Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie


•joVc Naam : M.I. Kayim Afstudeerrichting : HLO chemie Opleidingsinstelling: Noordelijke Hogeschool Leeuwarden Tesselschadestraat 12 8913 HB LEEUWARDEN Stagebedrijf

Stagebegeleider Stageperiode

: Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling Afdeling IMLO Maerlant 16 8224 AC LELYSTAD : H.L. Barreveld : Februari -juni 1998

Afstudeerverslag M. I. Kayim

Juni 1998


Samenvatting Vrijwel jaarlijks zijn duizenden met olie besmeurde zeevogels de zichtbare getuigen van de vele honderden olielozingen per jaar. Het opruimen van de geloosde olie brengt bovendien hoge kosten met zich mee. Zowel vanuit milieu als uit financieel oogpunt is het daarom zeer belangrijk dat het illegaal lozen van minerale olie niet ongestraft blijft. Het RIZA ondersteunt de opsporing van de dader door olievergelijkend onderzoek. De geloosde olie wordt dan vergeleken met olie afkomstig van een verdacht schip. Hierdoor kan de lozer aansprakelijk worden gesteld voor de schade. In rechtszaken van olielozingen wordt echter een steeds beter onderbouwde bewijsvoering gevraagd. Bij lozingen op de Noordzee wordt daarom volgens internationale richtlijnen niet alleen olieonderzoek met GC-F1D gedaan, maar daarnaast wordt de conclusie ondersteund door analyse met GC-MS, waarbij zogeheten biomarkers zichtbaar worden gemaakt. Het onderzoek dat is gedaan, had tot doel om de biomarkeranalyse te optimaliseren voor een gelijktijdige meting van zowel het FID- als het MS-signaal en verder om een kwaliteitscontrole op de analyse op te zetten. De Eurocrude database, een database die is opgezet door zes verschillende Europese laboratoria, waarin gegevens van verschillende ruwe olien staan, is beoordeeld volgens haar eigen kwaliteitseisen. Op verschillende punten bleek ze hieraan niet te voldoen. Hierdoor is twijfel omtrent de bruikbaarheid voor olie-identificatie ontstaan. Voor het onderzoek is geexperimenteerd met een GC met twee kolommen voor gelijktijdige meting van zowel het FID als het MS-signaal. Er werd gebruik gemaakt van de MSD HP 5972 omdat alleen deze gevoelig genoeg is voor biomarkeranalyse. Er is een temperatuurprogramma ontwikkeld waarbij beide signalen goed in beeld kunnen worden gebracht. De integratiemethode is geoptimaliseerd voor het nieuwe temperatuurprogramma. Verder is de clean-up procedure aan een kritisch onderzoek onderworpen. Er zijn verschillen aangetoond in piekverhoudingen, zowel met principale componentenanalyse als met de meer gebruikelijke vergelijkingsmethoden. De vraag blijft of deze verschillen zodanig zijn om de zeer wenselijke cleanup stap te vermijden bij de analyse. Het verschil in performance tussen het enkel- en dubbelkolomssysteem is bepaald door met beide systemen 7 maal een ruwe olie (Brent ruwe olie) te meten. De spreiding in de metingen ligt bij het dubbelkolomssysteem aanmerkelijk hoger dan bij het enkelkolomssysteem. De kwaliteitscontrole van de biomarkers is opgesteld, eerst volgens de Eurocrude richtlijnen en vervolgens is een eenvoudigere controle gei'ntroduceerd. Deze geeft een goed beeld van de kwaliteit van het chromatogram over het hele spectrum en voor verschillende massa's. De kwaliteitscontrole van het FID-signaal laat nog te wensen over. Bovendien zijn de resultaten van de verschillende metingen die tijdens dit onderzoek zijn verkregen met principale componentenanalyse vergeleken met de gegevens van de Eurocrude database. Daaruit blijkt dat met het dubbelkolomssysteem de resultaten overeenkomen met die van de laboratoria Neri, Denemarken en BSH in Duitsland. Om olie-identificatie met eigen gegevens mogelijk te maken, is het gegevensbestand met een twintigtal extra ruwe olien uitgebreid.

AfstudeerverslagMl. Kayim

2

Juni 1998


Inhoud 1. INLEIDING

4

1.1 ORGANISATIE RIZA

4

1.2 PROBLEEMSTELLING

4

1.3 DOELSTELLING

5

2. OLIE

6

2.1 OLIEANALYSE

7

2.1.1 Constatering 2.1.2 Monstername 2.1.3 Analyse 2.1.4 Interpretatie en rapportage 2.2 BIOMARKERS 2.2.1 Wat zijn biomarkers? 2.2.2 Waarom biomarkers?

7 7 7 8 9 9 10

2.3 INTERNATIONALE VOORSCHRIFTEN

11

3. INSTRUMENT

12

3.1 DE PTV-INJECTOR

12

3.2 MSD

12

4. PATROONVERGELIJKING MET PRINCIPALE COMPONENTEN ANALYSE

5. EUROCRUDE VOLGENS EUROCRUDE

14

16

5.1 HERGEBRUIK MEETGEGEVENS

16

5.2 CONTROLEKAARTEN VAN DE EUROCRUDE DATABASE

17

6. WERKWIJZE

19

6.1 TESTEN GEVOELIGHEID MSD

19

6.2 6.3 6.4 6.5 6.6

19 19 19 20 20

OPTIMALISEREN TEMPERATUURPROGRAMMA OPTIMALISEREN INTEGRATIEMETHODE TESTEN CLEAN-UP PROCEDURE DUBBELKOLOMSSYTEEM CONTROLEKAARTEN 6.7 RIZA VERSUS EUROCRUDE 6.8 UITBREIDING DATABASE

20 21

7. RESULTATEN EN DISCUSSIE 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

22

TESTEN GEVOELIGHEID MSD OPTIMALISEREN TEMPERATUURPROGRAMMA OPTIMALISEREN INTEGRATIEMETHODE TESTEN CLEAN-UP PROCEDURE DUBBELKOLOMSSYSTEEM

22 22 24 24 26

7.6 CONTROLEKAARTEN

27

7.6.1 Biomarkers (MSD) 7.6.2 n-alkanenslandaard (FID) 7.7 RIZA VERSUS EUROCRUDE

27 28 29

7.8 UITBREIDING DATABASE

29

8. CONCLUSIES

30

9. AANBEVELINGEN

31

10. LITERATUURVERWUZINGEN

32


3

Juni 1998


1. Inleiding 1.1 Organisatie RIZA Het Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en Afvalwaterbehandeling (RIZA) is een specialistische dienst van het Directoraat Generaal Rijkswaterstaat binnen het ministerie van Verkeer en Waterstaat. Andere specialistische diensten van Rijkswaterstaat zijn: • • • • •

Rijksinstituut voor Kust en Zee Meetkundige Dienst Dienst Weg- en Waterbouwkunde Adviesdienst Verkeer en Vervoer Bouwdienst Rijkswaterstaat

De specialistische diensten verlenen diensten aan de regionale directies van Rijkswaterstaat. Het RIZA heeft tot doel: "Het bevorderen van een maatschappelijk gewenste en duurzame waterhuishouding van de binnenwateren, welke de zorg omvat voor het op en in de bodem vrij aanwezige water, zulks met het oog op de vele belangen die daarbij in het geding zijn." De afdeling Informatie en Meettechnologie Laboratoria van het RIZA heeft een aantal onderafdelingen: • • • • • •

IMLA - Laboratorium voor anorganische analyse IMLB - Laboratorium voor biologische analyse IMLD - Laboratorium voor afvalwater Dordrecht IMLO - Laboratorium voor organische analyse IMLK - Kwaliteitszorg en interlaboratoriumonderzoeken IMLU - Inklaring en uitbesteding

Tijdens de afstudeerperiode was ik werkzaam op de afdeling IMLO. Op deze afdeling worden organische verbindingen in oppervlaktewater, zwevend stof, sediment en organismen bepaald met behulp van gaschromatografie en vloeistofchromatografie. Verder worden organische stoffen geYdentificeerd met behulp van massaspectrometrie (GC-MS en LC-MS). Bovendien is het olie-identificatie en vergelijkend olie-onderzoek een onderdeel van IMLO. De afstudeeropdracht is gedaan voor het vergelijkend olieonderzoek.[l] Opdrachtgevers voor het olieonderzoek zijn meestal de regionale directies, in het bijzonder de directie Noordzee en directie Zuid-Holland.

1.2 Probleemstelling De olieanalyse zoals die bij het RIZA wordt gedaan heeft tot doel om ondersteuning te bieden bij het aansprakelijk stellen van een olielozer. Bij de vergelijking van de olie, wordt gebruik gemaakt van unieke eigenschappen van elke olie. Iedere olie heeft als het ware een karakteristieke vingerafdruk. Hiermee kan worden aangegeven of de olie die is aangetroffen in een bepaald schip wel of geen significante verschillen vertoond met de olie die op oppervlaktewater is aangetroffen. Het RIZA biedt voor justitie olie-identificatie en olievergelijking met GC-FID aan voor alle zaken. Voor olieonderzoek van lichte olien als gasolie, smeerolie en parafine kan worden volstaan met GCFID onderzoek. Voor zware olien zoals stookolie en ruwe olie kan het GC-FID chromatogram ondersteund worden door GC-MS onderzoek. Lozingen op de Nederlandse binnenwateren zijn meestal beperkt tot de lichtere olien terwijl op de Noordzee ook zwaardere producten worden geloosd.

Afstudeerverslag Ml. Kayim

4

Juni 1998


Het onderzoek, in het kader van de afstudeeropdracht, werd gedaan voor de biomarkeranalyse. Dat een steeds belangrijker wordend onderdeel vormt van de totale olieanalyse. Biomarkers zijn karakteristieke in olie voorkomende, minder vluchtige componenten, die zichtbaar gemaakt kunnen worden met GC-MS. Bovendien is het zeer wenselijk om de biomarkeranalyse in 1999 aan STERLAB aan te kunnen bieden voor accreditatie. De normale olieanalyse met FID-detectie is al enkele jaren geaccrediteerd. Voor een STERLAB-accreditatie is het noodzakelijk een kwaliteitscontrole voor de biomarkers in te voeren.

