CROMATOGRAFIA GASOSA ACOPLADA A ESPECTROMETRIA DE MASSAS (GC-MS e GC-MS/MS)

A geoquímica orgânica molecular preocupa-se exclusivamente com a caracterização de petróleo através da análise de biomarcadores para obter informações a respeito do ambiente de deposição das rochas geradoras de óleo, biodegradação, evolução térmica e qualquer outra informação que esteja relacionada a geoquímica de petróleo [53].

O aumento do número de biomarcadores identificados nas últimas décadas deve-se principalmente ao desenvolvimento de técnicas analíticas capazes de analisar amostras complexas. Em especial, a cromatografia gasosa acoplada a esceptrometria de massas (GC-MS e GC-MS/MS) destaca-se para esta finalidade.

A GC-MS pode ser utilizada para detectar e indentificar compostos aproveitando-se dos tempos de retenção relativos, padrões de eluição e dos padrões de fragmentação de massas característicos das estruturas dos compostos. Em algumas situações, o cromatograma dos íons totais (TIC, total ion current) pode ser utilizado para observar o perfil cromatográfico das amostras e inferir informações sobre, por exemplo, o tipo de ambiente de deposição em que o óleo foi gerado. Além disso, é possível extrair informações sobre a biodegradação (aparecimento de uma mistura complexa não-resolvida (UCM) e desaparecimento de compostos leves). Esta primeira análise é chamada de fingerprint do petróleo onde é possível ter uma “impressão digital” do mesmo.

Embora o TIC permita a averiguação das primeiras informações sobre um conjunto de óleos, uma análise mais aprofundada é necessária para garantir a confiabilidade dos resultados. A análise realizada pelo monitoramento seletivo de íons (SIM, select ions monitoring) é utilizada para gerar um fingerprint de famílias de

biomarcadores específicos, por exemplo, as famílias de hopanos e esteranos podem ser analisadas através dos íons m/z 191 e m/z 217 respectivamente, em consequência do aumento da relação sinal/ruído e seletividade [31]. Neste modo, íons diagnóstico para vários compostos de interesse são selecionados por análise e para cada composto geralmente o íon selecionado é o mais abundante no espectro de massas, também chamado de pico base. Contudo, devido a grande quantidade de compostos que possam conter estes mesmos íons e a perda da informação espectral que fornece a base para a elucidação estrutural, este tipo de análise muitas vezes não é suficiente para a investigação de biomarcadores. Neste caso, estes problemas podem ser resolvidos pela utilização de sistemas cromatográficos acoplados a espectrômetros em Tandem (GC-MSn_{) que são altamente seletivos e informativos quanto a estrutura}

do analito .

A GC-MS/MS consiste na utilização de três analisadores de massas (triplo quadrupolo) conectados em série, no qual o primeiro quadrupolo é responsável por realizar uma primeira análise de varredura (SCAN) ou uma análise seletiva (SIM) dos íons precursores [54]. Esta etapa é seguida da dissociação dos íons em um compartimento denominado cela de colisão (segundo quadrupolo). A colisão entre os íons precursores e um gás inerte contido na cela de colisão leva, assim,à formação dos íons produtos que são então analisados por um terceiro quadrupolo nos modos SCAN ou SIM [54].

Por causa da alta seletividade oferecida pela utilização de vários quadrupolos, a espectrometria de massas em Tandem possibilita direcionar as análises para a investigação de compostos que coeluiem com impurezas isobáricas, para resolver estruturas de compostos desconhecidos, auxiliar na quantificação com alta sensibilidade em matrizes de alta complexidade e para confirmação adicional em análises utilizando o modo SIM [31].

Os principais modos utilizados para análise de biomarcadores são [55, 56]:

i) Monitoramento de reações selecionadas (SRM, selected reaction monitoring): um íon precursor é monitorado e após sua fragmentação, apenas um único íon produto é selecionado. Este tipo de sistema é utilizado para detectar com alta sensibilidade e seletividade famílias de biomarcadores. Por exemplo, a família de esteranos (C26 a C30) que

aumentam sua série com pelo acréscimo de um grupo metila podem ser separados pelo monitoramento dos íons precursores m/z 358, m/z 376, m/z 386, m/z 400 e m/z 414 e pelo íon produto m/z 217.

ii) Varredura de íons produtos ou dissociação induzida por colisão (CAD, Parent-mode/ collision-activated decomposition): neste modo um ou mais íons precursores são são selecionados, colidem com o gás inerte, se dissociam formando íons produtos e os espectros de massas destes íons produtos são registrados. Um ou mais íons produtos de uma família de biomarcadores podem ser monitorados e sua principal aplicação está na determinação estrutural de biomarcadores.

iii) Varredura de íons precursores (precursor ion scan): neste modo, uma varredura dos íons no primeiro quadrupolo é realizado, seguido da colisão com o gás inerte e monitoramento de íons com m/z selecionado. Especificamente, este modo serve principalmente para a análise de classes de compostos que tem características estruturais comuns.

iv) Perda neutra (neutral loss scan): neste caso, os quadrupolos são ajustados para fazer uma varredura dos íons (Q1), que após colisão com o gás na cela de colisão (q2), faz uma varredura daqueles compostos que perderam uma determinada massa neutra a partir dos íons precursores. Por exemplo, o monitoramento de compostos contendo enxofre que sofrem uma perda neutra de m/z 32.

A combinação da espectrometria de massas com a cromatografia gasosa auxilia na identificação e investigação de estruturas químicas de componentes individuais e famílias de biomarcadores. Porém, mesmo com a utilização de técnicas avançadas, devido a complexidade da amostra, torna-se necessário o emprego de tratamentos prévios antes da análise por GC-MS e GC-MS/MS proporcionando informações mais detalhadas e com maior confiabilidade.

O fracionamento em coluna aberta é um dos métodos mais utilizados para a separação de grupos de compostos contidos no petróleo. Este procedimento consiste na separação das frações de hidrocarbonetos saturados, aromáticos, resinas e asfaltenos por diferença de polaridade entre estas classes, e por isso ganhou a denominação de SARA (Separação por coluna aberta das frações de hidrocarbonetos Saturados, Aromáticos, Resinas e Asfaltenos do petróleo).

A utilização do fracionamento da amostra juntamente com a cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas permite uma análise geoquímica detelhada de amostras de petróleo. Sendo assim, este procedimento será abordado a seguir.

1.2. OBJETIVOS

O objetivo principal deste trabalho foi desenvolver estratégias para a classificação e análise geoquímica de petróleo bruto combinado a GC×GC com pré- processamento mínimo de amostras juntamente com a utilização de ferramentas quimiométricas de processamento multivariado de dados. Sendo assim, a análise geoquímica convencional (fracionamento em coluna aberta e análise de biomarcadores da fração de hidrocarbonetos saturados por GC-MS e GC-MS/MS) foi realizada neste capítulo com o intuito de caracterizar óleos provenientes de diversas bacias petrlíferas brasileiras por análise, identificação de biomarcadores e cálculo de parâmetros geoquímicos por técnicas convencionais para a determinação do nível de biodegradação, paleoambiente de deposição e evolução térmica de amostras de petróleo para posterior comparação com a nova metodologia proposta.