JP6813834B6 - Methods and Programs to Approximately Identify the Molecular Structure of Multicomponent Mixtures (CSA2) - Google Patents
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Description
本発明は、コンピュータを用いて、多成分系混合物を構成する各成分の分子構造を特定する方法に関する。さらには、多成分混合物の組成モデルを決定する方法に関する。また、それらの方法を実行させるためのプログラムに関する。 The present invention relates to a method of identifying the molecular structure of each component constituting a multi-component mixture using a computer. Furthermore, it relates to a method of determining a composition model of a multi-component mixture. It also relates to a program for executing those methods.
石油精製に関する諸装置の運転においては、通常、比重や粘度、蒸留性状(沸点)というような全体を捉えた物理的性状に基づいて原料油を分析し、過去の類似のデータを持つ油種における運転実績を参考にして運転条件を決めるという手法がとられている。
しかるに、この手法では、現在のように輸入原油種が多様化する時代にあっては、類似する過去のデータを探すことは容易ではなく、さらに運転効率の向上という面から、単純に過去の運転実績を踏襲すればよいというものではなくなっている。
そこで、比重や粘度、蒸留性状というような一括りにした観点で捉えるのではなく、石油を構成している炭化水素分子というレベルでその化学構造や存在割合を把握し、それにより得られた推定物性値等の知見に基づいて運転条件を設定することができれば、より客観性に基づいた効率的な運転ができると考えられてきた。そのため、石油業界においては、石油を分子レベルで把握する技術の出現が待ち望まれてきた。
ところが、石油というものは、膨大数の炭化水素分子からなる混合物であり、特に重質油において、かかる分子の一つ一つについて、化学構造を特定し、それらの存在割合をも特定するというのは、非常に困難なことであった。
In the operation of various equipment related to petroleum refining, raw material oils are usually analyzed based on overall physical properties such as specific gravity, viscosity, and distillation properties (boiling point), and in oil types with similar past data. A method is adopted in which the operating conditions are determined with reference to the operating results.
However, with this method, it is not easy to search for similar past data in an era where imported crude oil types are diversifying as it is now, and from the viewpoint of improving operating efficiency, past operation is simply performed. It is no longer just a matter of following the achievements.
Therefore, instead of grasping from a collective viewpoint such as specific gravity, viscosity, and distillation properties, we grasped the chemical structure and abundance ratio at the level of hydrocarbon molecules that make up petroleum, and estimated it. It has been considered that if the operating conditions can be set based on the knowledge of the physical property values and the like, efficient operation based on more objectivity can be performed. Therefore, in the petroleum industry, the emergence of technology for grasping petroleum at the molecular level has been awaited.
However, petroleum is a mixture of a huge number of hydrocarbon molecules, and especially in heavy oil, the chemical structure of each of these molecules is specified, and the abundance ratio of each of them is also specified. Was very difficult.
これまで、石油を分子レベルで分析し化学構造を解析するにあたっては、高分解能質量分析装置であるフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式による質量分析計を用いて高精度に分子量を計測する技術が用いられてきた。例えば、特許文献1又は特許文献2に記載された方法である。
特に、特許文献2には、石油を構成している分子をアルゴン等に衝突させることにより、分子における架橋部分を切断して構成しているコア部分に分解し、それらの化学構造を求め、そののちにそれらを組み合わせて元の分子を再構築するという分子構造の推定方法が記載されている。
Until now, when analyzing petroleum at the molecular level and analyzing its chemical structure, a technique for measuring the molecular weight with high accuracy using a mass spectrometer based on the Fourier transform ion cyclotron resonance method, which is a high-resolution mass spectrometer, has been used. It was. For example, it is the method described in Patent Document 1 or Patent Document 2.
In particular, in Patent Document 2, by colliding the molecules constituting petroleum with argon or the like, the crosslinked portions of the molecules are cut and decomposed into core portions composed of them, and their chemical structures are obtained. A method for estimating the molecular structure is described later, in which they are combined to reconstruct the original molecule.
しかしながら、特許文献2に記載の方法は、コアや架橋、側鎖という分子を形成するパーツについて、どのパーツとどのパーツを選択し、組み合わせて分子を構築するかは、確率に基づいて決定されるというものである。それゆえ、ある質量分析データをもとにして、同じ工程にて成分の分子構造の構築作業を行ったとしても、得られる結果は、構築作業の都度、異なるものとなってしまっていたが、これは、分子構造の構築に「確率」という概念を用いる限り避けられないことであった。即ち、特許文献2に記載の方法では、得られる結果の一定性、再現性が担保されず、「装置の運転安定性が確保できない」という致命的な欠陥があった。
従来技術では、分子構造を構築するための系統だった理論及び工夫を案出することができなかったため、確率論という、いわば不確実性が本質的に付きまとう考え方を容認し、用いざるを得なかったのである。即ち、数十万種以上という膨大な種類の数の炭化水素分子の混合物である石油という特殊な対象において、個々の分子の構造及び存在割合を特定するという目的に対し、これを達成できる有効な理論を組み立てることができず、「確率論」を持ち込む以外、取り得る方法がなかったというのが実情であった。
However, in the method described in Patent Document 2, it is determined based on the probability which part and which part are selected and combined to construct the molecule for the parts forming the molecule such as core, crosslink, and side chain. That is. Therefore, even if the molecular structure of the components was constructed in the same process based on a certain mass spectrometric data, the obtained results would be different for each construction work. This was unavoidable as long as the concept of "probability" was used to construct the molecular structure. That is, the method described in Patent Document 2 has a fatal defect that the constantness and reproducibility of the obtained results are not guaranteed and "the operational stability of the apparatus cannot be ensured".
In the prior art, it was not possible to devise a systematic theory and ingenuity for constructing a molecular structure, so we had to accept and use the idea of probability theory, which is inherently uncertain. It was. That is, it is effective for the purpose of specifying the structure and abundance ratio of individual molecules in the special object of petroleum, which is a mixture of a huge number of hydrocarbon molecules of hundreds of thousands or more. The reality was that the theory could not be constructed and there was no other way than to bring in "probability theory".
本発明は、かかる状況下においてなされたものであり、コンピュータを用いて多成分混合物を構成する各成分の分子構造を一定の確実さを以て特定する方法を提供することを目的とするものである。また、多成分混合物の組成モデルを決定する方法を提供すること、また、これらの方法を実行させるためのプログラムを提供することを目的とするものである。
さらには、上記の方法により特定された、多成分混合物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合に基づいて、多成分混合物の物性値を推定する方法を提供すること、かかる方法により推定された多成分混合物の物性値に基づいて、運転条件を設定することを特徴とする多成分混合物、特に石油に関する装置の運転方法を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for identifying the molecular structure of each component constituting a multi-component mixture with a certain degree of certainty using a computer. It is also an object of the present invention to provide a method for determining a composition model of a multi-component mixture, and to provide a program for carrying out these methods.
Furthermore, to provide a method for estimating the physical property value of the multi-component mixture based on the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture and its abundance ratio specified by the above method, estimated by such a method. It is an object of the present invention to provide a method of operating an apparatus relating to a multi-component mixture, particularly petroleum, characterized in that operating conditions are set based on the physical property values of the multi-component mixture.
上記の目的を達成するため、本発明者らは、以下の本発明を創出した。即ち、本発明の一つは、コンピュータを用いて、多成分混合物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合を特定する方法であって、
前記多成分混合物に対し質量分析を行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップ1と、
前記ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合の最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合の最適な構造Yの両者を特定するステップ2と、
前記ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるのかマルチコアであるのかを決定するステップ3と、
前記ステップ3における決定に応じて、前記ステップ2にて特定された構造X又は構造Yのいずれかを採択し、採択されたコア部分に対し、側鎖及び架橋を決定して割り付けるステップ4とを含むことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the present inventors have created the following inventions. That is, one of the present inventions is a method of specifying the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture and the abundance ratio thereof using a computer.
In step 1, mass spectrometry is performed on the multi-component mixture, the molecular formula of the molecule belonging to the peak is specified for each of the obtained peaks, and the abundance ratio of the molecule is further specified.
Both the optimum structure X when the molecule belonging to each of the peaks obtained in the mass spectrometry in step 1 is single core and the optimum structure Y when it is multi-core are specified. Step 2 and
Step 3 for determining whether the molecule belonging to each of the peaks obtained by the mass spectrometry in step 1 is single-core or multi-core, and
In response to the determination in step 3, either the structure X or the structure Y specified in step 2 is adopted, and the side chain and the crosslink are determined and assigned to the adopted core portion in step 4. It is characterized by including.
また、他の本発明は、コンピュータを用いて、多成分混合物に対し、それを構成する各成分の分子構造及びその存在割合を特定する方法であって、
前記多成分混合物に対し質量分析を行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップ1と、
前記ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合の最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合の最適な構造Yの両者を特定するステップ2と、
前記ステップ1の質量分析にて得られたピークにおいて、シングルコアとマルチコアの両方を取り得るピークは、各々シングルコアとマルチコアの両方をとるものとして、当該ピークにおけるシングルコアとマルチコアの存在割合を決定するステップ3と、
前記ステップ3における決定に応じて、シングルコアには前記ステップ2にて特定された構造Xを採択し、マルチコアには前記ステップ2にて特定された構造Yを採択し、採択されたコア部分に対し、側鎖及び架橋を決定して割り付けるステップ4と
を含むことを特徴とするものである。
Further, another present invention is a method for specifying the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture and the abundance ratio thereof with respect to the multi-component mixture using a computer.
In step 1, mass spectrometry is performed on the multi-component mixture, the molecular formula of the molecule belonging to the peak is specified for each of the obtained peaks, and the abundance ratio of the molecule is further specified.
Both the optimum structure X when the molecule belonging to each of the peaks obtained in the mass spectrometry in step 1 is single core and the optimum structure Y when it is multi-core are specified. Step 2 and
In the peak obtained by the mass spectrometry in step 1, the peaks that can take both single core and multi-core are assumed to take both single core and multi-core, respectively, and the abundance ratio of single core and multi-core in the peak is determined. Step 3 and
In response to the determination in step 3, the structure X specified in step 2 is adopted for the single core, and the structure Y specified in step 2 is adopted for the multi-core, and the adopted core portion is used. On the other hand, it is characterized by including step 4 of determining and allocating side chains and crosslinks.
また、他の発明は、多成分混合物の組成モデルを決定する方法であり、これらの方法を実行させるためのプログラムである。
さらに、他の発明は、上記の方法により特定された、多成分混合物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合に基づいて、多成分混合物の物性値を推定する方法であり、かかる方法により推定された多成分混合物の物性値に基づいて、運転条件を設定することを特徴とする多成分混合物、好ましくは、石油に関する装置の運転方法である。
In addition, another invention is a method for determining a composition model of a multi-component mixture, and is a program for executing these methods.
Further, another invention is a method for estimating the physical property value of the multi-component mixture based on the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture and the abundance ratio thereof, which is specified by the above method. It is a method of operating an apparatus relating to a multi-component mixture, preferably petroleum, characterized in that operating conditions are set based on an estimated physical property value of the multi-component mixture.