1.3 Doelstelling De hoofdzaken van het onderzoek zijn: Bepalen of een andere GC-MS dan die tot nu toe voor biomarkeranalyse is gebruikt voldoende gevoelig is om biomarkeranalyse mogelijk te maken. Door middel van het analyseren van binnenkomende justitiele oliemonsters kennis maken met de huidige olieanalyse. Het ontwikkelen van een oventemperatuurprogramma dat voor beide analyses, voor zowel FID als MSD gebruikt kan worden. Het ontwikkelen van een kwaliteitscontrole door middel van controlekaarten voor biomarkers. De vergelijking van de verkregen resultaten met de Eurocrude database. Hierbij wordt gebruik gemaakt van principale componentenanalyse. Het testen van een monsteropwerking, die voor beide analyses gebruikt kan worden. Het vastleggen van de resultaten in een eindverslag.

Afstudeerverslag M.I. Kayim

5

Juni 1998


2. Olie Jaarlijks wordt er tussen de 10.000 en de 60.000 ton olie illegaal in de Noordzee gestort. Het merendeel van de olie komt in zee terecht bij het schoonspoelen van de tanks van tankers en het lozen van een mengsel van olie en water Olielozingen uit de machinekamers, de zogeheten bilge, dat ook vaak veront1000 reinigd is met olie. c '§

500

1

\m

Aa t

Mn y

3 §

k h 1L^k l\ • • 4n t**w

750

250

n a-

1

Is*

h

Oi

-

<J)

h

0>

-

c

-r-

Oi

o

a.

c

CO

Oi

o

c

U")

Oi

o

c

I"**

Oi

o

A

c

0>

Oi

o

o

i—

Oi

c

n

CO

Oi

Duizenden met olie besmeurde zeevogels op stranden zijn vrijwel elke winter weer de zichtbare getuigen van de lozingen. Een veelvoud aan olievogels bereikt echter nooit de kust, en ook andere zeeorganismen sterven massaal als gevolg van olieverontreiniging.

Figuur 1 Olielozingen gcconslateerd door vliegtuigen (onder) cn derden (boven)

De vervolging van lozers stelde tot voor kort nauwelijks iets voor. Ook de boetes zijn laag. Een schip dat op een olielozing betrapt wordt, krijgt een boete van gemiddeld 2000 gulden. Het schoonmaken van de tanks in de haven van Rotterdam kost gemiddeld 20.000 gulden. Lozen is dus lonend. In de vervolging van lozers is verbetering gekomen. In het geval van een lozing waarbij de dader onbekend is, komt het Justitieel Opsporingsteam Milieudelicten Noordzee in actie. Het opsporingsteam bestaat uit de officier van justitie, de politie, functionarissen van het Kustwachtcentrum, de douane, de directie Noordzee, het RIZA en anderen. De taak van het RIZA hierin is het vergelijken van oliepatronen en vaststellen of er significante verschillen zijn tussen de olie die op het oppervlaktewater is gevonden en de olie van een monster van een bepaald schip.[2] De oliepatronen die met GC-FID en/of GC-MS zichtbaar worden gemaakt komen van karakteristieke componenten. Ruwe olien bevatten een complexe mix van organische componenten, waarvan zo'n 75% koolwaterstoffen zijn. Deze bestaan uit naftenen: cyclopentanen en cyclohexanen. Hieronder vallen ook de pentacyclische moleculen. Verder bevat olie normale n-alkanen, de meest simpele onvertakte koolwaterstoffen, en vertakte alkanen, waarvan pristaan en phytaan het belangrijkst zijn (zie figuur 15 op pagina 28). Daarnaast bevat olie aromaten. De resterende 25% bestaat uit zuurstof-, stikstof- of zwavelhoudende componenten en organometalen die nikkel, vanadium, ijzer en koper bevatten. [3] De grootste olielozingen worden aangetroffen op zee. Op basis van de uitkomsten van olieonderzoek bij het RIZA kan worden gesteld dat ongeveer 80% van de op de Noordzee geloosde olie stookolie blijkt te zijn. Stookolie bevat meestal geen opvallende kenmerken waarmee de herkomst kan worden nagegaan. Diverse partijen worden vaak zodanig gemengd dat de olie voldoet aan de specificaties van een bepaald type scheepsmotor. Het merendeel van de oliezaken heeft echter te maken met lozingen in havens. Bij deze gevallen wordt de lozing vaak snel opgemerkt en bemonsterd. Het aantal in aanmerking komende mogelijke daders is beperkt. De kans om een verband te vinden tussen olielozing en dader is daarmee groot. Hoe gaat zo'n olieanalyse in zijn werk?


Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole

van de analyse van biomarkers in minerale olie

2.1 Olieanalyse Aan de hand van een olielozing die in maart 1998 bij Alphen a/d Rijn heeft plaatsgevonden, zal een kijkje worden gegund in de verschillende aspecten van de olieanalyse, zoals die bij het RIZA wordt gedaan.

2.1.1 Constatering Op 26-03-1998 wordt op een van de binnenwateren bij Alphen a/d Rijn een verontreiniging met een minerale olie over een afstand van 6 km geconstateerd. Door de verspreiding van de verontreiniging is het waarschijnlijk dat de verontreiniging is veroorzaakt door een varend schip. Er wordt een situatietekening gemaakt en er worden zoveel mogelijk gegevens genoteerd over de weersgesteldheid en de waargenomen verontreiniging.

2.1.2 Monstername Binnen twee uur na de lozing wordt een monster van de verontreinigde oppervlakte van het water genomen. Er wordt nagegaan welke schepen in aanmerking komen voor de lozing. Van 28-03-1998 tot 30-03-1998 worden in totaal vier schepen aangehouden: de 'prinses Juliana ', de 'Beatrix', de •prinses Margriet' en de 'Prins Willem-Alexander'. Er worden monsters genomen uit de bilge (een open kuip in de machinekamer) en de machinekamer. De 'Prins Willem-Alexander' heeft twee machinekamers en uit beide wordt een monster genomen. De gegevens van het schip alsmede de datum en tijd van monstername en de naam van de monsternemer worden genoteerd. De monsters moeten zodanig worden genomen, dat deze voor het juridische deel en voor het analytisch-chemische deel van het onderzoek naar overtredingen van de Wet Verontreiniging Oppervlaktewater (WVO) bruikbaar zijn. De monsters worden vervolgens verzegeld overgedragen aan het RIZA voor analyse. Over het algemeen kunnen monsters op verschillende manieren genomen worden. Veelal wordt een watermonster met zoveel mogelijk olie genomen, maar soms worden ook wel tissues met olie of zelfs met olie besmeurde zeevogels ter analyse aangeboden.

2.1.3 Analyse In principe is er nooit te weinig monster voor analyse. Als er sprake is van een zeer dunne oliefilm in het monster, wordt geextraheerd met dichloormethaan en dit wordt vervolgens ingedampt. In geval van deze monsters drijft er echter voldoende olie op het water en hoeft er niet geextraheerd te worden. Van de olielaag op het water in de glazen potten wordt met behulp van een Pasteurse pipet een beetje overgebracht in een kleine vial. Dit wordt aangevuld met dichloormethaan en gedroogd met Na2S04. Dit wordt vervolgens verder verdund en geanalyseerd met behulp van gaschromatografie met FIDdetectie Op de volgende pagina staan de 6 chromatogrammen die bij het onderzoek van de lozing bij Alphen a/d Rijn zijn verkregen. Monster 1 moet hierbij vergeleken worden met de overige vijf monsters. Bij olielozingen van lichte olieproducten is het niet noodzakelijk om de FID-chromatogrammen door een biomarkeronderzoek te ondersteunen. In het geval van lozingen zware olien op zee wordt dit wel gedaan, volgens de eisen van het verdrag van Bonn.

De namen zijn veranderd.


'

Juni 1998


Jrv .. Monster I Oppervlaktewater

Monster 3 'Beatrix'

,

*•

•^ '

_ —• •, — ' '"

'••

-Z=Z

Monster 2 "Prinses Juliana"

Monster 4 'Prins Willem-Alexander' Voorste machinekamer

Monster 5 'Prins Willem-Alexander" Achterste machinekamer

Monster 6 'Prinses Margriet'

2.1.4 Interpretatie en rapportage Van de verschillende oliemonsters wordt op basis van het FID-signaal vastgesteld om wat voor soort olie het gaat. De verschillende soorten olie als smeerolie, stookolie en gasolie, hebben elk hun karakteristieke patroon (zie voor karakteristieke chromatogrammen bijlage 3). Verder wordt nader vastgesteld of de olie op het water werkelijk overeenkomt met het oliemonster van een bepaald schip. In dit geval is het duidelijk dat de olie afkomstig is van de achterste machinekamer van de 'Prins Willem-Alexander'. Bepaalde piekverhoudingen worden echter nog gecontroleerd om definitief vast te stellen of er geen significante verschillen zijn. Alleen verschillen die ver-

Afstudeerverslag

M.I. Kayim

Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie band houden met verwering worden geaccepteerd. Er wordt niet gesproken over waarschijnlijk, zeer waarschijnlijk etc. Alleen de term 'significant verschillend' wordt gehanteerd. In het geval van een lozing van een ruwe olie, kan bovendien op basis van karakteristieke biomarkerpatronen worden vastgesteld om welke ruwe olie het gaat. Dit is mogelijk door vergelijking met een database waarin informatie over zo'n 250 verschillende ruwe olien is opgenomen, die zijn aangedragen door 6 verschillende laboratoria.

2.2 Biomarkers 2.2.1 Wat zijn biomarkers? Ruwe olien bevatten karakteristieke, onderscheidende kenmerken. Er zijn wereldwijd bijna geen twee oliebronnen waar zich exact dezelfde vormingsprocessen hebben voorgedaan. Vooral de stoffen die sinds de vorming van de olie maar weinig in structuur zijn veranderd geven veel relevante informatie. Dergelijke stoffen worden ook wel biomarkers of moleculaire fossielen genoemd. Meestal ontstaan ze uit oxidatie en reductie van een verbinding uit de levende organismen. [5] Een goed voorbeeld hiervan zijn de triterpanen. De pentacyclische triterpanen worden ook wel hopanen genoemd. Ze worden gevormd uit een stof die voorkomt in de celwanden van bacterien, namelijk tetrahydro-bacteriohopaan. Normaal is deze stof gebonden aan andere verbindingen. Na afsterven en sedimenteren van het organisme komt de stof echter vrij en zal gedeeltelijk worden geoxideerd tot het sediment zuurstofloos wordt. De hopaan wordt dan Figuur 2 Tetrahydro-bacteriohopaan | 4 | gereduceerd in het afbraakstadium waarin het zich bevindt. Chemisch gezien bevriest het proces voor deze stoffen en zijn ze miljoenen jaren later als moleculaire fossielen in de olie terug te vinden. Dit is bijvoorbeeld te zien aan de homohopanen, de verschillende afbraakstadia van tetrahydro-bacteriohopaan, in het chroma togram waarin de hopanen te zien zijn (ook wel hopanogram genoemd). Het wordt gemeten op massa 191. Voor de verschillende Figuur 3 Hopaan ruwe olien ontstaat een karakteristiek patroon (zie bijlage 4) 3500 -

OH

OH

OH

OH

H'.j..j.-ir.

