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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Desenvolvimento de métodos verdes empregando cromatografia gasosa bidimensional para análise de frações pesadas de petróleo
Title Alternative: Development of green methods by two-dimensional gas chromatography for the analysis of heavy fractions of petroleum
Author: Oliveira, Amilton Moreira de, 1994-
Advisor: Hantao, Leandro Wang, 1986-
Abstract: Resumo: Neste estudo, foram exploradas as limitações em procedimentos usuais de GC para a análise de petróleo. Paralelamente, métodos alternativos foram propostos para a caracterização abrangente da fração pesada do petróleo. A discriminação de hidrocarbonetos de alta massa molecular durante o preparo de amostra por via úmida foi destacada como a principal limitação analítica. Assim, foram avaliadas diferentes modalidades de GC e técnicas de introdução para a caracterização de amostras sem a necessidade de tratamento prévio com solventes. O poder de resolução da cromatografia gasosa multidimensional foi explorada em análises abrangentes de petróleo bruto. Com isso, foram mitigados efeitos de discriminação dos constituintes pesados, produzindo resultados representativos para toda a faixa de composição das amostras. Ainda, a minimização de manipulação da amostra reduziu o tempo de análise, o consumo de energia e o emprego de solventes orgânicos, produzindo métodos mais verdes e eficientes em relação aos procedimentos usuais de análise de petróleo por GC com injeção líquida. O projeto foi desenvolvido a partir da caracterização de amostras reais em estudos de caso pertinentes à atividade de exploração do petróleo. A introdução direta de amostras sólidas por dessorção térmica foi avaliada com uma fração parafínica pesada (C60+) e diferentes tipos de solo contaminados por óleo bruto. A complexidade em termos de composição foi tratada com diferentes técnicas de cromatografia gasosa bidimensional. A cromatografia gasosa bidimensional por frações parciais (GC-GC) foi empregada para a execução de dez cortes sequenciais na separação de óleo diesel, produzindo reinjeções sem divisão de banda. A separação por cromatografia gasosa bidimensional abrangente (GC×GC) foi estudada com diferentes combinações de seletividade. O emprego de colunas com propriedades de solvatação complementares permitiu a separação entre classes de compostos e pares críticos no petróleo. A modulação por fluxo diferencial foi otimizada com vistas à análise da fração pesada do óleo (P.E. >370 °C, 1 atm) em arranjos polar × apolar e semipolar × apolar. Assim, foi desenvolvida uma configuração instrumental adequada para a análise abrangente de petróleo que atende a diferentes aplicações de interesse. Simulações de contaminação do solo por derramamento permitiram avaliar o perfil cromatográfico do óleo em função do tempo de exposição ao ambiente. O acompanhamento do processo por medidas individuais destacou a evaporação como o principal efeito na alteração das amostras em 72 h. O tratamento quimiométrico utilizando análise de componentes principais (PCA) de um conjunto de dados mais amplo estendeu essa observação a intervalos de até 45 dias

Abstract: In this work, analytical constraints were evaluated in usual GC methods for petroleum analyses. Additionally, alternative procedures were proposed for comprehensive characterization of heavy crude oils. Discrimination of high molecular weight hydrocarbons was highlighted as the main analytical limitation associated to the use of organic solvents in the sample processing. Thus, different gas chromatographic systems and introduction techniques were evaluated for the characterization of samples without previous treatment. The separation power of multidimensional gas chromatography was assessed through direct analyses of crude oil samples, ensuring comprehensive results over a wide volatility range. The elimination of sample processing step reduced analysis time, energy consumption, and the use of organic solvents. Therefore, it was achieved greener and more efficient methods than those usually employed in GC petroleum analyses. The study was developed using real samples in case studies relevant to oil exploration. The introduction of solid samples in the chromatographic system by thermal desorption was evaluated with a heavy paraffinic cut (C60+) and different soils contaminated with crude oil. The highly complex samples were assessed with different two-dimensional gas chromatography techniques. Ten sequential cuts were performed without band division in diesel analysis by heart-cutting two-dimensional gas chromatography (GC-GC). Different selectivity combinations were studied for comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC×GC) separations. Remarkable group-type separations and resolution of critical pairs were achieved in comprehensive analyses by coupling columns with complementary solvation properties. The differential flow modulation was optimized for the heavy petroleum fraction (B.P. >370 °C, 1 atm), extending the separation in polar × non-polar and semipolar × non-polar column sets. Thus, it was achieved an instrument configuration for GC×GC analyses of petroleum that satisfied different analytical purposes. Petroleum weathering process was evaluated by different experiments involving oil spill simulation. Monitoring of peak areas of individual compounds indicated evaporation as the main responsible for modifications in the oil composition during the first 72 h. The use of principal component analysis (PCA) in a larger data set ascertained this observation for a 45 days period
Subject: Cromatografia gasosa bidimensional abrangente
Espectrometria de massa
Dessorção termica
Petróleo
Química verde
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: OLIVEIRA, Amilton Moreira de. Desenvolvimento de métodos verdes empregando cromatografia gasosa bidimensional para análise de frações pesadas de petróleo. 2021. 1 recurso online (110 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química, Campinas, SP.
Date Issue: 2021
Appears in Collections:IQ - Tese e Dissertação

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