本発明は、多成分混合物を構成する各成分の分子構造を特定するにあたり、質量分析に関する巾広い見識に基づいた深い洞察及びさまざまな卓抜した着眼をもとに、新規な画期的な理論を構築したことに基づいてなされたものである。
本発明の方法に含まれる各ステップにおいては、さまざまな独自のルールや仮定が巧みに設定されている。しかし、これらのルールや仮定は、技術的な根拠なく設定したというものではなく、「どういうポイントを押えておけば現実的に必要十分な有効性を担保できるのか」を徹底的に検討した結果、編み出されたものである。
さらにまた、本発明者らは、石油を構成する膨大数の分子の各々に関し、それらの化学構造はどの程度のレベルの詳細さ、正確さが確保されていることが必要なのかということについて、綿密に検討した結果、後述する「JACD」という画期的な表示方式を案出するに至った。この「JACD」は、分子の構造情報を表示するための新規な方式であるが、この方式の創出により、アスファルテン分のような巨大分子についても、構造情報を必要十分なレベルで得ることが可能となった。
In identifying the molecular structure of each component of a multi-component mixture, the present invention provides a novel and groundbreaking theory based on deep insights based on broad insight into mass spectrometry and various outstanding points of view. It was made based on what was constructed.
In each step included in the method of the present invention, various unique rules and assumptions are skillfully set. However, these rules and assumptions are not set without technical grounds, but as a result of thorough examination of "what points should be held to ensure the necessary and sufficient effectiveness in reality". It was devised.
Furthermore, we discuss how detailed and accurate the chemical structures of each of the vast numbers of molecules that make up petroleum need to be ensured. As a result of careful examination, we came up with an epoch-making display method called "JACD", which will be described later. This "JACD" is a new method for displaying the structural information of molecules, but by creating this method, it is possible to obtain structural information at a necessary and sufficient level even for macromolecules such as asphaltene. It became.
このように、本発明の方法は、従来の「確率論」という不確実性を内包する方法ではなく、発明者らが案出した理論及び様々な創作を巧みに融合させることに基づいた、いわば「決定論的」な方法である。 In this way, the method of the present invention is not a method that includes the uncertainty of the conventional "probability theory", but is based on skillfully fusing the theory and various creations devised by the inventors, so to speak. It is a "deterministic" method.
本発明は、「決定論的」なアプローチによる分子構造の特定方法であるので、確実に毎回同一の結果が得られることになる。「決定論」という文言を用いるのはかかる事実に基づくものである。これは、石油精製装置を運転するにあたり、原料の分析において常に同じ結果が得られるということを担保するものであり、安定性確保への貢献は計り知れないものとなる。
また、本発明においては、多成分混合物を構成する各成分について、その分子構造、即ち、分子中に存在する各種の原子団が特定されるので、公知の原子団寄与法を用いれば、その分子が持つ様々な物性値を極めて高い精度で推定することが可能となる。さらに、各成分の存在割合も特定されるので、この存在割合を考慮すれば、各成分の持つ物性値から全体の多成分混合物の物性値を推算することも可能となる。
石油精製装置においては、通常、原料油の諸物性値を直接の指針として又は間接的な指針として最適な条件が設定され、運転が行われているが、本発明の方法で得た精度の高い諸物性値を用いることが可能となり、より一層効率化の向上に寄与することになる。
このように、本発明は、従来技術において本質的に内在している困難な課題を一気に解決する画期的なものであり、現実の石油産業への応用という点において、破格の効果を発揮するものである。
Since the present invention is a method of identifying a molecular structure by a "deterministic" approach, the same result is surely obtained every time. The use of the word "determinism" is based on this fact. This ensures that the same results are always obtained in the analysis of raw materials when operating an oil refinery, and the contribution to ensuring stability is immeasurable.
Further, in the present invention, the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture, that is, various atomic groups existing in the molecule is specified. Therefore, if a known atomic group contribution method is used, the molecule is specified. It is possible to estimate various physical property values of the atom with extremely high accuracy. Further, since the abundance ratio of each component is also specified, if this abundance ratio is taken into consideration, it is possible to estimate the physical characteristic value of the entire multi-component mixture from the physical characteristic value of each component.
In petroleum refining equipment, the optimum conditions are usually set and operated using the various physical property values of the raw material oil as a direct guideline or an indirect guideline, but the high accuracy obtained by the method of the present invention is high. It becomes possible to use various physical property values, which further contributes to the improvement of efficiency.
As described above, the present invention is an epoch-making one that solves the difficult problems inherent in the prior art at once, and exerts an exceptional effect in terms of application to the actual oil industry. It is a thing.
以下、本発明の実施形態を説明する。
まず、本明細書で用いている用語、表現を説明する。
(1)「多成分混合物」
「多成分混合物」とは、二以上の成分からなるあらゆる混合物を包括する概念である。成分の含有割合は問わない。具体的には、好ましくは、「石油」を意味するものであり、さらに好ましくは、「重質油」を意味するものである。
本発明においては、より詳しくは、「多くの芳香族化合物を主たる成分とする混合物」を意味するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
First, terms and expressions used in the present specification will be described.
(1) "Multi-component mixture"
A "multi-component mixture" is a concept that includes any mixture consisting of two or more components. The content ratio of the ingredients does not matter. Specifically, it preferably means "petroleum", and more preferably means "heavy oil".
In the present invention, more specifically, it means "a mixture containing many aromatic compounds as main components".
(2)「成分」、「構成する」
「多成分混合物を構成する各成分」における「成分」とは、多成分混合物を構成する一つ一つの構成員であって、「同一の分子種に属すると認められる分子の集合体」と捉えるのが好ましい。ここで、「同一の」とは、「分子構造を完璧に特定し、その上で同一である」という意味と捉えてもよいし、或いは、「分子構造上の異性体(分子式は同じであるが構造が異なるもの)どうしは同一のものとする」という意味と捉えてもよいし、例えば、後述する「JACDのような方式で特定された構造において同一である」という意味と捉えてもよい。さらには、広く「任意に定めた基準に基づいて一括りにした分子の集合体」という意味と捉えてもよい。
また、「構成する」とは、多成分混合物中に存在する100%すべての成分を想定するものでなくてもよい。本発明により特定される各成分の分子構造をどのように利用するかにより、どの程度の詳細さを以て成分としての分子種特定が必要になるかに応じて、「構成する各成分」を適宜決定すればよい。例えば、多成分混合物中において一定の存在量(存在割合)以上を持つ分子種のみを対象として、「構成する成分」と捉えてもよい。石油のような膨大な種類の分子種すべてについて分子構造を同定する必要性は必ずしも高いとは限らず、微量しか存在しない分子種等については、必要に応じて、無視してもよい。例えば、本明細書中、「多成分混合物」として、多環芳香族レジン分(PA)を対象として記述している箇所において、多環芳香族レジン分(PA)を構成する成分として、パラフィン系化合物及びオレフィン系化合物の存在は無視した記載になっているところもある。
(2) "Ingredients", "Constituent"
The "component" in "each component constituting the multi-component mixture" is regarded as "an aggregate of molecules recognized to belong to the same molecular species", which is each member constituting the multi-component mixture. Is preferable. Here, "identical" may be regarded as meaning "the molecular structure is completely specified and then the same", or "isomers in the molecular structure (molecular formulas are the same)". Although they have different structures), they may be regarded as the same meaning, or may be regarded as, for example, meaning that they are the same in the structure specified by a method such as JACD, which will be described later. .. Furthermore, it may be broadly regarded as "an aggregate of molecules grouped together based on an arbitrarily determined standard".
Further, "constituting" does not have to assume 100% of all the components present in the multi-component mixture. Depending on how the molecular structure of each component specified by the present invention is used, "each constituent component" is appropriately determined according to the degree of detail required to specify the molecular species as a component. do it. For example, only molecular species having a certain abundance (absence ratio) or more in a multi-component mixture may be regarded as "constituent components". It is not always necessary to identify the molecular structure of all of a huge variety of molecular species such as petroleum, and molecular species that exist only in trace amounts may be ignored if necessary. For example, in the present specification, where a polycyclic aromatic resin (PA) is described as a "multi-component mixture", a paraffin-based component of the polycyclic aromatic resin (PA) is used. In some cases, the presence of compounds and olefin compounds is ignored.
(3)「分子構造を特定する」、「分子」
「分子構造を特定する」とは、上記「成分」における「分子」に関し、分子が持つ構造に関する何等かの情報を特定するという行為であれば、あらゆる行為を包含するものである。特定された構造についての理論的な正確さの度合いや表示の仕方は、特に問わない。目的及び必要性に応じて、その度合い、表示の方式を適宜選択すればよい。分子全体の構造を特定するという行為のみならず、分子の一部分についての構造に関する情報を組み込んで特定する行為も含まれる。例えば、コア部分の構造のみを特定し、側鎖部分や架橋部分については構造は特定せず分子式のままにしておくという特定の仕方も該当する。
特定の仕方としては、好ましくは、後述するJACDという表示方式によるものである。本明細書において、「分子構造を特定した」という場合、好ましくは、JACDで特定したことを意味している。「JACD」で構造が特定された分子というのは、後述するアトリビュートの結合位置の違いによる異性体をすべて含む概念である。
本明細書において、「分子」という文言は、異性体をすべて含む概念と捉えてもよい。
(3) "Specify the molecular structure", "Molecule"
"Specifying a molecular structure" includes any act of specifying some information about the structure of a molecule with respect to the "molecule" in the above "component". The degree of theoretical accuracy and the display method of the specified structure are not particularly limited. The degree and display method may be appropriately selected according to the purpose and necessity. This includes not only the act of specifying the structure of the entire molecule, but also the act of incorporating and specifying information on the structure of a part of the molecule. For example, a specific method of specifying only the structure of the core portion and leaving the structure of the side chain portion and the crosslinked portion as the molecular formula is also applicable.
As a specific method, a display method called JACD, which will be described later, is preferably used. In the present specification, when "the molecular structure is specified", it means that it is specified by JACD. The molecule whose structure is specified by "JACD" is a concept including all isomers due to the difference in the binding position of the attributes described later.
In the present specification, the word "molecule" may be regarded as a concept including all isomers.
(4)「各成分の存在割合を特定する」
「各成分の存在割合を特定する」とは、混合物を構成する各成分について、それらが存在する比率を特定するという行為であれば、精度は問わない。また、混合物を構成するすべての成分種について存在割合が特定されなければならないという意味ではない。即ち、分析技術では検出が困難な程度の量しか存在しないような成分や特定する必要のない成分までを含めたすべての成分の存在割合を特定して初めて、「各成分の存在割合を特定した」とするものではない。かかる微量成分等については、「その他の成分」としてまとめて扱ってもよい。さらには、これらを「混合物を構成する各成分」という範囲から除外し、他の成分の存在割合を算出する上での分母に入れなくてもよい。
(4) "Specify the abundance ratio of each component"
The accuracy of "specifying the abundance ratio of each component" does not matter as long as it is an act of specifying the abundance ratio of each component constituting the mixture. Nor does it mean that the abundance ratio must be specified for all component species that make up the mixture. That is, only when the abundance ratios of all the components including the components that are difficult to detect by the analytical technique and the components that do not need to be specified are specified, "the abundance ratio of each component is specified. It is not something that says. Such trace components and the like may be collectively treated as "other components". Furthermore, these need not be excluded from the range of "each component constituting the mixture" and not included in the denominator for calculating the abundance ratio of other components.