Homohopaneri

A-~^JUA~^WA_A_ S00 r*ne-*

5400

5600

5803

Figuur 4 Het hopanogram van een Brent ruwe olie

Andere voorbeelden van biomarkers zijn steranen. Dit zijn stoffen met een cholesterol-achtige structuur die worden gemeten op massa 217. De vergelijking van chromatogrammen van biomarkers zijn met name gebaseerd op de overeenkomsten of verschillen in de patronen van de hopanen en steranen. [6]


Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie Biomarkers worden met FID-detectie echter gemaskeerd door een veelheid van andere koolwaterstoffen. Ze worden daarom geanalyseerd met GC-MS-SIM (selected ion monitoring). In bijlage 1 staan de massa's waarop volgens de Eurocrude richtlijnen wordt gemeten.[7]

2.2.2 Waarom biomarkers? Al tiental len jaren worden onder andere triterpanen en steranen (zie bijlage 2) door geochemici gebruikt om aardolie te identificeren. Later werden ze gebruikt door de milieuchemici om de bron van geloosde olie op te sporen. De analyse van biomarkercomponenten biedt een aantal mogelijkheden. Identificatie De triterpanen en steranen zijn vrij uniek voor ruwe olien (zie bijlage 4) en stookolien. De patronen van biomarkers in het algemeen zijn verschillend van olie tot olie. Daarom zijn ze belangrijk bij het identificeren van de oliebron.[8] Hiermee kan ook worden vastgesteld of oliebronnen met elkaar verbonden zijn. Hierbij wordt zoals vermeld, gebruik gemaakt van gegevens van verschillende ruwe olien die eerder zijn gemeten door andere laboratoria (Eurocrude) of uit een zelf aangelegde database. Verwering Een van de kritische stappen bij de identificatie procedure is de beslissing of een bepaald verschil in het chromatogram wel of niet kan worden toegeschreven aan verwering. De totale samenstelling van olie kan in relatief korte tijd veranderen en daardoor onherkenbaar worden. Verwering kan worden onderverdeeld in een aantal processen: Verdamping zorgt ervoor dat de laagkokende componenten uit het monster worden verwijderd. De volgende twee chromatogrammen maken dit duidelijk.

10OO0 -

5000 -

rime-> 0.00

> J, *A U .J i >*-W*Jj > , » . . - . JJJjjLLUkLU 1000

MOO

30.00

- • — i — 40.00

50 00

60 00

•Vttjndanc<*j 3500 3000 2500

L__aJ-><**^

2000 A

iiJJjJa^—-

1500 -

Tme-> 0.00

1000

30.00

40 00

SOM

H 77

Figuur 5 Onverweerde ruwe olie (boven) en dezeirde olie die enige tijd op de Noordzee dreef (onder)

Er zijn computerprogramma's ontwikkeld die het theoretische verloop van de verdamping berekenen.[9] Andere vormen van verwering zijn biodegradatie en contaminatie. Biodegradatie, afbraak door bacterien, verwijdert hoofdzakelijk de onvertakte koolwaterstoffen en in een later stadium de vertakte verzadigde koolwaterstoffen. Contaminatie voegt in tegenstelling tot de andere verweringsprocessen componenten aan de olie toe. De meeste contaminanten zullen alleen bij het GC-FIDchromatogram verschijnen en niet met de GC-MS.


10

Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie Biomarkers zijn minder onderhevig aan verwering, omdat ze veelal een vertakte structuur hebben. Bovendien worden ze met GC-MS-SIM gemeten zodat het minder waarschijnlijk is dat contaminatie wordt gedetecteerd.

2.3 Internationale voorschriften Bij de olieanalyse moet men zich om juridische redenen houden aan de internationale voorschriften. Internationaal dient men zich bij de olieanalyse te houden aan de richtlijnen van hoofdstuk 30 van The Bonn Agreement. Hierin wordt nauwkeurig omschreven wat de voorschriften zijn bij monstername, er worden richtlijnen gegeven voor de analyse en er wordt informatie verstrekt over de verwering van olie op zee. Voor het olie-identificerende onderzoek zijn geautomatiseerde databases voor chromatogrammen van olien opgezet. De Europese standaard voor olie-identificatie is de Eurocrudedatabase. Deze bevat biomarkerchromatogrammen van meer dan 250 verschillende ruwe olien. Op basis van een aantal specifieke biomarkers, waaronder triterpanen, hopanen, steranen, methylfenanthrenen en methyl-dibenzothiofenen kan een voor de olie uniek record in de database worden gezet. Hoewel de naam anders doet vermoeden, wordt de database inmiddels ook in de Verenigde Staten, Canada, Australia, Nieuw Zeeland en zelfs in Singapore gebruikt. Bovendien is Australia bezig een database van ruwe olien op te zetten met GC-MS-MS data. Het voordeel hiervan zou zijn dat de juiste identiteit van iedere component wordt vastgesteld.[10] Om de internationale vergelijking van chromatogrammen te vergemakkelijken, heeft ook Eurocrude richtlijnen gegeven voor de olieanalyse. Hierin staat het voor het opstellen van de database gebruikte temperatuurprogramma en suggesties voor de te gebruiken kolommen. Tot nu toe werden de richtlijnen ongewijzigd gebruikt bij de biomarkeranalyse door het RIZA.

A/studeerverslag M.I. Kayim

11

Juni 1998



3. Instrument Er wordt gebruik gemaakt van een gaschromatograaf (HP 5890) met PTV injector en EPC (Electronic Pressure Control) met FID- en MSD-detectie (HP 5972).

3.1 De PTV-injector Bij de injectie wordt gebruik gemaakt van een 'Programmable Temperture Vaporation'-injector. Bij een normale injectie wordt direct op de kolom geinjecteerd. Bij veelvuldige injectie van oliemonsters zou de kolom zeer snel vervuild raken vanwege de zware verbindingen als teer en asfaltenen die olie bevat. Bij de PTV-injector vindt de injectie plaats op de liner, een glazen buisje met vigreux, een interne diameter van 1 mm en een lengte van 93 mm. In de injector is de liner omgeven door een verwarmingsspiraal. De verwarming is programmeerbaar en biedt de mogelijkheid om 'koud' te injecteren tussen 30°C en I50°C en na de injectie te verwarmen met een snelheid varierend van 0,5 C/s tot maximaal 12 C/s. ' euur

Aan de onderkant van de liner zitten de uiteinden van twee kolommen, die hierop aangesloten zijn door middel van een divider. De divider maakt het mogelijk dat twee signalen tegelijk verkregen kunnen worden: het FID-signaal en het MSD-signaal.

3.2 MSD De Massa Selectieve Detector Ionenbron De ionisatiemethode bij de HP 5972 is een electron impact. De ionenbron heeft de vorm van een cilinder. Hieraan zitten de andere delen van de ionenbron vast. FUiment Het te ioniseren gas komt in de ionenbron. De filamenten worden verhit door een elektrische stroom en de uitgezonden elektronen gaan de ionisatiekamer Ekktionueh* laru binnen. Een kleine permanente magneet focusseert de elektronenstroom. De repeller vormt een wand in de ionisatiekamer. De molecuR>p*u>r len van het monster ioniseren door botsing met de uitgezonden elektronen. De positieve lading van de repeller stuwt de positieve fragmenten door een serie elektronische lenzen.

Afstudeerverslag

M.I. Kayim

12

Juni 1998



Analysator De uittreespleet zit voor het quadrupool massafilter. Dit bestaat uit vier evenwijdig opgestelde staven, waarvan twee positief en twee negatief geladen zijn. De spanning die tussen deze elektroden wordt aangelegd, bestaat uit een gelijkspanning en een wisselspanning. Onder invloed van de wisselspanning komen de ionen die parallel aan de elektroden in de analysator worden geschoten, in een golfbeweging. Met de MSD kan op twee verschillende manieren gemeten worden. Er kan een full-scan massaspectrum worden opgenomen waarbij de wisselspanning zodanig wordt gevarieerd zodat elke massa door de quadrupool heen komt. Elk ion wordt dan kort gemeten zodat de gevoeligheid laag is. Voor de biomarkeranalyse wordt echter gebruik gemaakt van de mogelijkheid om alleen geselecteerde ionen te meten (SIM = Selected Ion Monitoring). Alleen de massa's die voor de analyse interessant zijn, worden gemeten en dit resulteert in een hogere gevoeligheid dan full-scan. Detector De elektronen multipicator (EM) heeft een hoge negatieve potentiaal, die de positieve monsterionen aantrekt. De ionen botsen tegen de binnenkant van de hoorn en maken secundaire elektronen vrij. Deze gaan als een waterval door de hoorn terwijl er steeds meer elektronen worden vrijgemaakt. De elektronenstroom veroorzaakt een elektrisch signaal dat evenredig is aan het aantal ionen. Voor de dataverwerking werd gebruik gemaakt van ChemStation Versie A. 03.00.[11]


13

Juni 1998



4. Patroonvergelijking met principale componenten analyse Een onderdeel van de chemometrie dat voor sommige laboratoria, zoals die in de levensmiddelenchemie, bijzonder interessant is, is principale componentenanalyse (PCA). Ook in de identificatie van ruwe olien veel wordt PCA internationaal veel gebruikt. PCA kan worden toegepast om drie belangrijke aspecten van een datamatrix te achterhalen: 1. afwijkende monsters en metingen 2. relaties tussen monsters 3. relatie tussen variabelen Principale componenten analyse is een multivariate data-analyse. In een spreadsheet staan in de kolommen de variabelen en in de rijen de verschillende objecten. Een grote hoeveelheid data kan worden gecomprimeerd door alleen de statistische gegevens van de dataset te vermelden. De hoeveelheid variabelen wordt gereduceerd door projectie op de lijn PCI. De lijn PCI wordt zodanig berekend dat de som van de kwadraten van de loodrechte afstanden van alle datapunten Aj tot de lijn minimaal is, terwijl de som van de kwadraten van de afstanden van de projecties van de punten op de lijn tot het zwaartepunt maximaal is.

