos saturados e aromáticos ao longo da coluna cromatográfica.

Figura 1. Comparação dos cromatogramas de m/z 191 obtidos para a amostra de óleo antes e após o uso de pastilha de sílica.

Diante da remoção satisfatória dos interferentes na FS, foi verificada a representatividade da amostra e certificação da metodologia de fracionamento otimizada, de modo a garantir que os resultados obtidos fossem os mesmos, independentemente da quantidade de amostra utilizada. Assim, a massa de óleo bruto foi reduzida de 7 mg para 1 mg e 0,1 mg, (massas análogas às inclusões fluidas de petróleo). Verificou-se, por razões diagnósticas de biomarcadores (Tr/Hop, Tr23/H30, Tr26/Tr25, H29/H30, H32S/(S+R), Ts/Tm, GAM/H30), que mesmo com a redução de massa, a metodologia desenvolvida possibilitou a separação adequada dos compostos saturados. Além disso, as condições operacionais do equipamento utilizado e o método de análise instrumental apresentaram a sensibilidade necessária para a detecção dos analitos (Fig. 2).

Figura 2. Cromatogramas de m/z 191 obtidos utilizando-se 7 (A), 1 (B) e 0,1 mg (C) do óleo de referência.

Conclusões

Os resultados demonstraram que a metodologia desenvolvida reproduz dados confiáveis, mesmo com a utilização de massas reduzidas, o que torna possível a aplicação em sistemas adaptados à microescala e às inclusões fluidas. Além disso, o notável progresso na separação das frações FS e FA sem a perda ou alteração de informações dos analitos possibilita a expansão do estudo em amostras de inclusões fluidas. Acredita-se que a otimização da etapa de fracionamento do óleo para as inclusões fluidas traz grandes benefícios na análise por CG-EM, em termos de melhora na resposta analítica devido à uma melhor resolução dos picos através do aumento na relação sinal/ruído e aumento na seletividade.

Agradecimentos

Os autores agradecem à FEC/UFF/CENPES/PETROBRÁS (projeto 4948) pelo apoio financeiro e à CAPES (código 001/PPG-Geoquímica-UFF).