(5) 「すべての」
本明細書における「すべての」という文言を、文字どおり、「完璧に100%全部の」という意味に捉えると、本発明は技術として有効に効果を奏さないおそれがある。また、本明細書の記載の正確さが担保されないおそれがある。
それゆえ、例えば、質量スペクトルについて「すべてのピーク」という言い方をしている箇所については、文字どおり、「完璧に100%全部のピーク」という意味のみならず、例えば、その場面での検討の目的上必ずしも必要でない分子に関するピークや判別しにくいようなピーク等については、適宜、除外した上で、それ以外のピークを指すという意味と捉えてもよい。また、「すべてのコア」という言い方をしている箇所についても同様で、「完璧に100%全部のコア」という意味のみならず、要求される精度や目的に対応して、適宜、選択又は除外してもよいということを意味している。
(5) "All"
If the word "all" in the present specification is taken to literally mean "perfectly 100% all", the present invention may not be effective as a technique. In addition, the accuracy of the description in this specification may not be guaranteed.
Therefore, for example, the phrase "all peaks" in the mass spectrum literally means not only "perfectly 100% all peaks" but also, for example, for the purpose of consideration in that situation. Peaks related to molecules that are not always necessary and peaks that are difficult to distinguish may be considered to mean peaks other than those peaks after being appropriately excluded. The same applies to the part where the term "all cores" is used, and not only the meaning of "perfectly 100% all cores" but also selection or exclusion as appropriate according to the required accuracy and purpose. It means that you can do it.
(6)「ピーク」
質量分析において得られるピークの横軸は、多成分混合物を構成する各成分の分子イオン又は擬分子イオンについてのm/zである。このm/zが示す数値は、分子イオン又は擬分子イオンの質量に相当する数値であるので、概ね、そのピークに帰属させられる分子の分子量を表している。
なお、m/zの正確な表記は、イタリック体でなされるものであるが、特許出願書類として用いる文字種の制約上、本明細書においては、便宜上、通常の書体で表記する。
本明細書では、この「質量分析において得られた、分子イオン又は擬分子イオンについてのm/zのピーク」を、「質量分析において得られたピーク」、又は単に「ピーク」ということがある。
当該ピークの高さは、そのピークに帰属する分子の相対的な存在割合を示している。
(6) "Peak"
The horizontal axis of the peak obtained in mass spectrometry is m / z for the molecular ion or pseudomolecular ion of each component constituting the multi-component mixture. Since the numerical value indicated by this m / z is a numerical value corresponding to the mass of a molecular ion or a pseudo-molecular ion, it generally represents the molecular weight of the molecule attributed to the peak.
The exact notation of m / z is made in italics, but due to restrictions on the character type used as the patent application document, in the present specification, it is expressed in the usual typeface for convenience.
In the present specification, this "peak of m / z for molecular ions or pseudomolecular ions obtained in mass spectrometry" may be referred to as "peak obtained in mass spectrometry" or simply "peak".
The height of the peak indicates the relative abundance ratio of the molecules belonging to the peak.
(7)「分子式」
「分子式」とは、分子を構成する元素の種類と数のみを示す式のことであり、構造は特定されていないものを指している。分子を構成する元素の種類と数がわかっているので、分子量及び後述するDBE値等の情報は得ることができる。
本発明において主として用いているフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式による質量分析(以下、「FT-ICR-質量分析」ということがある。)においては、m/zの値を小数点第4位まで決定することができる。そのため、原子の同位体の存在をも考慮した精密な質量の数合わせを行うことにより、そのピークに帰属する分子の分子式を決定することができる。分子式というのは、分子を構成する元素の種類と数のみを表すものにすぎないので、上記決定された分子式に該当する分子としては、異性体が複数存在しうるということになる。即ち、1本のピークには、分子式が同一である複数の異性体が帰属することになる。
ただし、FT-ICR-質量分析の特性上、分子式は同一であっても、例えば、その分子イオンに水素イオンが付加している等により、元の分子イオンと質量が異なることになり、そのため別のピークとして現れることがある。よって、測定上は別ピークとして現れたものであっても、分子式を構成する元素の種類と数が同一であるものは「同じ一つの分子式」として捉えてもよい。「その分子式に該当する分子」という文言において、「その分子式」というのは、このような「同じ一つの分子式」という意味で捉えてもよい。また、「あるピーク」という場合、上記の意味で「同じ一つの分子式」を表しているとされた種々のm/zのピークをすべてまとめて捉えた概念と考えてもよい。
(7) "Molecular formula"
The "molecular formula" is a formula showing only the types and numbers of the elements constituting the molecule, and the structure is not specified. Since the types and numbers of the elements constituting the molecule are known, information such as the molecular weight and the DBE value described later can be obtained.
In mass spectrometry by the Fourier transform ion cyclotron resonance method (hereinafter, sometimes referred to as "FT-ICR-mass spectrometry") mainly used in the present invention, the value of m / z is determined up to the fourth digit. Can be done. Therefore, the molecular formula of the molecule belonging to the peak can be determined by precisely adjusting the mass numbers in consideration of the presence of the isotope of the atom. Since the molecular formula only represents the type and number of elements constituting the molecule, it means that a plurality of isomers may exist as the molecule corresponding to the above-determined molecular formula. That is, a plurality of isomers having the same molecular formula belong to one peak.
However, due to the characteristics of FT-ICR-mass spectrometry, even if the molecular formula is the same, the mass will be different from the original molecular ion, for example, due to the addition of hydrogen ions to the molecular ion, so it is different. May appear as a peak of. Therefore, even if the peaks appear as different peaks in the measurement, those having the same type and number of elements constituting the molecular formula may be regarded as "the same one molecular formula". In the phrase "molecule corresponding to the molecular formula", "the molecular formula" may be understood to mean such "the same one molecular formula". Further, the term "certain peak" may be considered as a concept that collectively captures all the peaks of various m / z that are said to represent "the same one molecular formula" in the above sense.
(8)「コア」、「シングルコア」、「ダブルコア」、「コア部分」
「コア」とは、後述の「JACD (ジャックディー)」の項で記載した「アトリビュート」の一種であって、具体的には、芳香環又はナフテン環そのもの、芳香環とナフテン環が架橋ではなく直接結合しているもの、芳香環又はナフテン環にヘテロ環が架橋ではなく直接結合しているものである。架橋又は側鎖は、コアとは別のアトリビュートであるので、「コア」という文言は、架橋又は側鎖を一切有しないものを意味している。
一方、「シングルコア」とは、上記コアを1個だけ有する分子を指す概念である。分子を指す概念であるので、コアに側鎖が結合しているものも包含している。上記コアの2個以上が架橋してなる分子を「マルチコア」と呼ぶ。「マルチコア」も分子を意味するものであるので、コアに側鎖が結合しているものも包含している。因みに、2個のコアが架橋してなる分子を「ダブルコア」という。
例えば、以下のナフタレン分子は、1個の芳香環からなるものであるので「シングルコア」であり、ベンゼン環2個からなるダブルコアではない。
(8) "Core", "Single core", "Double core", "Core part"
The "core" is a kind of "attribute" described in the section of "JACD" described later, and specifically, the aromatic ring or the naphthenic ring itself, and the aromatic ring and the naphthenic ring are not crosslinked. Those that are directly bonded, those in which a heterocycle is directly bonded to an aromatic ring or a naphthenic ring rather than a crosslink. Since cross-linking or side chains are attributes separate from the core, the term "core" means having no cross-linking or side chains.
On the other hand, "single core" is a concept that refers to a molecule having only one core. Since it is a concept that refers to a molecule, it also includes those with side chains attached to the core. A molecule in which two or more of the cores are crosslinked is called a "multi-core". Since "multi-core" also means a molecule, it also includes those having a side chain bonded to the core. By the way, a molecule formed by cross-linking two cores is called a "double core".
For example, the following naphthalene molecule is a "single core" because it is composed of one aromatic ring, and is not a double core composed of two benzene rings.
(9)「DBE値」
「DBE値」とは、分子式が、「CcHhNnOoSs」である場合、以下の式(1)にて算出される値である。
DBE = c− h/2 + n/2 + 1 ・・・(1)
(ただし、cは炭素原子の数、hは水素原子の数、nは窒素原子の数、oは酸素原子の数、sはイオウ原子の数を示す。)
この値は、概ね、分子における不飽和性、とりわけ、二重結合及び環の存在の程度を示すものである。
(9) "DBE value"
The "DBE value" is a value calculated by the following formula (1) when the molecular formula is "CcHhNnOoSs".
DBE = c−h / 2 + n / 2 + 1 ・ ・ ・ (1)
(However, c is the number of carbon atoms, h is the number of hydrogen atoms, n is the number of nitrogen atoms, o is the number of oxygen atoms, and s is the number of sulfur atoms.)
This value generally indicates the degree of unsaturatedness in the molecule, especially the presence of double bonds and rings.
(10)「JACD (ジャックディー)」「Juxtaposed Attributes for Chemical-structure Description)」
「JACD」とは、分子構造に関する新規な表示方式であって、分子の構造を、アトリビュートの種類及びアトリビュートの数により表示するものである。アトリビュートが他のアトリビュートのいずれの位置において結合しているかについては表示しない。
上記において、「アトリビュート」とは、分子を構成している化学構造上の部品(パーツ)を指す概念である。芳香族化合物においては、具体的には、前述の「コア」,「架橋」及び「側鎖」を指す。
この表示方式は、本発明者らが、石油を構成する膨大数の分子の各々に関し、それらの構造は、どの程度の詳細さを以て特定されれば必要かつ十分であるのかということを綿密に検討した結果、案出したものである。
そもそも分子というものを表示する場合、分子式、示性式、構造式という方式があり、この順に化学構造に関する情報量が増えていくが、巨大分子を含む多種多様な分子の混合物である石油の場合、その中に存在している分子1つ1つについて、構造式を正確に同定することは不可能に近い。
そこで、本発明者らは、「JACD」という新規な分子構造の表示方式を案出した。
以下の化学式で表された分子を例にとって説明する。
(10) "JACD""Juxtaposed Attributes for Chemical-structure Description"
"JACD" is a new display method for molecular structure, and displays the molecular structure according to the type of attribute and the number of attributes. It does not show where the attributes are combined in other attributes.
In the above, the "attribute" is a concept that refers to a chemical structural part that constitutes a molecule. In the case of aromatic compounds, it specifically refers to the above-mentioned "core", "crosslink" and "side chain".
In this display method, the present inventors carefully examined how detailed the structure of each of the enormous number of molecules constituting petroleum should be specified. As a result of this, it was devised.
In the first place, when displaying a molecule, there are methods called molecular formula, demonstrative formula, and structural formula, and the amount of information about the chemical structure increases in this order, but in the case of petroleum, which is a mixture of various molecules including macromolecules. , It is almost impossible to accurately identify the structural formula of each molecule existing in the molecule.
Therefore, the present inventors have devised a new method for displaying a molecular structure called "JACD".
The molecule represented by the following chemical formula will be described as an example.