De zo ontstane PC 1 -lijn gaat door het zwaartepunt en heeft een zodanige richting dat de spreiding van de punten langs de lijn maximaal en de spreiding van de punten ten opzichte van de lijn minimaal is. Bij PC-2 is dit juist andersom. Op overeenkomstige wijze kan een driedimensionale dataset worden getransformeerd met 3 principale componenten. Elke principale component beschrijft een afzonderlijke bijdrage van een soms onbekende factor aan de totale variantie van een dataset. Bij grote aantallen variabelen, wordt het aantal principale componenten meestal kleiner gekozen dan het aantal oorspronkelijke variabelen. Principale componenten zijn dus lineaire combinaties van de oorspronkelijke variabelen. Voor de berekening van principale componenten hoeven geen aannames te worden gemaakt over de structuur van de dataset. Het zijn abstracte variabelen.[12]

Afstudeerverslag

M.I. Kayim

14

Juni 1998



Om de zogenaamde scoreplots van de in dit rapport onderzochte gegevens zichtbaar te maken is gebruik gemaakt van het programma EIN*SIGHT. De gegevens moeten hiervoor opgeslagen worden als een *.wks file (lotus) en kunnen vervolgens met PCA worden geanalyseerd. Op deze manier kan visueel eenvoudig worden vastgesteld hoeveel clusters gegevens er zijn of welke metingen afwijken van anderen. In dit onderzoek is PCA gebruikt om de afwijkingen in de meetresultaten te detecteren.


15

Juni 1998



5. Eurocrude volgens Eurocrude De Eurocrude database bevat gegevens van een groot aantal ruwe olien, die zijn geanalyseerd door verschillende laboratoria. Ze heeft als doel een hulp te zijn bij het identificeren van onbekende ruwe olien. Gegevens over piekoppervlakten van verschillende olien kunnen worden vergeleken met gegevens van de onbekende olie. Hiervoor is een zoekprogramma ontworpen waar de gegevens van de onbekende olie kunnen worden ingevoerd; de database vermeld dan de best passende olie die in de database voorkomt. Eurocrude heeft zelf richtlijnen gegeven waaraan de biomarkeranalyse zou moeten voldoen. De Eurocrude database is daarom getoetst aan haar eigen kwaliteitseisen: Eurocrude volgens Eurocrude. De volgende zes laboratoria hebben meegewerkt aan de totstandkoming van deze database. • Belgie, Vlaamse milieumaatschappij, Gent • Denemarken, Neri, Roskilde • Duitsland, BSH, Hamburg • Noorwegen, IKU, Trondheim • Portugal, Instituto Hidrografico, Lissabon • Schotland, IOE, Edinburgh Iedere soort ruwe olie is in duplo gemeten en een Brent standaard is geanalyseerd voor en na de twee ruwe olien. De volgorde in iedere reeks is dus: 1. Brent A 2. Ruwe olie 1 3. Ruwe olie 1 4. Brent B

5. 6. 7. 8.

Brent C Ruwe olie 2 Ruwe olie 2 Brent D

Er wordt aangeraden voor iedere injectie een nieuwe vial te gebruiken. Volgens het Eurocrude voorschrift mag Brent C ook Brent B zijn, zonder nieuwe injectie. In totaal zijn voor ieder monster 56 pieken gei'ntegreerd en de piekoppervlaktes zijn ingevoerd in de database.

5.1 Hergebruik meetgegevens De Eurocrude database is aan een nauwkeurig onderzoek onderworpen. Hieruit bleek onder andere dat de meeste laboratoria in tegenstelling tot de voorschriften gegevens van een enkele injectie verscheidene keren hebben gebruikt alsof het aparte injecties waren. Alle verschillende waarden zijn daarom geteld en vergeleken met de totale hoeveelheid Brents in de database.


16

Juni 1998


Laboratorium


Totale hoeveelheid Brents

Verschillende Brents

240 199 98 235 311 222

Belgie, Vlaamse milieumaatschappij, Gent Denemarken. Neri. Roskilde Duitsland. BSH. Hamburg Noorwegen, IKU, Trondheim Portugal, Instituto Hidrografico, Lissabon Schotland, IOE, Edinburgh

Hergebruik

60 44 93 38 58 111

4 5 1 6 5 2

Met uitzondering van BSH en IOE zijn alle deelnemende laboratoria in dit opzicht afgeweken van de voorschriften. Een meting volgens Eurocrude-voorschriften duurt 75 minuten en er wordt dan ook een fikse tijdwinst geboekt door hergebruik van meetresultaten.

5.2 Controlekaarten van de Eurocrude database Van de complete database zijn per laboratorium controlekaarten gemaakt van de in de database gebruikte Brent standaarden. Hiertoe zijn de meetgegevens gesorteerd met oplopende piekoppervlakten, alle dubbele waarden zijn verwijderd, de piekoppervlakten zijn genormaliseerd volgens voorschrift en uitgezet in controlekaarten. De 10%-grenzen zijn vastgesteld op basis van het gemiddelde van alle in de controlekaart opgenomen waarden. Omdat niet alle metingen op de controlekaart pasten, zijn in alle gevallen de eerste 34 metingen in de kaart uitgezet. Voor de meeste laboratoria geldt dat er sprake is van verscheidende niveaus in de controlekaart. Het schijnt dat de piekverhoudingen binnen een of enkele reeksen redelijk constant blijven, maar tussen de reeksen een niveauverschil is.

P r i s t a a n , Vlaamse m i l i e u m a a t s c h a p p i j

-•—x -15% -10% - gemidd. + 10% +15%

2.25

Figuur 7 Controlekaart van de eerste 33 metingen van de Vlaamse milieumaatschappij van Pristaan uit Brent

Ten overvloede wordt nog opgemerkt dat de metingen zijn gesorteerd met oplopende piekoppervlakten. Dit heeft geen gevolgen voor de overschrijding van grenzen, omdat gewerkt is met het gemiddelde van de totale hoeveelheid metingen. De controlekaart van Pristaan van de Vlaamse milieumaat-


17

Juni 1998



schappij vormt geen uitzondering. Vrijwel alle controlekaarten van de deelnemende laboratoria vallen regelmatig buiten de 10 en 15%-grenzen. Terwijl volgens de 'Parameters for the crude oil analysis' bij het opzetten van controlekaarten de grens van 10% van het gemiddelde niet overschreden mag worden, zegt het 'Final Report' van September 1995 hierover: It was decided that data from oils should not be included into the databank when in one of the Brent control charts the limit of+/- 2s was exceeded. In this case action should be taken, for example instrument cleaning and tuning, and the analysis of the oil should be repeated until the results are again within the limits re/. [13] Hierbij wordt onduidelijkheid geschapen omtrent de aan te houden grenzen. Als in plaats van de 10%-grens de 2s-grens wordt aangehouden bij de controlekaarten van de verschillende laboratoria, blijken de meeste waarden inderdaad binnen de +/- 2s-grenzen te blijven. Het is echter beslist niet zo dat alle Brent standaarden die gebruikt zijn bij de database binnen deze grenzen blijven. Er zijn een groot aantal metingen opgenomen in de database terwijl er sprake was van een onbeheerste kwaliteit. Door een vorig onderzoek is onder andere met behulp van principale componentenanalyse aangetoond dat de resultaten van IKU, uit Noorwegen sterk afweken van de rest van de gegevens. De conclusie was dat de Eurocrude database niet zorgvuldig zou zijn opgezet [13]. Nu is bovendien aangetoond dat niet alle deelnemende laboratoria zich hebben gehouden aan de richtlijnen die in hun rapport staan. Bovendien blijkt uit de controlekaarten die per laboratorium zijn opgesteld dat de gegevens uit de database niet aan de kwaliteitseisen voldoen. Over de betrouwbaarheid van identificatie van ruwe olien met behulp van de Eurocrude database is daarom twijfel ontstaan.


18

Juni 1998



6. Werkwijze Voor de monsteropwerking wordt 0,60 mg (5-6 druppels) ruwe olie opgelost in 10 ml dichloormethaan. Dit wordt 10 minuten in een ultrasoon bad gezet. Bij de clean-up wordt met een injectiespuit 0,5 ml verdunde ruwe olie (0,60 mg Brent/10 ml DCM) op een silica-kolommetje (Bakerbond spe™, 3 ml) gebracht. Dit wordt door het kolommetje geperst door met een pipetteerballon druk uit te oefenen. Vervolgens wordt met een injectiespuit 1,0 ml dichloormethaan op het kolommetje gebracht en ook dit wordt met de pipetteerballon over het kolommetje geleid. Het eluaat wordt opgevangen in een kleine vial en kan worden gemeten.

6.1 Testen gevoeligheid MSD Er is onderzoek gedaan naar de gevoeligheid van de twee op de afdeling IMLO aanwezige GCMSD's, namelijk de HP 5970 en de HP 5972. De HP 5970 is tien jaar ouder dan de HP 5972. Het heeft bovendien een groter compartiment dat onder vacuum staat. Er is gekeken of de gevoeligheid voldoende is om biomarkerpatronen te onderzoeken. Een vorig onderzoek aan biomarkeranalyse is gedaan op de HP 5972, maar de olieanalyse werd tot nu toe verricht met de GC-FID behorend bij het andere instrument. Met een dubbelkolomssysteem op beide instrumenten is onder vergelijkbare omstandigheden een ruwe olie, Oman, gemeten en de twee verkregen chromatogrammen zijn met elkaar vergeleken.

