Desenvolvimento de métodos para análise isotópica de Mg, Sr e Pb de petróleo por MC-ICP-MS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES Neste trabalho, foi feita a determinação das razões isotópicas de Mg, Sr e Pb em petróleo por espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado e multi-coletor (MC-ICP-MS). Dois métodos de preparo de amostra foram avaliados: (i) digestão por via úmida assistida por micro-ondas com cavidade de digestão pressurizada (MAWD-PDC) e (ii) solubilização de sólidos inorgânicos após a norma ASTM D4807. Usando a MAWD-PDC, até 0,5 g de petróleo foram eficientemente digeridos usando apenas 6 mL de HNO3 14,4 mol L-1 (75 min, temperatura de até 250 ° C). A MAWD-PDC mostrou ser um método de preparo de amostras adequado para a subsequente determinação da concentração e das razões isotópicas de Mg, Sr e Pb. Por outro lado, o método baseado na ASTM não requer nenhum equipamento sofisticado ou o uso de solventes halogenados. Com este método, até 10 g de petróleo podem ser dissolvidos em tolueno e filtrados através de uma membrana de nylon. Elementos presentes na forma de sólidos inorgânicos, como Mg e Sr, são retidos nessa membrana e podem ser facilmente recuperados em água. No entanto, Pb não foi recuperado usando esse método, possivelmente porque ele está presente no petróleo na forma de complexos orgânicos que não ficam retidos na membrana. Quatro procedimentos de isolamento usando cromatografia em coluna foram avaliados para o isolamento de Mg, Sr e Pb da matriz do petróleo. Para o Mg, o isolamento foi realizado usando a resina de troca catiônica AG 50W-X8. O isolamento de Sr e Pb foi feito utilizando um protocolo de isolamento sequencial com base no uso da resina Sr-spec. Ambos os protocolos de isolamento foram caracterizados por rendimentos quantitativos e remoção de elementos da matriz. Não foi observada diferença estatística significativa entre os resultados para as razões isotópicas de Mg e Sr obtidos usando ambos os métodos de preparo de amostra (MAWD-PDC e solubilização). Assim, os dois métodos de preparo de amostra podem ser usados para análise isotópica de Mg e Sr em petróleo. A composição isotópica Mg-Sr-Pb dos petróleos brasileiros avaliados neste trabalho está dentro da faixa observada para a água do mar e o leito rochoso do depósito. Os métodos desenvolvidos neste trabalho podem ser considerados ferramentas promissoras para decifrar a história de formação de reservatórios de petróleo. In this work, the determination of isotope ratios of Mg, Sr and Pb in crude oil by multi-collector inductively coupled plasma-mass spectrometry (MC-ICP-MS) was performed. Two sample preparation methods were evaluated: (i) microwave-assisted wet digestion with a pressurized digestion cavity (MAWD-PDC); and (ii) solubilization of inorganic solids after the ASTM D4807 test method. Using MAWD-PDC, up to 0.5 g of crude oil was efficiently digested using just 6 mL of 14.4 mol L-1 HNO3 (75 min, temperature up to 250 °C). MAWD-PDC was shown to be a suitable sample preparation method for subsequent determination of Mg, Sr and Pb concentration and their isotope ratios. On the other hand, the ASTM based method does not require any sophisticated equipment or the use of halogenated solvents. With this method up to 10 g of oil can be dissolved in toluene and filtered through a nylon membrane. Elements present as inorganic solids, such as Mg and Sr, are retained on the nylon membrane and can be easily recovered in water. However, Pb was not recovered using this method, possibly because this analyte is present in crude oil as organic complexes that are not retained on the membrane. Four isolation protocols using column chromatography were evaluated for Mg, Sr and Pb isolation from crude oil matrix. For Mg, isolation was successfully carried out using the cation exchange resin AG 50W-X8. The isolation of Sr and Pb was performed using a sequential isolation protocol relying on the use of the Sr-spec resin. Both isolation protocols were characterized by quantitative yields and matrix elements removal. No statistical difference was observed between the results for Mg and Sr isotope ratios obtained using both sample preparation methods (MAWD-PDC and solubilization). Thus, both sample preparation methods can be used for Mg and Sr isotopic analysis of crude oil. The Mg-Sr-Pb isotopic composition of the Brazilian crude oils evaluated in this work was within the range observed for seawater and the deposit bedrock. The methods developed in this work can be considered as promising tools to decipher the formation history of oil reservoirs.