(11)「物性値」
「物性値」とは、具体的には、以下に例示するものであるが、これらに限定されるものではなく、上記の方法により特定された分子構造及びその存在割合に基づいて得られる値であって、物質の物理的又は化学的な性質や性状、特性を表現するものであれば、名称の如何に拘わらず、「物性値」に含まれるものとする。
生成ギブス自由エネルギー、イオン化ポテンシャル、分極率、誘電率、蒸気圧、液体密度、API度、気体粘度、液体粘度、表面張力、沸点、臨界温度、臨界圧力、臨界体積、生成熱、熱容量、双極子モーメント、エンタルピー、エントロピー等である。
(11) "Physical characteristics"
The "physical property value" is specifically exemplified below, but is not limited to these, and is a value obtained based on the molecular structure specified by the above method and its abundance ratio. Therefore, if it expresses the physical or chemical properties, properties, and properties of a substance, it shall be included in the "physical property value" regardless of the name.
Gibbs produced Free energy, ionization potential, polarization rate, dielectric constant, vapor pressure, liquid density, API degree, gas viscosity, liquid viscosity, surface tension, boiling point, critical temperature, critical pressure, critical volume, heat generated, heat capacity, bipolar Moment, enthalpy, entropy, etc.
(12)「石油」、「石油に関する装置」
本明細書において、「石油」という文言は、原油はもとより、原油を蒸留して得られる諸留分及び諸留分に改質や分解等の二次装置による処理を加えて得られる留分等をも含む総称的な概念として用いることにする。或いは、原油を蒸留して得られたある留分について、さらに飽和炭化水素や芳香族炭化水素等の成分に分画した分画物をさすこともある。
「石油に関する装置」とは、蒸留装置や抽出装置をはじめ、改質装置、水素添加反応装置、脱硫装置等の化学反応を伴う装置等、石油の処理に関する装置をすべて含むものである。「石油に関する装置」を総じて、「石油精製装置」と呼ぶこともある。
(12) "Petroleum", "Petroleum-related equipment"
In the present specification, the term "petroleum" is used not only for crude oil, but also for fractions obtained by distilling crude oil and fractions obtained by subjecting fractions to treatment by a secondary device such as reforming or decomposition. Will be used as a generic concept including. Alternatively, a fraction obtained by distilling crude oil may be further fractionated into components such as saturated hydrocarbons and aromatic hydrocarbons.
"Petroleum-related equipment" includes all equipment related to petroleum processing, such as distillation equipment and extraction equipment, reforming equipment, hydrogenation reaction equipment, desulfurization equipment, and other equipment that involves a chemical reaction. "Petroleum-related equipment" is sometimes collectively referred to as "petroleum refining equipment."
次に、図1のフローチャートを参照して、本実施形態における各ステップを説明する。
(1)ステップ1(質量分析)(図1のS1)
ステップ1は、多成分混合物に対し質量分析を行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップである。言い換えれば、多成分混合物に対し質量分析、好ましくは、FT-ICR-質量分析を行い、それにより得られたすべてのピークについて、各ピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子式に該当する分子の存在割合を特定するステップである。即ち、当該多成分混合物を構成する各成分の分子式及びその分子式に該当する分子の存在割合を特定するステップである。
Next, each step in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
(1) Step 1 (mass spectrometry) (S1 in FIG. 1)
The first step is to perform mass spectrometry on the multi-component mixture, specify the molecular formula of the molecule belonging to the peak for each of the obtained peaks, and further specify the abundance ratio of the molecule. In other words, mass spectrometry, preferably FT-ICR-mass spectrometry, is performed on the multi-component mixture to identify the molecular formulas of the molecules belonging to each peak for all the peaks obtained, and further correspond to the molecular formulas. It is a step to specify the abundance ratio of the molecule to be used. That is, it is a step of specifying the molecular formula of each component constituting the multi-component mixture and the abundance ratio of the molecule corresponding to the molecular formula.
質量分析は、超高分解能の質量分析計を用いるのが好ましい。具体的には、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式による質量分析計(以下、「FT-ICR-質量分析計」ということがある。また、FT-ICR-質量分析により得られた質量スペクトルを「FT-ICR-質量スペクトル」ということがある。また、総じて「FT-ICR-質量分析」の文言を適宜用いることがある。さらに、これらの文言は、前記及び図面の簡単な説明においても用いている。)を用いて、公知の方法、即ち、多成分混合物をソフトイオン化して分子イオン又は擬分子イオンを形成することにより、高精度な計測を行う。
FT-ICR-質量分析は、m/zの値を小数点第4位まで決定することができる。そのため、原子の同位体の存在をも考慮した精密な質量の数合わせを行うことにより、そのピークに帰属する分子の分子式を決定することができる。1本のピークには、分子式が同一である複数の分子が帰属することになる。
ところで、上記得られた分子式におけるヘテロ原子の種類と数及びDBE値によっては、そのピークに帰属する分子は、構造上、シングルコアしかとり得ない、又はマルチコアしかとり得ないという場合が存在することがある。
すべてのピークの高さの総和に対するあるピークの高さの比率は、そのピークに帰属する分子の存在割合を表すことになる。
For mass spectrometry, it is preferable to use an ultra-high resolution mass spectrometer. Specifically, it may be referred to as a mass spectrometer based on the Fourier transform ion cyclotron resonance method (hereinafter referred to as "FT-ICR-mass spectrometer". Further, the mass spectrum obtained by FT-ICR-mass spectrometry is referred to as "FT-". It may be referred to as "ICR-mass spectrum". In general, the wording "FT-ICR-mass spectrometry" may be used as appropriate. Further, these words are also used in the above and in the brief description of the drawings. ) Is used to soft-ionize a known method, that is, a multi-component mixture to form a molecular ion or a pseudo-molecular ion, thereby performing highly accurate measurement.
FT-ICR-mass spectrometry can determine the value of m / z to the fourth decimal place. Therefore, the molecular formula of the molecule belonging to the peak can be determined by precisely adjusting the mass numbers in consideration of the presence of the isotope of the atom. A plurality of molecules having the same molecular formula belong to one peak.
By the way, depending on the type and number of heteroatoms and the DBE value in the obtained molecular formula, there are cases where the molecule belonging to the peak can have only a single core or only a multi-core due to its structure. There is.
The ratio of the height of a peak to the sum of the heights of all peaks represents the abundance of molecules belonging to that peak.
(2)ステップ2(分子のコア部分の構造の特定)(図1のS2)
ステップ2は、ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合の最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合の最適な構造Yの両者を特定するステップである。
(2) Step 2 (Specification of the structure of the core part of the molecule) (S2 in FIG. 1)
In step 2, both the optimum structure X when the molecule belonging to each of the peaks obtained by the mass spectrometry in step 1 is single core and the optimum structure Y when it is multi-core. Is the step to identify.
ステップ2は、以下のように行うのが好ましい。
(ア)まず、以下のi〜ivの手順にて、各々のピークに帰属する分子がとりうるコアをすべて列挙する。
i. ステップ1により、FT-ICR-質量分析から得られた各々のピークに対し、そのピークに帰属させられる分子の分子式、分子式に含まれているヘテロ原子の種類と数及びDBE値の情報を得ることができた。
ii.このヘテロ原子の種類と数及びDBE値に基づき、これらに該当するコアをすべて列挙する。
この列挙にあたっては、予め、石油を構成する各分子中に存在すると想定しうる各種のコアをリスト化したもの(即ち、後述する「コア構造リスト」)を用意しておき、上記iにて得られたヘテロ原子の種類と数及びDBE値を照合して、リストの中から該当すると考えられるコア及びコアの組み合わせをすべて選定するという方法がよい。
Step 2 is preferably performed as follows.
(A) First, all the cores that can be taken by the molecule belonging to each peak are listed by the following procedures i to iv.
i. In step 1, for each peak obtained from the FT-ICR-mass spectrometry, information on the molecular formula of the molecule attributed to the peak, the type and number of heteroatoms contained in the molecular formula, and the DBE value is obtained. I was able to do it.
ii. Based on the type and number of heteroatoms and the DBE value, all corresponding cores are listed.
In this enumeration, a list of various cores that can be assumed to exist in each molecule constituting petroleum (that is, a "core structure list" described later) is prepared in advance, and obtained in the above i. It is preferable to collate the type and number of heteroatoms and the DBE value, and select all the cores and core combinations that are considered to be applicable from the list.
iii.コア構造リスト
上記コア構造リストに格納するコアの種類については、特に限定されるものではなく、いかなるものであってもよいが、格納するコアの選定の妥当性が各コアの構造特定の妥当性に直結することになる。
試料である多成分混合物そのものの内容に応じて、予め「コア構造リスト」を作成しておくのが好ましい。例えば、多成分混合物が石油の場合、これまでの石油に関する幾多の知見をもとにして、予め、「石油の分子構造特定用のコア構造リスト」なるものを作成しておき、それを用いればよい。
リストの作成においては、基本となる芳香環における環数、芳香環に直接結合するナフテン環の種類と数(カタ型かペリ型かという違いも含む)及び直接結合の態様(即ち、基本芳香環のどの位置にどういう形でナフテン環が結合しているのかという態様)等、諸条件を勘案して、適当数のコアを格納するのがよい。
例えば、芳香環の大きさは6環までとするとか、ヘテロ原子はN、O、Sを想定し、ヘテロ環の種類としては10個程度とする等、計算の便宜上を考慮してリストを作成すればよい。
iii. Core structure list The types of cores to be stored in the above core structure list are not particularly limited and may be anything, but the validity of selecting the cores to be stored is the validity of specifying the structure of each core. Will be directly connected to.
It is preferable to prepare a "core structure list" in advance according to the content of the multi-component mixture itself as a sample. For example, when the multi-component mixture is petroleum, a "core structure list for identifying the molecular structure of petroleum" can be prepared in advance based on many knowledge about petroleum so far, and it can be used. Good.
In creating the list, the number of rings in the basic aromatic ring, the type and number of naphthenic rings directly bonded to the aromatic ring (including the difference between cata-type and peri-type), and the mode of direct bonding (that is, the basic aromatic ring). It is advisable to store an appropriate number of cores in consideration of various conditions such as (aspect of how and where the naphthenic ring is bonded).
For example, the size of the aromatic ring is limited to 6 rings, the heteroatoms are assumed to be N, O, and S, and the number of heterocyclic rings is about 10. For convenience of calculation, a list is created. do it.
iv.コア構造リストからの選定
各々のピークに帰属する分子がとりうるコアとして、コア構造リストから該当するものを選定し、列挙するのであるが、そのために、まず、コア構造リストから、ヘテロ原子の種類と数及びDBE値が一致するコアを選定する。
この選定にあたっては、分子がシングルコアである場合のみならず、マルチコアである場合を含め、すべてのコア又はコアの組み合わせを選定することが必要である。即ち、シングルコアである場合は、そのコアが持つヘテロ原子の種類と数及びDBE値そのものを基準にして選定すればよいが、マルチコアである場合、例えば、ダブルコアである場合は、当該2個のコアのヘテロ原子の種類と数の和及びDBE値の和が、基準としたヘテロ原子の種類と数及びDBE値に一致するように「2個のコアの組合せ」として選定することになる。コアが3個の場合も同様に行えばよい。理屈の上では4個以上の場合もありうるが、4個以上になるとコンピュータでの計算が煩雑になるおそれがあるので、4個以上の場合は考慮しないというルールを決めておいてもよい。2個の場合が好ましい。
iv. Selection from the core structure list As the cores that can be taken by the molecules belonging to each peak, the corresponding cores are selected from the core structure list and listed. For that purpose, first, the types of heteroatoms are selected from the core structure list. Select a core that matches the number and DBE value.