6.2 Optimaliseren temperatuurprogramma Voor de olieanalyse met FID en de biomarkeranalyse werden aparte oventemperatuurprogramma's gevolgd. De divider maakt het mogelijk twee kolommen op de injectie te koppelen. Het doel van dit onderzoek is om een oventemperatuurprogramma te ontwikkelen dat voor beide analyses kan worden gebruikt. Voor het te volgen oventemperatuurprogramma is geprobeerd een middenweg te vinden tussen de richtlijnen zoals die in het verdrag van Bonn staan omschreven voor de normale olieanalyse en de beproefde Eurocrude methode.

6.3 Optimaliseren integratiemethode Om controlekaarten bij te kunnen houden, is het noodzakelijk dat de componenten op dezelfde wijze worden geintegreerd. De problemen die zich eventueel kunnen voordoen zijn opgespoord.

6.4 Testen clean-up procedure Voor de beide analyses is de monsteropwerking verschillend. Het belangrijkste verschil is dat bij de biomarkeranalyse gebruik wordt gemaakt van een clean-up procedure. Hierdoor is het mogelijk om een monster met een hoge concentratie te injecteren zonder de liner snel te vervuilen. Het is daarom bijzonder wenselijk om een clean-up stap in de analyse op te nemen. Voor dit experiment werden 7 monsters Brent met clean-up opgewerkt volgens de hierboven beschreven procedure en in 7 andere vials werd 0,5 ml verdunde ruwe olie gebracht en hieraan werd 1,0 ml dichloormethaan toegevoegd. De monsters werden om en om gemeten. De twaalf componenten waarop de controlekaarten zijn gebaseerd werden „ geselecteerd en genormaliseerd volgens de standaard procedure. Voor het FID signaal F. Silica kolom zijn een aantal alkanen genormaliseerd. De resultaten van zowel FID als MS werden ge-


19

Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie analyseerd volgens principale componentenanalyse. Van twee monsters werd een tweede fractie van 1,0 ml genomen van het silica-kolommetje om na te gaan of alle componenten in de eerste fractie waren geelueerd. Bovendien werden een aantal piekverhoudingen van het FID-chromatogram met clean-up vergeleken met die zonder clean-up met het gemiddelde en standaarddeviatie.

6.5 Dubbelkolomssyteem Om het dubbelkolomssysteem te vergelijken met een enkelkolomssysteem, zijn 7 Brent ruwe olien met het enkel- en 7 met het dubbelkolomssysteem gemeten. De gegevens zijn geanalyseerd met behulp van onder andere controlekaarten en principale componentenanalyse. 6.6 Controlekaarten Om veranderingen aan het meetinstrument of andere fouten te detecteren, worden controlekaarten van de Brent standaarden bijgehouden. De piekverhoudingen waarop de controlekaarten zijn gebaseerd, staan goed omschreven in het Eurocrude voorschrift. Er wordt gekeken naar piekoppervlakten van 12 componenten uit de Brent, die worden opgenomen met selected ion monitoring: Component C17, Pristaan l)\l\]

MDB1 MP1,MP2 MPY1.MPY2 Sl PENT1,PENT6 AS1

Ion ( i n / )

113 156 198 192 216 217 191 231

De ruwe olie (Brent) werd in alle gevallen opgewerkt met clean-up, zoals staat omschreven in de werkwijze. Alle piekoppervlakten worden genormaliseerd naar (dat wil zeggen gedeeld door) het gemiddelde van de oppervlakten van alle 12 pieken, met uitzondering van Sl, PENT1 en AS1, deze worden genormaliseerd naar PENT6. De genormaliseerde oppervlakten mogen niet meer dan 10% van het gemiddelde afwijken. 6.7 RIZA versus Eurocrude Om een idee te krijgen hoe de metingen met de huidige meetmethoden van het RIZA in verhouding staan met andere laboratoria, zijn genormaliseerde piekoppervlakten in een database gezet met de gegevens van de Eurocrude database. Deze data zijn vervolgens onderzocht met principale componentenanalyse. Van de complete Eurocrude database zijn de Brent-olien geselecteerd en de in de database genoemde piekoppervlakten zijn genormaliseerd volgens de Eurocrude voorschriften. Er wordt een spreadsheet gemaakt waarbij in de kolommen de verschillende componenten (variabelen) en in de rijen de verschillende laboratoria (objecten) staan. Dit is vervolgens met het programma EIN*SIGHT geanalyseerd.


20

Juni 1998



Daar het gebruikte programma EIN*SIGHT enige beperkingen heeft, kan maar een beperkte hoeveelheid gegevens worden ingevoerd. Er is daarom gewerkt met de genormaliseerde gegevens van de 12 componenten die ook in de controlekaarten worden uitgezet (zie § 6.6). Bovendien zijn van alle laboratoria maximaal 100 metingen in de vergelijking opgenomen, omdat het programma niet meer gegevens kan verwerken. 6.8 Uitbreiding database De database die het RIZA op het gebied van ruwe olie heeft, bestaat uit verscheidene Noordzeeolien en andere olien: 1. Kotter

2. 3. 4. 5.

Logger Hoorn Brega Angus crude

6. Venezuelaanseolie 7. Danish NSCO 8. Arabian light 9. Kirkuk lO.Oseberg

11. Basrah 12.Oman 13.Cheleken 14.Statfjord

Door een pakket aan monsters van verschillende ruwe olien verstrekt door Exxon Research & Engineering, is de mogelijkheid ontstaan om de eigen database uit te breiden met gegevens van 20 verschillende ruwe olien. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Whole crude oil Dubai crude oil Flotta crude oil Iranian Heavy crude oil Forties crude oil Gulfaks C crude oil Oman crude oil

8. Tuna Platform crude oil 9. Qatar crude oil 10. Kuwait Light Whole crude oil 11 .Arabian Medium crude oil 12.Stafford Fresh crude oil 13.Venezuelan crude oil

14.Skikdiacrude oil 15.Syrian Light crude oil 16.Alberta Sweet Mix Blend 17.Conroe crude oil 18.Piper crude oil 19.0sberg crude oil (fresh) 20. Arabian Light crude oil

Een aantal van deze ruwe olien was al in de database opgenomen. Deze 20 zijn echter gemeten met het nieuwe temperatuurprogramma, wat vergelijking eenvoudiger maakt.


21

Juni 1998


7. Resultaten en discussie 7.1 Testen gevoeligheid MSD Om de gevoeligheid van twee op de afdeling IMLO aanwezige MSD's te testen is een ruwe olie, Oman, opgewerkt en zowel met de HP 5970 als met de HP 5972 gemeten. Belangrijk in het olievergelijkend onderzoek op basis van biomarkers, zijn de hopanen. Hieronder staan details van de twee hopanogrammen. UMncMnca 10000 -

W4lL«-vJ i —

rme~> «0.00

t

— i — . — . — . — | —

45.00

5000

55.00

60.00

65.00

7500

Figuur 9 Hopanogram van Oman IIP 5970

NMKMIC*

*V**aa

a—

•ooo

trw--= »0SK

Figuur 10 Hopanogram van Oman HP 5972

Afgezien van het feit dat de retentietijden wat zijn verschoven vanwege het feit dat het instrument met de HP 5972 is uitgerust met EPC, is er duidelijk meer ruis bij de HP 5970. Als de gemiddelde mis wordt gemeten vanaf 70 minuten en dit wordt gedeeld door de hoogte van hopaan, is duidelijk dat de signaal/ruisverhouding van de HP 5972 ongeveer drie maal zo is hoog als die van de HP5970. Er is gekozen om voor het biomarkeronderzoek te werken met de HP 5972. Dit is een nieuwer type en de gevoeligheid van de HP 5970 is zoals figuur 9 aantoont, onvoldoende om een olievergelijkend onderzoek op basis van biomarkerpatronen te verrichten.

7.2 Optimaliseren temperatuurprogramma Voor het optimaliseren van het temperatuurprogramma waarbij zowel het FID-signaal als het MSsignaal kan worden opgenomen werd uitgegaan van de richtlijnen zoals die in het verdrag van Bonn


22

Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie staan omschreven en de geteste methode voor het opnemen van het MS-signaal volgens de Eurocrude richtlijnen. Richtlijnen volgens het verdrag van Bonn: Initial temperature (°C) -

Initial time (min) -

Rate (°C/min) 4-8

Final temperature (°C) tenminste 280

Final time (min) -

Total time (min) -

Tot nu toe werd voor de olieanalyse (methode olie.m) een 'rate' van 10 C/min gebruikt met een 'final temperature' van 325°C. Hiermee werd afgeweken van het Bonn-voorschrift om zo snel mogelijk een chromatogram te verkrijgen in het geval van een spoedmonster. Dit had echter geen gevolgen voor de scheiding van belangrijke componenten. Belangrijk is bijvoorbeeld dat de componenten C17 en pristaan en CI8 en phytaan gescheiden zijn tot op de basislijn (zie figuur 15 op bladzijde 28). De gegevens van de componenten pristaan en phytaan zijn namelijk van essentieel belang in het olie vergelijkend onderzoek. Met een 'rate' van 10 C/min waren deze componenten nog steeds basislijn gescheiden. Voor justitieel onderzoek waarbij men volgens internationale voorschriften zegt te werken, zou het echter beter zijn de richtlijn van 4-8 C/min te hanteren. Richtlijnen volgens Eurocrude: Initial temperature (°C) 50

Initial time (min) 1

Rate ( C/min) 6

Final temperature (°C) 300

Final time (min) 33

Total time (min) 75

Deze richtlijnen zijn opgesteld om gegevens van ruwe olien makkelijker met elkaar te vergelijken. Bij het opstellen van de Eurocrude database is dit programma gehanteerd. Het Eurocrude temperatuurprogramma (methode eucrude2.m) is getest en tot nu toe zonder aanpassingen gebruikt voor de analyse van biomarkers. Terloops zij vermeld dat ook de bruikbaarheid van deze database is getest. Dit gaf echter nog de nodige problemen.[14, 15] Uit de experimenten met verschillende temperatuurprogramma's die uitgingen van het Eurocrudeprogramma is gebleken dat de 'final temperature' minimaal 325 C moet zijn om met FID de component C44 uit de oliestandaard te detecteren. De 'rate' van 6 °C/min valt keurig binnen de door het verdrag van Bonn gestelde grenzen. Verder is ten opzichte van de richtlijnen volgens Eurocrude alleen de 'final temperature' verhoogd en de 'final time' is vastgesteld op basis van de retentietijd van C44. Het te volgen temperatuurprogramma wordt hiermee: Initial temperature (°C) 50

Initial time (min) 1

Rate ( C/min) 6

Final temperature (°C) 325

Final time (min) 20

Total time (min) 66

Door de verandering van de 'final temperature', wijkt het nieuwe temperatuurprogramma (methode biolie.m) vanaf 42,6 minuten af van het tot nu toe gebruikte Eurocrude programma. Vanaf die retentietijd is het chromatogram als een harmonica in elkaar gedrukt en opzichte van metingen met het Eurocrude temperatuurprogramma. Piekoppervlakten zullen echter gelijk blijven. Bij vergelijking met piekoppervlakteverhoudingen zullen daarom verder geen problemen te verwachten zijn. Bovendien


23

Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie wordt de eigen database uitgebreid met 20 verschillende ruwe olien, waardoor er een vergelijking met eigen gegevens kan worden toegepast. Bij het nieuwe temperatuurprogramma lijkt de piekhoogte van C44 wat te zijn ingezakt ten opzichte van de n-alkanenstandaarden die gemeten zijn met de methode olie.m. Dit is toe te schrijven aan het feit dat nu een lagere 'rate' wordt gebruikt, en de component daarom langer op de kolom blijft. Hierdoor wordt de component als het ware uitgesmeerd over de kolom, waardoor een lagere piekhoogte ontstaat. Een voordeel is wel dat door de lagere 'rate' en de met EPC uitgeruste gaschromatograaf, de C8 van de oplosmiddelpiek gescheiden is.

7.3 Optimaliseren integratiemethode De verhoging van de 'final temperature' heeft tot gevolg dat de basislijn vanaf 43 minuten wat wordt verhoogd ten opzichte van de resultaten verkregen met de methode eucrude2.m. Hierdoor waren de integratieresultaten met de gebruikelijke instellingen met de ChemStation Integrator in eerste instantie niet optimaal. Deze zijn aangepast. De huidige instellingen staan in bijlage 1. Een van de componenten die worden gei'ntegreerd voor de controlekaarten is methylpyreen (MPY). Hoewel MPY uit MPY1 en MPY2 bestaat, staat bij de te integreren componenten alleen de omschrijving MPY. Er is daarom besloten tijdens het onderzoek beide componenten op te nemen in de controlekaarten. De retentietijden van beide componenten liggen dicht bij elkaar en er moet daarom meer dan gewone aandacht worden besteed om te controleren of deze componenten goed zijn gei'ntegreerd. Wanneer de retentietijden en piekoppervlakten worden ge-'update' wordt MPY2 niet als zodanig herkend. De retentietijd zal dan met de hand ingevoerd moeten worden. De integratie van de methylpyrenen levert daarom nog problemen op. Het telkens opnieuw invoeren van de twee retentietijden is onpraktisch. Bovendien heeft een verkeerde integratie gevolgen voor alle controlekaarten, omdat de piekoppervlakten worden bepaald ten opzichte van de gemiddelde piekoppervlakte van alle componenten, waaronder MPY.

7.4 Testen clean-up procedure Bij een vorig onderzoek aan het effect van de clean-up procedure op het MS-signaal, is door middel van directe vergelijking van piekoppervlakken op basis van spreiding en terugwinning aangetoond dat de clean-up stap zonder meer opgenomen kan worden in de monsteropwerking. Op het dubbelkolomssysteem is deze meting herhaald om dit te onderzoeken voor het FID signaal. •

•

CLEAN:PCA:SCO • un* •aajakr

W , pilar

ci

* zondar

'" M

;

i

\

i

T

...« i

j

u?

IM

•!-•:-•• !--***!•'

•j

•M

?

,*»* ' iM

u u r o .i"c.rt:sr.n

!

3T

ail

PC 1

:

-e.»

-zsr

3.n

PC 1

...rw..

TST

I iguur 11 PCA 'zonder1 cn 'met' clean-up voor MSD (I) en FID (r)


24

Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie Bij analyse van de resultaten met behulp van principale componentenanalyse werd duidelijk dat de resultaten van de verschillend opgewerkte monsters voor zowel MS als FID duidelijk van elkaar verschillen. De 'wolk' van metingen zonder clean-up is duidelijk gescheiden van die met clean-up. De tweede fractie die van de silica-kolommetjes is genomen bevatte geen van de componenten die volgens Eurocrude gemeten moeten worden. Dit betekent dat alle componenten met 1,0 ml DCM worden geelueerd of dat de rest niet geelueerd kan worden. In het FID-chromatogram zijn verschillen in bepaalde piekverhoudingen waargenomen. Hieronder is de gemiddelde piekverhouding met de standaarddeviatie van de zeven metingen zichtbaar gemaakt. Verschil piekverhoudingen met en zonder clean-up 2.50

200

i

1 50

-ill

Dzonder Dmet

1.00

0.50

0.00 C10/C20

Pristaan/ Phytaan

C20/C25

C13/C18

C17/C22

C12/C17

Figuur 12 Gemiddelde van de piekverhoudingen in een FID chromatogram na 7 metingen met cn zonder clean-up

Met name het verschil in de piekverhouding en standaarddeviatie van het Pristaan/Phytaan is opmerkelijk. De verhouding Pristaan/Phytaan is namelijk een belangrijk gegeven bij de vergelijking en identificatie van minerale olie. Hieronder staan de resultaten van de in het programma STATCAL uitgevoerde t-toets. Dit geeft aan of twee series met een betrouwbaarheid van 95% significant verschillend zijn of niet. CI0/C20 verschillend

Pr/Ph verschillend

C20/C25 IC13/C18 niet verschillend | niet verschillend

C17/C22 verschillend

C12/C17 niet verschillend

Drie van de zes willekeurig gekozen piekverhoudingen verschillen significant wanneer er wel of geen clean-up heeft plaats gevonden. Hieronder is hetzelfde weergegeven voor enkele pieken van de GC-MS gegevens.


25

Juni 1998


Verschil piekverhoudingen meten zonder clean-up

O 00 <0

^—^———————^-^—

1

il

4

nn

2

1 i PEMT6/S1

C17/C18

MP1/PENT1

Pristaan/

DM41/

Phytaan

MDB1

B zonder • met

H MP2/AS1

Figuur 13 Gemiddelde van de piekverhoudingen in een GC-MS chromatogram na 7 metingen met en zonder clean-up

MPI/PENTI |Pr Ph I AIM \1DBI MP2 AS I C17.-CI8 PENT6/S1 niet verschillend niet verschillend niet verschillend |verschillend verschillend verschillend Ook hier zijn drie van de zes onderzochte piekverhoudingen verschillend wanneer ze wel of geen clean-up hebben gehad.

7.5 Dubbelkolomssysteem De standaarddeviaties van de genormaliseerde resultaten van 7 metingen met het enkelkolomssysteem zijn vergeleken met die van 7 metingen met het dubbelkolomssysteem, die kort na elkaar zijn gemeten. ENKDUB:PCA:SCO

8.281

; • enk»1. , ,~-'enkel--

'

'

il

'••

Bij analyse met behulp van principale componentenanalyse blijkt dat de metingen met een kolom in het diagram gescheiden zijn van de metingen met het dubbelkolomssysteem.

; * CIIKCI;

• enkel

8.18-

N 8.88-

•

r

«

-r
Voor bijna alle componenten geldt dat de standaarddeviaties van de metingen met .(..dubbehel....; {.. -8.18het dubbelkolomssysteem hoger zijn dat • . dubbel die met het enkelkolomssysteem (zie fit •• J r I ii i— guur 14). Het significante verschil wordt -8.28 —1— •f 1— bevestigd door Students t-toets (zie bijla6.88 5.98 6.18 6.28 ge 7). Er is geen reden om aan te nemen PC 1 dat de verdelingen van het monster over de twee verschillende kolommen zou varieren per injectie en daardoor een hogere spreiding zou geven in de signalen. Bovendien zijn hierboven de standaarddeviaties uitgezet van de genormaliseerde signalen. De resultaten zijn dus op basis van piekoppervlakteverhoudingen. .jhjbbel j, • aObbei :

AfsludeerverslagMl. Kayim

j

j.

26

Juni 1998


Standaarddeviaties enkelkolomssysteem t.o.v. dubbelkolomssysteem

108%

105%

94%

26%

40%

33% 16%

22%

r—i

33%

n_nL 0

co Q

0-

CL

5

>:

a.

(/>

LU 0-

Figuur 14 Standaarddeviatie enkelkolomssysteem als percentage van die van het dubbelkolomssysteem

Bovendien is er geen verband met het kookpunt van de componenten: zowel de standaarddeviatie van een hoogkokende component zoals PENT6 als de laagstkokende component in deze reeks: DMN1 zijn aanzienlijk lager bij het enkelkolomssysteem. Voor het verschil in de spreiding bij een dubbel- en een enkelkolomssysteem is vooralsnog geen reden gevonden.

7.6 Controlekaarten Om een goed beeld te krijgen van de spreiding die te verwachten is bij het opzetten van een controlekaart voor de biomarkeranalyse, is een groot aantal metingen gedaan.