In this selection, it is necessary to select all cores or combinations of cores, not only when the molecule is single core but also when it is multi-core. That is, in the case of a single core, selection may be made based on the type and number of heteroatoms possessed by the core and the DBE value itself, but in the case of a multi-core, for example, in the case of a double core, the two The sum of the types and numbers of the heteroatoms of the cores and the sum of the DBE values will be selected as a "combination of two cores" so as to match the type and number of the heteroatoms and the DBE value as a reference. The same procedure may be performed when there are three cores. Theoretically, there may be four or more, but if there are four or more, the calculation on the computer may become complicated, so a rule may be set that does not consider the case of four or more. The case of two is preferable.
上記において、「ヘテロ原子の種類と数」とは、詳しくは、「ヘテロ原子の種類ごとのそのヘテロ原子の数」という意味である。本明細書において「ヘテロ原子の種類と数」という文言は、この意味で用いている。ヘテロ原子とは、好ましくは、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子であるので、「ヘテロ原子の種類と数」とは、好ましくは、「窒素原子、硫黄原子及び酸素原子のそれぞれの数」ということもできる。よって、ヘテロ原子に関して言えば、「窒素原子の数、硫黄原子の数及び酸素原子の数のすべてが一致するもの」が、基準とした「ヘテロ原子の種類と数」に一致するように2個以上のコアを「組合せ」として選定することになる。
以下、2個のコアが架橋して成る場合を例として説明する。
In the above, the "type and number of heteroatoms" specifically means "the number of heteroatoms for each type of heteroatom". In this specification, the term "type and number of heteroatoms" is used in this sense. Since the hetero atom is preferably a nitrogen atom, a sulfur atom and an oxygen atom, the "type and number of hetero atoms" is preferably "the number of each of the nitrogen atom, the sulfur atom and the oxygen atom". You can also. Therefore, when it comes to heteroatoms, two so that "the number of nitrogen atoms, the number of sulfur atoms, and the number of oxygen atoms all match" matches the standard "type and number of heteroatoms". The above cores will be selected as a "combination".
Hereinafter, a case where two cores are crosslinked will be described as an example.
(イ)次に、上記列挙されたコアの中から、そのピークに帰属する分子が、シングルコアであるとする場合及びダブルコアであるとする場合の両方について、それらのコア部分の最適な候補として、それぞれ1つずつを特定する。特定する方法は、限定されないが、例えば、以下のi及びiiのようにして行うのが好ましい。
i. シングルコアであるとする場合は、上記により列挙されたいくつかの該当するコアのうち、そのコアにおける芳香環に結合している水素の数が最も少ないものを最適な構造Xとして特定する。
(B) Next, from the cores listed above, the molecules belonging to the peaks are the best candidates for the core portions in both the case where the molecule is single core and the case where the molecule is double core. , Each one is specified. The method for specifying is not limited, but is preferably performed as in i and ii below, for example.
i. In the case of a single core, among the several applicable cores listed above, the one having the smallest number of hydrogens bonded to the aromatic ring in the core is specified as the optimum structure X.
ii. ダブルコアであるとする場合は、上記により列挙されたいくつかの「2個のコアの組合せ」のうち、その「2個のコアの組合せ」を形成している片方のコアにおける芳香環に結合している水素の数が最も少ないものである「組合せ」を優先して選び出す。次いで、その選び出された「組合せ」について、それを形成している2個のコアにおけるそれぞれの芳香環に結合している水素の数の差が最も小さいものを最適な構造Yとして特定する。
以上、ステップ2により、すべてのピークに帰属する分子として、ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合の最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合の最適な構造Yの両者が特定された。
ii. If it is a double core, it is bonded to the aromatic ring in one of the "combination of two cores" listed above, which forms the "combination of two cores". Priority is given to the "combination" that has the smallest number of hydrogens. Next, for the selected "combination", the one having the smallest difference in the number of hydrogens bonded to each aromatic ring in the two cores forming the same is specified as the optimum structure Y.
As described above, as the molecules belonging to all the peaks in step 2, the optimum structure X when the molecules belonging to each of the peaks obtained in the mass spectrometry in step 1 are single cores and multi-core. Both of the optimum structures Y, if any, have been identified.
(ウ)ところで、ステップ1で得られた分子式におけるヘテロ原子の種類と数及びDBE値によっては、そのピークに帰属する分子は、理論上、シングルコアの構造しかとり得ない、又はマルチコアの構造しかとり得ないという場合が存在することがある。また、理論上は、シングルコア及びマルチコアの両方の構造を取り得るが、前記コア構造リストに格納されているコアから選定するという条件下においては、ヘテロ原子の種類と数及びDBE値を満たしつつ、シングルコア及びマルチコアの両方の構造の候補を存在させるのは不可能であるという場合もある。
本明細書において、「シングルコアの構造しかとり得ない、又はマルチコアの構造しかとり得ない」という場合は、上記、理論上取り得ないという意味と、コア構造リストの制限上取り得ないという意味の両方を指すものとする。
このように、シングルコアしかとり得ない場合は、上記と同じ方法で最適な構造Xを特定すればよい。マルチコアしかとり得ない場合も同様にして、最適な構造Yを特定すればよい。
(C) By the way, depending on the type and number of heteroatoms in the molecular formula obtained in step 1 and the DBE value, the molecule belonging to the peak can theoretically have only a single-core structure or only a multi-core structure. There may be cases where it is not possible. In theory, both single-core and multi-core structures can be adopted, but under the condition that the cores are selected from the cores stored in the core structure list, the type and number of heteroatoms and the DBE value are satisfied. In some cases, it may not be possible to have candidates for both single-core and multi-core structures.
In the present specification, when "only a single core structure can be taken or only a multi-core structure can be taken", both the above-mentioned meaning that it cannot be taken theoretically and the meaning that it cannot be taken due to the limitation of the core structure list. Shall point to.
In this way, when only a single core can be obtained, the optimum structure X may be specified by the same method as described above. In the case where only multi-core is possible, the optimum structure Y may be specified in the same manner.
(3)ステップ3(シングルコアかマルチコアかの決定)(図1のS3)
ステップ3は、ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるのかマルチコアであるのかを決定するステップである。
以下、マルチコアがダブルコアの場合を例として、説明する。
本ステップにおいて、まず、FT-ICR-質量分析にて得られたピークの各々について、それぞれに帰属させる分子は、シングルコア又はダブルコアの必ずいずれかに該当するものと仮定し、その上で、シングルコア又はダブルコアのいずれであるのかを決定するという意味である。
以下のi〜iiiの手順で決定する。
(3) Step 3 (determination of single core or multi-core) (S3 in FIG. 1)
Step 3 is a step of determining whether the molecule belonging to each of the peaks obtained by the mass spectrometry in step 1 is single-core or multi-core.
Hereinafter, the case where the multi-core is a double core will be described as an example.
In this step, first, for each of the peaks obtained by FT-ICR-mass spectrometry, it is assumed that the molecule assigned to each peak corresponds to either single core or double core, and then single. It means to decide whether it is a core or a double core.
Determined by the following steps i to iii.
i.FT-ICR-質量分析にて得られたすべてのピークに対し、シングルコアが該当するとしたピーク群のそれぞれのピーク強度の総和とダブルコアが該当するとしたピーク群のそれぞれのピーク強度の総和の比率を求める。手順は、以下のイ、ロ、ハのとおりである。
イ.まず、多成分混合物に対し、プロトンNMR分析を行なうことにより、当該多成分混合物中に存在する水素原子の状態(化学構造式における水素原子の位置)を知ることができる。また、元素分析を行うことにより、当該多成分混合物を構成する炭素、水素及びヘテロ原子の存在割合を知ることができる。このようなマクロ分析により、多成分混合物の「単位構造」を仮想的に推定することができる。このようにして推定した「単位構造」については、その分子量も推定することができる。ただし、このマクロ分析で得られるのは、あくまでも、炭素、水素及びヘテロ原子の存在状態の情報だけであるので、「単位構造の単量体」と「単位構造どうしが架橋を介して結合してなるもの、即ち、単位構造の多量体」とを区別することができない。
i. For all the peaks obtained by FT-ICR-mass spectrometry, the ratio of the sum of the peak intensities of the peak groups to which the single core is applicable and the sum of the peak intensities of each of the peak groups to be applicable to the double core is calculated. Ask. The procedure is as follows (a), (b), and (c).
I. First, by performing proton NMR analysis on the multi-component mixture, the state of hydrogen atoms (positions of hydrogen atoms in the chemical structural formula) existing in the multi-component mixture can be known. Further, by performing elemental analysis, it is possible to know the abundance ratios of carbon, hydrogen and heteroatoms constituting the multi-component mixture. By such macro analysis, the "unit structure" of the multi-component mixture can be virtually estimated. The molecular weight of the "unit structure" estimated in this way can also be estimated. However, since only information on the existence states of carbon, hydrogen, and heteroatoms can be obtained by this macro analysis, "monomers of unit structure" and "unit structures are bonded to each other via cross-linking". That is, it is indistinguishable from "a multimer of unit structure".
ところで、多成分混合物については、公知の方法により、その平均分子量を求めることができる。
「単位構造の分子量」と「平均分子量」を比較してみれば、当該多成分混合物が「単位構造」1つからなる「単位構造の単量体」であるのか、それとも、「単位構造の多量体」も存在しているのかについての情報が得られることになる。「単位構造の多量体」も存在している場合、「単量体」と「多量体」は、どういう割合で存在しているのかについての情報も得られることになる。
ここで、以下の式(1)を設定する。
P値(重合度)=「平均分子量」/「単位構造の分子量」 ・・・(1)
P値(重合度)は、単位構造、即ち、単量体がどのくらいの割合で全体の中で存在しているのかを示すものである。即ち、P値(重合度)が「1」ならば、存在するのはすべて「単位構造」であるということであり、「2」ならば、存在するのはすべて「単位構造が2つからなるもの(「二量体」と呼ぶことにする。)」であるということになる。理屈の上では「2」を超える場合、即ち、三量体以上が存在するということもありうるが、計算の煩雑さを考慮して、三量体以上のものは存在しないと仮定するのがよい。即ち、三量体以上の存在は考えず、単量体と二量体のみからなると仮定し、「2」を超える場合は、「2」として処理することにする。
また、「P値−1」の値は、その多成分混合物全体に対する二量体の存在比率を示していることになる。
By the way, the average molecular weight of a multi-component mixture can be determined by a known method.
Comparing the "molecular weight of the unit structure" and the "average molecular weight", is the multi-component mixture a "monomer of the unit structure" consisting of one "unit structure" or "a large amount of the unit structure"? You will get information about whether the "body" also exists. When the "multimer of the unit structure" is also present, it is possible to obtain information on the proportion of the "monomer" and the "multimer".
Here, the following equation (1) is set.
P value (degree of polymerization) = "average molecular weight" / "molecular weight of unit structure" ... (1)
The P value (degree of polymerization) indicates the unit structure, that is, the proportion of the monomers present in the whole. That is, if the P value (degree of polymerization) is "1", it means that all that exist is a "unit structure", and if it is "2", all that exists is "consisting of two unit structures". It means that it is a thing (we will call it a "dimer"). Theoretically, if it exceeds "2", that is, there may be more than a trimer, but in consideration of the complexity of the calculation, it is assumed that there is no more than a trimer. Good. That is, the existence of a trimer or more is not considered, and it is assumed that it is composed of only a monomer and a dimer, and if it exceeds "2", it is treated as "2".
In addition, the value of "P value-1" indicates the abundance ratio of the dimer to the entire multi-component mixture.
ロ.一方、前記ステップ2において、ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合のその最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合のその最適な構造Yの両者が特定されたが、ここで、次の仮定を設定する。
即ち、すべてのピークのうち、あるm/z=N値を境目にして、m/z値がN値より小さいピークはすべてシングルコアが該当し、N値より大きいピークはすべてダブルコアが該当すると仮定する。このとき、シングルコアが該当するとされたピーク強度の総和をMSとし、すべてのピークのピーク強度の総和をMAとすると、「1−(MS/MA)」の値は、全体に対する「シングルコア以外のもの、即ち、仮定よりダブルコア」の存在比率を示すことになる。
B. On the other hand, in step 2, the optimum structure X when the molecule belonging to each of the peaks obtained in the mass spectrometry in step 1 is single core, and the optimum structure X when it is multi-core. Both of the structures Y have been identified, but here the following assumptions are made.
That is, it is assumed that among all the peaks, all the peaks whose m / z value is smaller than the N value correspond to the single core, and all the peaks larger than the N value correspond to the double core, with a certain m / z = N value as the boundary. To do. At this time, assuming that the sum of the peak intensities corresponding to the single core is MS and the sum of the peak intensities of all the peaks is MA, the value of "1- (MS / MA)" is "other than the single core". That is, the abundance ratio of "double core" is shown.
ハ.以上のイ及びロの考え方より、以下の式(2)の等式が成り立つものと仮定する。
(「平均分子量」/「単位構造の分子量」)−1 = 1−(MS/MA) ・・・(2)
ここで、左辺の「(「平均分子量」/「単位構造の分子量」)−1」は、上記イ.より、二量体の存在比率を示すものである。一方、右辺「1−(MS/MA)」は、ダブルコアの存在比率を示すものである。
上記等式が成り立つとすれば、左辺の「(「平均分子量」/「単位構造の分子量」)−1」の値は、全体に対するダブルコアの存在割合を示すことになる。
このようにして、全体に対するダブルコアの存在割合を知ることができたので、シングルコアとダブルコアの存在比率も知ることができた。
C. From the above ideas of a and b, it is assumed that the equation of the following equation (2) holds.
("Average molecular weight" / "Molecular weight of unit structure") -1 = 1- (MS / MA) ... (2)
Here, "(" average molecular weight "/" molecular weight of unit structure ") -1" on the left side is the above-mentioned a. Therefore, it shows the abundance ratio of the dimer. On the other hand, the right side "1- (MS / MA)" indicates the abundance ratio of the double core.
If the above equation holds, the value of "(" average molecular weight "/" molecular weight of unit structure ") -1" on the left side indicates the abundance ratio of the double core to the whole.
In this way, since the abundance ratio of the double core to the whole can be known, the abundance ratio of the single core and the double core can also be known.
ii.次に、上記で求めたシングルコアとダブルコアの存在比率のところで、元のFT-ICR-質量分析によって得られた全ピークを線引きして区分けする。即ち、元のFT-ICR-質量分析によって得られた全ピークにおいて、m/zの値の小さいものから順に並べ、m/zの値の最小のものからそのピーク強度を合算していく。そして、全ピークの強度の総和に対する合算した値の比率が、上記「シングルコアとダブルコアの存在比率」になるところで線引きする。
この線引きにより区分けされたうち、m/zの値の小さい区分は、シングルコアが該当するものとし、m/zの値の大きい区分は、ダブルコアが該当するものとする。ただし、ダブルコアが該当するとされたピーク群の中にも、DBE値やヘテロ原子の数等から構造上、シングルコア構造しかとり得ないピークが存在する。これらについては、シングルコアとして扱う。即ち、逆に、シングルコアが該当するとされたピーク群の中にも、ダブルコア構造しかとり得ないピークが存在する。これらについては、ダブルコアとして扱う。
iii.以上により、FT-ICR-質量分析によるピークの各々について、それぞれシングルコアが該当するものなのか、それともダブルコアが該当するものなのかが決定されたことになる。
ii. Next, at the abundance ratio of the single core and the double core obtained above, all the peaks obtained by the original FT-ICR-mass spectrometry are delineated and classified. That is, in all the peaks obtained by the original FT-ICR-mass spectrometry, the peaks are arranged in order from the one with the smallest m / z value, and the peak intensities are added up from the one with the smallest m / z value. Then, a line is drawn where the ratio of the total value to the total intensity of all peaks becomes the above-mentioned "presence ratio of single core and double core".
Of the categories divided by this line, the category with a small m / z value corresponds to the single core, and the category with a large m / z value corresponds to the double core. However, even in the peak group to which the double core is applicable, there are peaks that can only have a single core structure due to the structure such as the DBE value and the number of heteroatoms. These are treated as a single core. That is, conversely, there are peaks that can only have a double-core structure even in the peak group to which a single core is applicable. These are treated as double cores.
iii. From the above, it is determined whether each peak by FT-ICR-mass spectrometry corresponds to a single core or a double core.
(4)ステップ3の補足(シングルコア及びマルチコアの決定の調整)
ステップ3で行われたシングルコア又はマルチコアかの決定について調整し、再決定することが好ましい場合がある。(以下、マルチコアがダブルコアの場合を例として、説明する。)
(ア)ステップ1で得られたすべてのピークに帰属する分子が、シングルコア及びダブルコアの両方の構造を取り得る分子である場合には、調整の必要はない。
(イ)ピークに帰属する分子の中に、シングルコアしかとり得ない又はダブルコアしかとり得ないというものが存在する場合は、シングルコア又はマルチコアかの決定を調整するのが好ましい。
(4) Supplement to step 3 (adjustment of single-core and multi-core decisions)
It may be preferable to coordinate and re-determine the single-core or multi-core determination made in step 3. (Hereinafter, the case where the multi-core is a double core will be described as an example.)
(A) If the molecules belonging to all the peaks obtained in step 1 are molecules capable of having both single-core and double-core structures, no adjustment is necessary.
(B) When some of the molecules attributed to the peak can have only a single core or only a double core, it is preferable to adjust the determination of single core or multi-core.
調整の手順、方法は、以下のとおりである。
i.準備
ステップ1で得られたピークの各々について、シングルコアしかとり得ないピーク、ダブルコアしかとり得ないピーク及びシングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの3種に分け、各々の存在割合を算出する。ステップ1で得られたピークのうち、シングルコアしかとり得ないピークの存在割合を「S(%)」、ダブルコアしかとり得ないピークの存在割合を「D(%)」、シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの存在割合を「S&D(%)」とする。
また、ステップ3で得られたシングルコアの存在割合を「RS(%)」、ダブルコアの存在割合を「RD(%)」とする。
The adjustment procedure and method are as follows.
i. Each of the peaks obtained in the preparation step 1 is divided into three types, a peak that can take only a single core, a peak that can take only a double core, and a peak that can take both a single core and a double core, and the abundance ratio of each is calculated. .. Of the peaks obtained in step 1, the abundance ratio of peaks that can only take single cores is "S (%)", the abundance ratio of peaks that can only take double cores is "D (%)", and single cores and double cores. The abundance ratio of peaks that can take both is defined as "S & D (%)".
Further, the abundance ratio of the single core obtained in step 3 is defined as "RS (%)", and the abundance ratio of the double core is defined as "RD (%)".
ii.「S」の値が、「RS」の値より大きい場合
すべてのピークのうちシングルコアしかとり得ないピークを除いた他のピークは、すべてダブルコアが該当するものとして決定する。また、逆に、「D」の値が、「RD」の値より大きい場合、すべてのピークのうちダブルコアしかとり得ないピークを除いた他のピークは、すべてシングルコアが該当するものとして決定する。
「S」の値が、「RS」の値より大きく、かつ、「D」の値も、「RD」の値より大きいということは有り得ない。
例として、
・シングルコアしかとり得ないピークの存在割合「S=18(%)」、
・ダブルコアしかとり得ないピークの存在割合「D=15(%)」、
・シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの存在割合「S&D%=67(%)」
・ステップ3で得られた計算上のシングルコアの存在割合を「RS%=90(%)」、
計算上のダブルコアの存在割合を「RD=10(%)」
とする。
この場合、すべてのピークのうちダブルコアしかとり得ないピークを除いた他のピークは、すべてシングルコアが該当するものとして決定する。
もともとの質量スペクトルチャートを90/10のところで区切るという操作は不要となる。
その結果、シングルコアに該当するピーク割合は85%、ダブルコアに該当するピーク割合は15%となる。
ii. When the value of "S" is larger than the value of "RS" All the other peaks except the peak that can take only a single core among all the peaks are determined as applicable to the double core. On the contrary, when the value of "D" is larger than the value of "RD", all the peaks except the peak that can take only a double core are determined as applicable to a single core. ..
It is impossible that the value of "S" is larger than the value of "RS" and the value of "D" is also larger than the value of "RD".
As an example,
・ Existence ratio of peaks that can only be taken with a single core "S = 18 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can only be taken by double core "D = 15 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can take both single core and double core "S & D% = 67 (%)"
-The calculated single core abundance ratio obtained in step 3 is "RS% = 90 (%)",
Calculated double core abundance ratio is "RD = 10 (%)"
And.
In this case, all the peaks other than the peak that can take only a double core among all the peaks are determined as applicable to the single core.
The operation of dividing the original mass spectrum chart at 90/10 becomes unnecessary.
As a result, the peak ratio corresponding to the single core is 85%, and the peak ratio corresponding to the double core is 15%.
iii.「S」の値が、「RS」の値より小さい場合
例として、
・シングルコアしかとり得ないピークの存在割合「S=18(%)」、
・ダブルコアしかとり得ないピークの存在割合「D=15(%)」、
・シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの存在割合「S&D=67(%)」
・ステップ3で得られた計算上のシングルコアの存在割合「RS=25(%)」、
・計算上のダブルコアの存在割合「RD=75(%)」
とする。
この場合、シングルコアをとるピークは、まだ、RS−S=25−18=7%分ある。
そこで、シングルコアをとるピークの割合が全体として25%になるよう、両方を取り得るピークのうち、いくらかをシングルコアに振り分ける。
両方を取り得るピークのうち、どれだけ分をシングルコアに振り分けるかの方法は、両方を取り得るピークについて、m/zの値の低い方から、全体としてシングルコアが該当するピークの存在割合が25%になるところで区切り、m/zの値の小さい方の区分は、シングルコアが該当するものとし、m/zの値の大きい方の区分は、ダブルコアが該当するものとする。
その結果、シングルコアに該当するピーク割合は25%、ダブルコアに該当するピーク割合は75%となる。
iii. When the value of "S" is smaller than the value of "RS" As an example
・ Existence ratio of peaks that can only be taken with a single core "S = 18 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can only be taken by double core "D = 15 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can take both single core and double core "S & D = 67 (%)"
-Calculated single core abundance ratio "RS = 25 (%)" obtained in step 3,
-Calculated double core abundance ratio "RD = 75 (%)"
And.