7.6.1 Biomarkers (MSD) Voor de controlekaarten van de Brent standaarden geldt dat ze hun doel dienen. De spreiding van de tot nu toe opgenomen standaarden zijn redelijk. Bij de uitbijters was sprake van een verkeerde integratie of vervuiling van het systeem (liner). De verdeling van de metingen ligt echter niet rond het gemiddelde. In bijlage 5 is de controlekaart van PENT6 opgenomen. Hierin is te zien dat de eerste 19 metingen achterelkaar onder het gemiddelde liggen en de volgende 10 metingen boven het gemiddelde. Bij het RIZA wordt als norm voor onbeheerste kwaliteit genomen dat het waarnemingsresultaat twaalf of meer keer na elkaar groter dan of gelijk aan het gemiddelde of twaalf of meer keer na elkaar kleiner dan of gelijk aan het gemiddelde' is.[16] Daarmee zou er bij deze metingen sprake zijn van een onbeheerste kwaliteit. Dit zijn echter richtlijnen die gelden voor een kwantitatieve analyse. Voor een kwalitatieve analyse zoals de oliebepaling is het eerder gunstig dat de verhoudingen constant blijven. De opzet van de kwaliteitscontrole volgens Eurocrude is doeltreffend, maar in de praktijk moeilijk te gebruiken. Als van twaalf componenten controlekaarten worden bijgehouden, is niet duidelijk welke kaart de doorslag geeft om actie te ondernemen. Er moet daarom gezocht worden naar een kleiner aantal duidelijke controlekaarten, die een goed beeld geven van de kwaliteit van de metingen over het hele spectrum en bovendien de verhouding van componenten die met verschillende massa's worden gemeten laat zien. Een van de mogelijkheden zou zijn om de verhoudingen DMN1/MP2, PENT6/S1 en AS1/MDB1 bij te houden. Hieronder staat een overzicht van de gegevens van deze componenten:


27

Juni 1998


Component DMN1 MP2 PENT6 Sl AS1 MDB1

Massa 156 192 191 217 231 IMS

Retentietijd 20.38 29.92 46.74 40.79 44.86 29.10

Hiermee worden gegevens van 6 verschillende massa's over het gehele spectrum in beeld gebracht. De meetpunten zijn niet van zoveel verschillende factoren afhankelijk, zodat veranderingen niet kunnen worden gemaskeerd door het gemiddelde. Dit wordt ook duidelijk aan de hand van de in bijlage 5 opgenomen voorbeelden. De uitbijter van meting 15 in de controlekaart PENT6/SI was in de Eurocrude controlekaarten niet opgemerkt. Ook de metingen buiten 2s van AS1/MDB1 worden nu zichtbaar. De invloed van het vervangen van de liner is te zien bij meting 20 van DMN1/MP2. Toch blijven de meetresultaten redelijk binnen de vastgestelde grenzen.

7.6.2 n-alkanenstandaard (FID) Het systeem wordt voor de FID detectie gecontroleerd door bij iedere meting twee of meer standaarden op te nemen in de reeks. De n-alkanenstandaard bevat de alkanen C8-C30, C32, C34, C36, C38, C40 en C44 alsmede de componenten pristaan en phytaan. De verhoudingen C10/C20, C30/C20 en C40/C20 worden uitgezet in een controlekaart

Figuur 15 FID-chromatogram van de n-alkanenstandaard

In het bijhouden van de kwaliteit van de FID metingen zijn enige wijzigingen aangebracht. Tot nu toe werden controlekaarten op papier bijgehouden. Dit vereist veel handwerk. Daarom worden controlekaarten bijgehouden in Microsoft Excel. Bovendien werd om het gemiddelde en standaarddeviatie te bepalen, in een reeks een serie van tien n-alkanenstandaarden gemeten. Dit gaf een wat gepolijst beeld van de spreiding in de metingen. Daarom wordt aangeraden om de standaarden als aparte metingen op te nemen in plaats van een reeks, zodat een realistischer beeld ontstaat van de spreiding van de metingen. Verder is bij wijze van experiment bij de nieuwe methode overgestapt op het vergelijken van piekoppervlaktes in plaats van piekhoogteverhoudingen. Bij de methode olie.m wordt de kwaliteit nog met piekhoogteverhoudingen gemeten. Bij de FID resultaten van de n-alkanenstandaard is de spreiding van een reeks van 10 metingen te vergelijken met die van het enkelkolomssysteem. In tegenstelling tot de biomarkers, is de standaarddeviatie van recente metingen gelijk aan die van de oude controlekaarten. Er worden echter af en toe metingen buiten 2s geconstateerd die geen duidelijk aanwijsbare oorzaak hebben, zoals het vervuild


28

Juni 1998



zijn van de liner of lekkage in het systeem. Het is niet duidelijk of dit toegeschreven kan worden aan het invoeren van het dubbelkolomssysteem. Na het invoeren van de alternatieve methode om twee signalen tegelijk op te nemen, zijn er in totaal drie controlekaarten bij te houden: de kwaliteit van de methode olie.m (FID), de nieuwe methode biolie.m (FID) en de biomarkers (MS). Bij een verandering in het systeem zou daarom de kwaliteit van alle drie methoden gecontroleerd moeten worden. Om te voorkomen dat het overzicht verloren gaat, zou de olieanalyse van oppervlaktewater op de Nederlandse binnenwateren, waarbij geen biomarkers hoeven worden opgenomen, ook met de nieuwe methode te analyseren.

7.7 RIZA versus Eurocrude De resultaten van het PCA onderzoek zijn opgenomen in bijlage 6. Hierbij is, zoals in § 5.2 is vermeld, te zien dat IKU uit Noorwegen afwijkt van de andere metingen. Bovendien vallen de resultaten van de biomarkeranalyse van het RIZA binnen de 'wolk' van de overige 5 laboratoria. De resultaten komen het meest overeen met die van BSH uit Duitsland en NERI uit Denemarken. Dit was ook het geval bij de metingen met een enkelkolomssysteem.[13]Dit gegeven is belangrijk bij gebruikmaking van de Eurocrude database bij de identificatie van onbekende ruwe olien. De vergelijking van andere laboratoria met PCA is al een keer eerder uitgevoerd, toen bleek echter een 'wolk' van RIZA-resultaten buiten de rest te vallen. De resultaten van de gemeten Brents zijn echter opnieuw en allemaal met dezelfde instellingen gei'ntegreerd en vervolgens weer geanalyseerd met behulp van PCA en dat gaf het resultaat zoals weergegeven in bijlage 6. Hiermee is een controle gedaan met andere laboratoria. De biomarkeranalyse zoals die bij het RIZA wordt uitgevoerd, nu met een dubbelkolomssysteem en een ten opzichte van Eurocrude wat gewijzigd temperatuurprogramma, ligt goed binnen de spreiding van de resultaten van 6 andere laboratoria in Europa.

7.8 Uitbreiding database De in § 6.8 genoemde ruwe olien zijn gemeten en kunnen worden gebruikt ten behoeve van olieidentificatie.

A/studeerverslag M.I. Kayim

29

Juni 1998


8. Conclusies •

De database van gegevens van ruwe olien, die door Eurocrude is opgezet voldoet niet aan haar eigen kwaliteitseisen. De gegevens van een enkele meting zijn verscheidene keren gebruikt. Ook de controlekaarten die van de database zijn gemaakt voldoen niet aan de eisen. De database wordt hierdoor onbetrouwbaar voor olie-identificatie.

• Alleen de HP 5972 MSD is gevoelig genoeg om de biomarkeranalyse uit te voeren. De signaal/ruisverhouding is drie maal zo hoog als die van de HP 5970. •

Het nieuwe temperatuurprogramma (methode biolie.m) voldoet beter aan de richtlijnen van het verdrag van Bonn. Bovendien komen de biomarkers goed gescheiden in beeld. Het is daarom geschikt om tegelijkertijd het FID- en het MS-signaal op te nemen.

•

De resultaten van de metingen met de clean-up procedure zijn, wanneer ze met PCA wordt onderzocht afwijkend van die zonder clean-up. Vergelijkingen met Sudents t-toets bevestigen dit voor de helft van de onderzochte piekverhoudingen van zowel FID- als MSD-chromatogrammen. In vergelijking met andere laboratoria zijn de RIZA-controlekaarten volgens Eurocrude van de biomarkeranalyse goed. Omdat er verhoudingen van 12 componenten worden bijgehouden, is de kwaliteitscontrole volgens Eurocrude onpraktisch. Een alternatieve kwaliteitscontrole waarbij de verhoudingen DMN1/MP2, PENT6/S1 en AS1/MDB1 worden bijgehouden is eenvoudiger en doeltreffend.

•

De kwaliteitscontrole van het FID-signaal met de n-alkanenstandaard, geeft nog reden tot bezorgdheid. Er worden af en toe metingen buiten 2s geconstateerd zonder duidelijk aanwijsbare oorzaak. Als deze overschrijdingen blijven aanhouden, zou dit reden zijn om terug te keren naar een enkelkolomssysteem.

•

De resultaten die tijdens het onderzoek zijn verkregen komen volgens onderzoek met principale componentenanalyse goed overeen met andere laboratoria waarvan de gegevens in de Eurocrude database staan.

Afstudeerverslag M.l. Kayim

30

Juni 1998


9. Aanbevelingen •

Voor de kwaliteitscontrole zouden nu drie controlekaarten bijgehouden moeten worden, namelijk die van de n-alkanenstandaarden die opgenomen worden met de methode olie.m (FID), de Brents die worden gemeten met de methode biolie.m (MS) en de n-alkanenstandaarden die opgenomen worden met de methode biolie.m (FID). Dit is onpraktisch. Gezien het feit dat de huidige methode olie.m niet in overeenstemming is met het verdrag van Bonn, is het beter om volledig over te stappen naar de methode biolie.m. Er zou een aparte methode aangemaakt kunnen worden met hetzelfde temperatuurprogramma, maar zonder dat de MS-gegevens worden opgenomen, zodat er minder beslag wordt gelegd op de beschikbare geheugencapaciteit.

• Volgens Eurocrude worden controlekaarten van 12 componenten bijgehouden. Dit komt de overzichtelijkheid niet ten goede. Het zou daarom beter zijn controlekaarten van de verhoudingen DMN1/MP2, PENT6/S1 en AS1/MDB1 bij te houden. •

Er zal meer dan gewone aandacht moeten worden besteed aan het verloop van de kwaliteitscontrole van het FID-signaal met de n-alkanenstandaard.

• Gezien het aanbod van oliemonsters afkomstig van de Nederlandse binnenwater is het van belang om de analysemethode te testen (of aan te passen) voor de meting van biomarkers in gasolie. Gasolie bevat namelijk nauwelijks steranen en triterpanen.


31

Juni 1998



10. Literatuurverwijzingen 1 Kwaliteitshandboek van afdeling Laboratoria IML van RIZA 2 http://www.waterland.net/interwad/algemeen/eco0727.htm 3 Butt. J. A. e.a., Characterization of spilled oil samples, 1986, p. 44-50 4 The Biomarker Catalogue, Chiron laboratories, June 1993, p. 101-102 5 Tegelaar, E.W. e.a., Possible origin of n-alkanes in high-wax crude oils. Nature, 30 november 1989, vol 342 p.529 6 http://www.main.com/~pra/webhand.htm (Biomarker Handbook) 7 Barreveld, H.L., De analyse van olieverontreinigingen, februari 1998 8 Wang, Z., Fingas, M., Differentiation of the source of spilled oil and monitoring of the oil weathering process using gas chromatography - mass spectrometry. Journal of Chromatography A. 712, p. 321-343, 1995 9 Spieksma, W., Modellering van olievlekverdamping met gaschromatografte, Fugas, 1995 10 Australia claims major advance in oil fingerprinting, Oil spill intelligence report, 16 April 1998 11 HP 5972A MSD Hardware Manual, 1994 12 Putten, A. van, Chemometrie versie 2.0, Hoofdstuk 6 Principale componenten, Hogeschool Drenthe 13 European Crude Oil Identification System, Final Report, September 1995, p. 13 14 Ekkelenkamp, I, Kwalitatief olieonderzoek met biomarkers m.b.v. GC/MS, RIZA Werkdocument 97.107X, 1997 15 EUROCRUDE, Parameters for the crude analysis, oil Hamburg, May 1995 § 1.2 16 Invulformulier I 8101.001.002, versie 1, RIZA hoofdafdeling IM.