In this case, the peak with a single core is still RS-S = 25-18 = 7%.
Therefore, some of the peaks that can take both are allocated to the single core so that the ratio of the peaks that take a single core is 25% as a whole.
Of the peaks could be both, how much distributes minute single-core method, the peak can take both, from the lower of the value of m / z, the existing ratio of the peak single-core corresponds as a whole It is divided at 25%, and the category with the smaller m / z value corresponds to the single core, and the category with the larger m / z value corresponds to the double core.
As a result, the peak ratio corresponding to the single core is 25%, and the peak ratio corresponding to the double core is 75%.
iv.「D」の値が、「RD」の値より小さい場合
例として、
・シングルコアしかとり得ないピークの存在割合「S=18(%)」、
・ダブルコアしかとり得ないピークの存在割合「D=15(%)」、
・シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの存在割合「S&D=67(%)」
・ステップ3で得られた計算上のシングルコアの存在割合を「RS=80(%)」、
計算上のダブルコアの存在割合を「RD=20(%)」
とする。
この場合、ダブルコアをとるピークは、まだ、RD−D=20−15=5%分ある。
そこで、ダブルコアをとるピークの割合が全体として20%になるよう、両方を取り得るピークのうち、いくらかをダブルと決定する
両方を取り得るピークのうち、どれだけ分をダブルコアに振り分けるかの方法は、m/zの値の高い方から、全体としてダブルコアが該当するピークの存在割合が5%になるところで区切り、m/zの値の大きい方の区分は、ダブルコアが該当するものとし、m/zの値の小さい方の区分は、シングルコアが該当するものとする。
その結果、シングルコアに該当するピーク割合は80%、ダブルコアに該当するピーク割合は20%となる。
iv. When the value of "D" is smaller than the value of "RD" As an example
・ Existence ratio of peaks that can only be taken with a single core "S = 18 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can only be taken by double core "D = 15 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can take both single core and double core "S & D = 67 (%)"
-The calculated single core abundance ratio obtained in step 3 is "RS = 80 (%)",
Calculated double core abundance ratio is "RD = 20 (%)"
And.
In this case, the peak having a double core is still RD-D = 20-15 = 5%.
Therefore, determine some of the peaks that can take both as double so that the ratio of peaks that take double cores is 20% as a whole. , From the one with the higher m / z value, divide the peak where the abundance ratio of the peak corresponding to the double core is 5% as a whole. It is assumed that the single core corresponds to the category having the smaller value of z.
As a result, the peak ratio corresponding to the single core is 80%, and the peak ratio corresponding to the double core is 20%.
(5)別法としての図2のステップ3(シングルコアとマルチコアの存在割合の決定)
図2のステップ3は、ステップ1の質量分析にて得られたピークにおいて、シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークは、各々シングルコアとダブルコアの両方をとるものとして、当該ピークにおけるシングルコアとダブルコアの存在割合を決定するステップである。
前記ステップ3は、シングルコア又はダブルコアの必ずいずれかに該当するものと仮定し、その上で、シングルコア又はダブルコアのいずれであるのかを決定するステップであるが、当該別方法とは、シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークについて、必ずどちらかに決定するというのではなく、「シングルコアとダブルコアの両方をとる」とするものである。シングルコアとダブルコアの存在割合は、両方を取り得るピークについては、すべて同じ割合とする。
(5) Step 3 of FIG. 2 as an alternative method (determination of the abundance ratio of single core and multi-core)
In step 3 of FIG. 2, in the peak obtained by the mass spectrometry of step 1, the peaks that can take both single core and double core are assumed to take both single core and double core, respectively. This is a step to determine the abundance ratio of double cores.
The step 3 is a step of assuming that it always corresponds to either a single core or a double core, and then determining whether it is a single core or a double core. The other method is a single core. The peak that can take both single core and double core is not always decided to be either, but "take both single core and double core". The abundance ratio of single core and double core shall be the same for all peaks that can take both.
以下の手順て行う。
以下は、ダブルコアについて説明するが、マルチコアの場合も考え方は同様である。
i.準備
ステップ1で得られたピークの各々について、シングルコアしかとり得ないピーク、ダブルコアしかとり得ないピーク及びシングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの3種に分け、各々の存在割合を算出する。ステップ1で得られたピークのうち、シングルコアしかとり得ないピークの存在割合を「S(%)」、ダブルコアしかとり得ないピークの存在割合を「D(%)」、シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの存在割合を「S&D(%)」とする。
また、ステップ3で得られたシングルコアの存在割合を「RS(%)」、ダブルコアの存在割合を「RD(%)」とする。
Follow the procedure below.
The following describes the double core, but the idea is the same in the case of the multi-core.
i. Preparation Each of the peaks obtained in step 1 is divided into three types: a peak that can take only a single core, a peak that can take only a double core, and a peak that can take both a single core and a double core, and the abundance ratio of each is calculated. .. Of the peaks obtained in step 1, the abundance ratio of peaks that can only take single cores is "S (%)", the abundance ratio of peaks that can only take double cores is "D (%)", and single cores and double cores. The abundance ratio of peaks that can take both is defined as "S & D (%)".
Further, the abundance ratio of the single core obtained in step 3 is defined as "RS (%)", and the abundance ratio of the double core is defined as "RD (%)".
ii.「S」の値が、「RS」の値より小さい場合
例として、
・シングルコアしかとり得ないピークの存在割合「S=18(%)」、
・ダブルコアしかとり得ないピークの存在割合「D=15(%)」、
・シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの存在割合「S&D=67(%)」
・ステップ3で得られた計算上のシングルコアの存在割合「RS=25(%)」、
・計算上のダブルコアの存在割合「RD=75(%)」
とする。
この場合、シングルコアをとるピークは、まだ、RS−S=25−18=7%分ある。
そこで、シングルコアとダブルコアの両方を取り得るすべてのピークについて、各々をシングルコア7対ダブルコア60に分割する。即ち、1本のピークには、シングルコアとダブルコアの両方が帰属するとし、7/67の存在割合でジングルコアが存在し、60/67の存在割合でダブルコアが存在するとする。
この方法によると、シングルコアに該当するピーク割合は25%、ダブルコアに該当するピーク割合は75%となる。
ii. When the value of "S" is smaller than the value of "RS" As an example
・ Existence ratio of peaks that can only be taken with a single core "S = 18 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can only be taken by double core "D = 15 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can take both single core and double core "S & D = 67 (%)"
-Calculated single core abundance ratio "RS = 25 (%)" obtained in step 3,
-Calculated double core abundance ratio "RD = 75 (%)"
And.
In this case, the peak with a single core is still RS-S = 25-18 = 7%.
Therefore, for all peaks that can take both single core and double core, each is divided into single core 7 vs. double core 60. That is, it is assumed that both the single core and the double core belong to one peak, the jingle core exists at the abundance ratio of 7/67, and the double core exists at the abundance ratio of 60/67.
According to this method, the peak ratio corresponding to the single core is 25%, and the peak ratio corresponding to the double core is 75%.
iii.「D」の値が、「RD」の値より小さい場合
例として、
・シングルコアしかとり得ないピークの存在割合「S=18(%)」、
・ダブルコアしかとり得ないピークの存在割合「D=15(%)」、
・シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークの存在割合「S&D=67(%)」
・ステップ3で得られた計算上のシングルコアの存在割合を「RS=80(%)」、
・計算上のダブルコアの存在割合を「RD=20(%)」
とする。
この場合、ダブルコアをとるピークは、まだ、RD−D=20−15=5%分ある。
そこで、シングルコアとダブルコアの両方を取り得るすべてのピークについて、各々をシングル62対ダブル5に分割する。即ち、1本のピークには、シングルコアとダブルコアの両方が帰属するとし、62/67の存在割合でジングルコアが存在し、5/67の存在割合でダブルコアが存在するとする。
この方法によると、シングルコアに該当するピーク割合は25%、ダブルコアに該当するピーク割合は75%となる。
なお、図2のステップ1及び2の内容は、図1のステップ1及び2の内容と同じである。
iii. When the value of "D" is smaller than the value of "RD" As an example
・ Existence ratio of peaks that can only be taken with a single core "S = 18 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can only be taken by double core "D = 15 (%)",
・ Existence ratio of peaks that can take both single core and double core "S & D = 67 (%)"
-The calculated single core abundance ratio obtained in step 3 is "RS = 80 (%)",
・ Calculated double core abundance ratio is "RD = 20 (%)"
And.
In this case, the peak having a double core is still RD-D = 20-15 = 5%.
Therefore, for all peaks that can take both single core and double core, each is divided into single 62 vs. double 5. That is, it is assumed that both the single core and the double core belong to one peak, the jingle core exists at the abundance ratio of 62/67, and the double core exists at the abundance ratio of 5/67.
According to this method, the peak ratio corresponding to the single core is 25%, and the peak ratio corresponding to the double core is 75%.
The contents of steps 1 and 2 in FIG. 2 are the same as the contents of steps 1 and 2 in FIG.
(6)ステップ4(側鎖及び架橋の決定)(図1のS4、図2のS4)
ステップ4では、ステップ3における決定に応じて、前記ステップ2にて特定された構造X又は構造Yのいずれかを採択し、採択されたコア部分に対し、側鎖及び架橋を決定して割り付ける(図1のS4)。
或いは、別法として、図2のステップ3における決定に応じて、シングルコアには前記ステップ2にて特定された構造Xを採択し、マルチコアには前記ステップ2にて特定された構造Yを採択し、採択されたコア部分に対し、側鎖及び架橋を決定して割り付ける(図2のS4)。
(6) Step 4 (determination of side chain and cross-linking) (S4 in FIG. 1, S4 in FIG. 2)
In step 4, either the structure X or the structure Y specified in step 2 is adopted according to the determination in step 3, and the side chains and crosslinks are determined and assigned to the adopted core portion ( S4) in FIG.
Alternatively, as an alternative method, the structure X specified in step 2 is adopted for the single core and the structure Y specified in step 2 is adopted for the multi-core according to the determination in step 3 of FIG. Then, side chains and crosslinks are determined and assigned to the adopted core portion (S4 in FIG. 2).
(ア)「ステップ3における決定に応じて、前記ステップ2にて特定された構造X又は構造Yのいずれかを採択する」とは、以下により行うものである。
上記ステップ3において、あるピークは、シングルコアが該当するとするのか、それともダブルコアが該当するとするのかが決定された。ところが、ステップ2においては、シングルコアであるとした場合のその最適な構造Xと、ダブルコアであるとした場合のその最適な構造Yの両者が特定されていた。これらの結果、ステップ3で「シングルコアが該当する」とされたピークには、ステップ2で最適とされた構造Xのシングルコアが採択され、「ダブルコアが該当する」とされたピークには、ステップ2で最適とされた構造Yのダブルコアが採択されたことになる。
ただし、上記のように、ダブルコアが該当するとされたピーク群の中にも、シングルコア構造しかとり得ない分子も存在するピークがあるが、このようなピークについては、構造Xのシングルコアが採択されることになる。逆の場合も同様である。
図2のステップ3(別法)を経た図2のステップ4では、シングルコアとダブルコアの両方を取り得るピークは、各々シングルコアとダブルコアの両方をとるものと決定した。この場合、シングルコアには前記ステップ2にて特定された構造Xを採択し、マルチコアには前記ステップ2にて特定された構造Yを採択し、決定されることになる。
(A) "Adopting either the structure X or the structure Y specified in step 2 according to the decision in step 3" is performed as follows.