32

Juni 1998


Overzicht van de bijlagen Bijlage 1:

Apparatuur en instellingen

Bijlage 2:

Structuren van de belangrijkste biomarkers

Bijlage 3:

Karakteristieke FID-chromatogrammen voor gasolie, smeerolie en stookolie

Bijlage 4:

'Hopanogrammen' van verschillende ruwe olien

Bijlage 5:

Voorbeelden van een controlekaart volgens Eurocrude en drie alternatieve controlekaarten

Bijlage 6:

Scoreplots van de Eurocrude database samen met de metingen van RIZA

Bijlage 7:

Resultaten metingen met enkel- en dubbelkolomssysteem


33

Juni 1998

Bijlage 1 Apparatuur en instellingen Gaschromatograaf Massaspectrometer Injector Autosampler Ovenprogramma Injectie Dragergas Temp.prog. PTV-injector Kolom 1 (FID) Kolom 2 (MS)

Hewlett Packard 5890 series II Plus Hewlett Packard 5972 Gerstel PTV-injectie met Controller 505 Finnigan MAT A200S autosampler 50°C, lmin, 6°C/min -» 350°C, 20 min (total time 66 min) Splitless, lul Helium 0 sec 60°C, 8°C/s -> 300°C CP-Sil 5 CB, 10 m, interne diameter 0,25 mm, fiimdikte 0,40 \xm : HP Ultra 2, 25 m, interne diameter 0,2 mm. fiimdikte 0,33 urn

Ingestelde massa's voor SIM-meting Groep Massa Dwell time (ms) 5-37 min. 113 50 183 50 166 50 156 50 170 50 184 50 192 50 198 50 206 50 208 50 212 50 216 50 220 50 226 50 35-66 113 50 177 100 183 50 191 100 205 100 217 100 218 100 216 50 231 100 234 100 Instellingen integratie Event Initial Area Reject Initial Peak Width Shoulder Detection Initial Treshold Baseline All Valleys ON Baseline All Valleys OFF


Value 0 0.040 OFF 9.0

Cycles/second

1.2

1,0

Time Initial Initial Initial Initial 40.000 65.000

34

Juni 1998

Bijlage 2 Structuren van de belangrijkste biomarkers Groep Alkanen Isoalkanen

(Basis)structuurformule

Componenten C17 C18 PRISTAN PHYTAN

Fluoreen

FLUOREN

Alkylnaftalenen

DMN1 DMN2 TMN TetMN MP1 MP2 MP3 MP4 DMP TMP1 TMP2 TetMP MAnt

Fenantrenen

Methylantraceen

Dibenzothiofenen

Benzonaftothiofeen

DBT MDBI MDB2 MDB3 DMDB1 DMDB2 DMDB3 TMDB BNT

Methylpyreen

MPY1 MPY2

Steranen

Sl S2 S3 S4 S5


35

Juni 1998

Bijlage 2

Tricyclische terpanen

S6 S7 S8 S9 TRI1 TRI2 TR13 TRI4 TRI5

Triaromatische steranen

AR_S1 AR_S2 AR_S3 AR S4

Pentacyclische triterpanen

PENT1 PENT2 PENT3 PENT4 PENT5 PENT6 PENT7 PENT8 PENT6a


36

Juni 1998

Bijlage 3 Karakteristieke FID-chromatogrammen voor gasolie, smeerolie en stookolie

1

J^' 500

1000

1500

2000

10OO

1SM

20O0

Figuur I Gasolie iM*JonM 140000 A 130000 120000 A 110000 IOOOOO A 90000 -

aoooo 70000 A 60000 -

soooo •oooo 30000 20000 A 10000 -

500

Figuur 2 Smeerolie

rw

pro

500

1000

Figuur 3 Stookolie


37

Juni 1998

Bijlage 4 'Hopanogrammen' van verschillende ruwe olien lOundoncM 4000 -

I Kuwait Whole crude oil

2 Dubai crude oil

3 Flotta crude oil


38

Juni 1998

Bijlage 4

aiundmca MX SOX -

4000 -

3000 -

2000 -

^ A _

1000 -

-i

1

'

r-

44 00 |,;.,. ., 4 Iranian Heavy crude oil

"I

1 r46 00

-i

1

r-

5 Forties crude oil ttunhnc* 2500-

2000-

, 1S00 -

LJ L J J\J^~~s

UAA~—'

1000-

500rme->

4400

'I6JX

H/JlIiUJUus jUvw^/VA

I

48 00

1

50 CO

i

•

•

•

•

i

52.00

6 Qatar crude oil


39

Juni 1998

Bijlage 5

Voorbeelden van een controlekaart volgens Eurocrude en drie alternatieve controlekaarten

PENT6 0.50

0.45

* \

= §

—•—x -3s -2s - gemidd.

* ••*-• *

0.40

t

+2s

>

+3s

0.35 0.30

10

15

20

25

30

35

Entry Figuur 1 PENT6 volgens Eurocrude

DMN1/MP2 8.50 8.00

—•—x

Oi 7 . 5 0

-3s

-O1

7.00

-2s

% u

6.50

gemidd.

g

6.00

C

- -

-+2s + 3s

5.50 5.00

10

15

20

25

30

35

Entry

Figuur 2


40

Juni 1998

Bijlage 5

PENT6/S1 14.30 12.30 10.30 oc I

8.30

•*v***

••**•

a

6.30

1

J

I l\

-3s -2s

[<S+S^

gemidd.

a * ~ V*

+ 2s + 3s

4.30 2.30 0.30

) 1

5

10

15

20

25

30

35

Entry

Figuur 3

AS1/MDB1 0.46 0.44 0.42 .E 0 . 4 0

1

0.38

t >

0.36

•

^ /V V

v

g%

J *

w

V

<\

-3s

X^Y^r*** w /

-2s gemidd. + 2s

0.34 0.32 0.30

-+3s ()

5

10

15

20

25

30

35

Entry

Figuur 4


41

Juni 1998

Bijlage 6 Scoreplots van de Eurocrude database samen met de metingen van RIZA 3ELIJN:PCr,:SC0

3ELIJN:PCA:SC0 NERI.DEH -BSH-GERril

-e.i-

i

K:

I <•BSH^GERM i

*mum 1

N

I

• BSH-GERM

\» "EB trtfBrie'iVoE'M

\"

; . «FNEWJ«BSH-O£B*I* "CB'-^K.

-e.3-

—irtSBM—1 •

DJ7ft'

i MEB&K6hKR• MZft

-e.5-

y

• RER

• : w **E« ; •'r,nzm'\ i ! 1 r"*r .i...:.^^..i*™.i i I \ I I . RIZR

RHR ..-.flEfl.j.

8SH

raBMBSH-0ERt1

-e.7-

iM


PC 1

75T

42

T48

Jun* /99«

Bijlage 7 Resultaten metingen met enkel- en dubbelkolomssysteem Dubbelkolomssysteem C17

Pristaan

1

1.316

2

DMN1

MDB1

MP1

MP2

MPY1

PENT6

PENT1 AS1

S1

2.838

5.088

0.655

0.567

0.689

0 071

0.380

0.143

0.118

0.651

1.373

2.989

5.362

0.053

0.592

0.717

0.076

0404

0.137

0 162

0.645

3

1.282

2.795

5.121

0.670

0.580

0.704

0.073

0.386

0079

0.149

0.654

4

1.281

2 837

5.052

0.670

0.578

0.699

0.073

0.384

0.164

0.150

0.675

5

1.303

2.876

5.030

0.662

0.554

0.693

0.070

0.380

0.185

0.166

0.656

6

1.309

2885

4969

0 674

0546

0.706

0 073

0 398

0.187

0.156

0640

7

1.296

2.839

5.070

0.642

0.570

0.693

0 072

0.392

0.164

0.160

0.640

Enkelkolomssysteem Pristaan

C17 8

1 342

2.942

DMN1 4.738

MDB1

MP1

MP2

0.604

0.672

MPY1

0.739

PENT6

S1

PENT1 AS1

0.081

0.420

0.180

0.150

0.648

0.195

0.151

0.677

9

1 332

2932

4 705

0.681

0.602

0.742

0.081

0.414

10

1.351

2.964

4.673

0.667

0 597

0.741

0.079

0.416

0.197

0.155

0.670

11

1 322

2.975

4.696

0.662

0.603

0732

0.082

0.418

0.187

0.160

0.662

12

1.360

2.965

4.701

0.669

0.597

0.729

0.079

0424

0.197

0.158

0.639

13

1 357

2.942

4.774

0662

0.590

0.711

0.077

0.415

0.203

0.152

0.658

14

1.353

2.968

4.721

0.656

0.594

0.730

0.078

0.423

0.200

0.144

0.660

stdev dubbelkolom

0.0314

0.0618

01256

00526

0.0158

0.0097

0.0021

0.0093

0.0370

0.0161 0.0120

stdev enkelkolom

0.0141

0.0163

0.0328

0.0082

0.0052

0.0105

0.0019

0.0037

0.0081

0.0053 0.0127

45%

26%

26%

16%

33%

108%

94%

40%

22%

33%

105%

2%

1%

0%

33%

0%

0%

0%

0%

2%

84%

27%

enkel/dubbel

t-toets

De waarde van de t-toets geeft de betrouwbaarheid aan waarmee gezegd kan worden dat de gegevens uit dezelfde serie afkomstig zijn.


43

Juni 1998

Optimalisatie en kwaliteitscontrole van de analyse van biomarkers in minerale olie

Recommend Documents