In step 3 above, it was determined whether a peak corresponds to a single core or a double core. However, in step 2, both the optimum structure X in the case of a single core and the optimum structure Y in the case of a double core have been specified. As a result, the single core of structure X, which was optimized in step 2, was adopted for the peak that was "corresponding to a single core" in step 3, and the peak that was "corresponding to a double core" was selected for the peak. The double core of structure Y, which was optimized in step 2, has been adopted.
However, as described above, there are peaks in which there are molecules that can only have a single core structure in the peak group to which the double core is applicable. For such peaks, the single core of structure X is adopted. Will be done. The same is true in the opposite case.
In step 4 of FIG. 2 following step 3 (another method) of FIG. 2, it was determined that the peaks capable of taking both single core and double core take both single core and double core, respectively. In this case, the structure X specified in step 2 is adopted for the single core, and the structure Y specified in step 2 is adopted for the multi-core, and the determination is made.
(イ)「側鎖及び架橋を決定する」とは、以下のi〜iiiの手順により行う。
i.上記のようにして、ステップ2及び3により、FT-ICR-質量分析のピーク一つ一つに対し、シングルコアが該当するのか又はダブルコアが該当するのかを特定することができた。しかるに、これらにおいてコア部分のみの存在を想定しただけでは、対象とする試料についてFT-ICR-質量分析にて得られたピークのm/zの値で示される質量に合致しない。即ち、コア部分の形成に関与している炭素、水素及びヘテロ原子に基づく質量を合計しても、FT-ICR-質量分析にて得られたピークのm/zの値で示される質量と差が生じる。
そこで、その質量の差分は、コアに結合している側鎖やコアどうしを結合させている架橋の存在に由来するものと考え、差分が解消するように炭素の数及び水素の数を割り出し、それを側鎖及び架橋としてコア種に割り付ける。
例えば、あるm/z=nのピークに対して、上記の手順により、「コア1−コア2」からなるあるダブルコア構造が割り付けられたとする。このとき、
その質量の差分(d)=n−(コア1の質量+コア2の質量)
が、側鎖及び架橋の存在に由来するものとなる。
(B) “Determining the side chain and cross-linking” is performed by the following procedures i to iii.
i. As described above, it was possible to identify whether the single core or the double core corresponds to each peak of the FT-ICR-mass spectrometry by steps 2 and 3. However, simply assuming the presence of only the core portion in these does not match the mass indicated by the m / z value of the peak obtained by FT-ICR-mass spectrometry for the target sample. That is, the total mass based on carbon, hydrogen, and heteroatoms involved in the formation of the core portion is different from the mass indicated by the m / z value of the peak obtained by FT-ICR-mass spectrometry. Occurs.
Therefore, it is considered that the difference in mass is derived from the existence of side chains bonded to the core and crosslinks connecting the cores, and the number of carbon and the number of hydrogen are calculated so that the difference is eliminated. Allocate it to the core species as side chains and crosslinks.
For example, suppose that a certain double core structure composed of "core 1-core 2" is assigned to a certain peak of m / z = n by the above procedure. At this time,
Difference in mass (d) = n- (mass of core 1 + mass of core 2)
Is derived from the presence of side chains and crosslinks.
ii.上記i.においては、側鎖及び架橋として割り付ける炭素の数及び水素の数は求められるが、まだ、どういう構造の側鎖及び架橋かは決定できていない。そこで、どういう構造の側鎖及び架橋が相当するのかを推定するにあたっては、想定される側鎖及び架橋の組合せの存在確率を考慮して、例えば、以下のようなルールを決めておき、それに従って推定すればよい。ルールとしては、側鎖や架橋を構成する炭素の数の上限や側鎖の本数等の条件を予め定めておけばよい。
iii.上記iにおいて、その質量の差分に相当する側鎖及び架橋が存在しない場合は、コア1とコア2が単に結合しているという構造を当てはめてもよい。
(ウ)上記にて決定した側鎖及び架橋を「コアに割り付ける」とは、シングルコア又はダブルコアにおけるどのコアのどの位置に側鎖や架橋が結構しているかを決定することまでを包含する意味ではない。
(エ)このようにして、コアの構造を決定し、さらに側鎖及び架橋を決定できた。
ii. The above i. In, the number of carbons and the number of hydrogens to be allocated as side chains and crosslinks are obtained, but the structure of side chains and crosslinks has not yet been determined. Therefore, in estimating what kind of structure the side chains and crosslinks correspond to, for example, the following rules are determined in consideration of the existence probability of the expected combination of side chains and crosslinks, and according to the following rules. You can estimate it. As a rule, conditions such as the upper limit of the number of carbons constituting the side chains and crosslinks and the number of side chains may be set in advance.
iii. In the above i, when the side chain and the crosslink corresponding to the difference in mass do not exist, the structure that the core 1 and the core 2 are simply bonded may be applied.
(C) “Assigning the side chain and crosslink to the core” determined above includes determining which core and position of the single core or double core the side chain and crosslink are located. is not it.
(D) In this way, the core structure could be determined, and the side chains and crosslinks could be determined.
(7)ステップ5(分子の存在割合の最適化)(図1のS5、図2のS5)
ステップ5は、ステップ1において特定された分子の存在割合を、元の多成分混合物全体を対象とした分析情報を用いて最適化するステップである。
具体的には多成分混合物全体について測定した平均物性値の値に合致するよう前記ステップ1において特定された各分子の存在割合を調整する。
「最適化する」とは、文字どおり「最適な値を求める」という意味のみならず、具体的には、多成分混合物全体について測定した平均物性値との乖離が小さくなるように前記ステップ1において特定された各分子の存在割合を調整し、精緻化する行為を広く包含することを意味している。
(7) Step 5 (optimization of molecular abundance ratio) (S5 in FIG. 1, S5 in FIG. 2)
Step 5 is a step of optimizing the abundance ratio of the molecule identified in step 1 by using the analysis information for the entire original multi-component mixture.
Specifically, the abundance ratio of each molecule specified in step 1 is adjusted so as to match the value of the average physical characteristic value measured for the entire multi-component mixture.
"Optimizing" does not only literally mean "finding the optimum value", but specifically, it is specified in step 1 so that the deviation from the average physical property value measured for the entire multi-component mixture becomes small. It means to broadly include the act of adjusting the abundance ratio of each molecule and refining it.
(ア)「元の多成分混合物全体を対象とした分析」とは、例えば以下のものをさすが、求める最適化度合いに応じて、考慮すべき情報を、以下のi〜ivから適宜選択すればよい。
i.元素分析値
多成分混合物について元素分析を行うことにより、水素/炭素比、窒素/炭素比、イオウ/炭素比、酸素/炭素比がわかる。特に水素/炭素比に着目するのが好ましい。
ii.芳香族性指数(fa)
芳香族性指数(fa)とは、多成分混合物中の炭素原子のうち、芳香族環の形成に関与している炭素の割合をさし、fa=Ca/C で表される。
iii.水素原子分布
多成分混合物中の水素原子に関し、その位置(どういう炭素原子に結合している水素なのか、即ち、芳香族環の炭素に結合している水素なのか、脂肪鎖の炭素に結合している水素なのか、またどういう芳香族環や脂肪鎖におけるどういう位置にある炭素なのか等)についての情報である。
iv.数平均分子量
(A) "Analysis of the entire original multi-component mixture" refers to, for example, the following, but if the information to be considered is appropriately selected from the following i to iv according to the desired degree of optimization. Good.
i. Elemental analysis value By performing elemental analysis on a multi-component mixture, the hydrogen / carbon ratio, nitrogen / carbon ratio, sulfur / carbon ratio, and oxygen / carbon ratio can be found. In particular, it is preferable to pay attention to the hydrogen / carbon ratio.
ii. Aromaticity index (fa)
The aromaticity index (fa) refers to the ratio of carbon atoms involved in the formation of an aromatic ring among carbon atoms in a multi-component mixture, and is represented by fa = Ca / C.
iii. Hydrogen atom distribution Regarding the hydrogen atom in the multi-component mixture, its position (what kind of carbon atom is bonded to hydrogen, that is, hydrogen bonded to the carbon of the aromatic ring, is bonded to the carbon of the fatty chain It is information about what kind of hydrogen is hydrogen, what kind of aromatic ring and what position carbon is in the fat chain, etc.).
iv. Number average molecular weight
(イ)「元の多成分混合物全体を対象とした分析情報を用いて最適化する」とは、例えば、以下の方法にて行えばよい。
上記の水素/炭素比、芳香族性指数、水素原子分布、数平均分子量等の値を基に導き出した各分子の存在モル分率と、多成分混合物のFT-ICR質量スペクトルにて得られた各ピークの強度から導き出される各分子のモル分率との乖離が最小になるよう、補正係数を求める方法である。
(B) “Optimization using analytical information for the entire original multi-component mixture” may be performed by, for example, the following method.
It was obtained from the abundance mole fraction of each molecule derived based on the above values such as hydrogen / carbon ratio, aromaticity index, hydrogen atom distribution, number average molecular weight, etc., and the FT-ICR mass spectrum of the multi-component mixture. This is a method of finding the correction coefficient so that the deviation from the mole fraction of each molecule derived from the intensity of each peak is minimized.
このようにして、上記のステップ1〜ステップ4、さらには、好ましくは、ステップ5により、多成分混合物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合を特定することができる。 In this way, the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture and the abundance ratio thereof can be specified by the above steps 1 to 4, and more preferably step 5.
本発明においては、前記多成分混合物が、ある多成分混合物を2以上の任意の部分に分画することにより得られた一つの分画物であってもよい。即ち、前記における「多成分混合物」を、大きな括りの「多成分混合物A」を分画して得られた一つの分画物Iと捉えた場合、「多成分混合物A」は、分画物I、分画物II・・など、分画の数だけの分画物の混合物と捉えることができる。分画物IIについても、分画物Iで行った方法と同様の方法により、分画物IIを構成する各成分の分子構造を特定することができる。 In the present invention, the multi-component mixture may be one fraction obtained by fractionating a multi-component mixture into two or more arbitrary portions. That is, when the "multi-component mixture" in the above is regarded as one fraction I obtained by fractionating a large group of "multi-component mixture A", the "multi-component mixture A" is a fraction. It can be regarded as a mixture of as many fractions as there are fractions, such as I, Fraction II, and so on. For the fraction II, the molecular structure of each component constituting the fraction II can be specified by the same method as that used for the fraction I.
分画を行うにあたって、分画物の境目とする基準又は分画するための方法は特に問わない。具体的には、以下のような方法で行うのが好ましい。
多成分混合物に対し高精度なタイプ別分離前処理を施し、複数の成分に分画するという方法である。特に重質油の場合、かかる分画を行うことが好ましい。「タイプ別分離前処理」の方法としては、特に限定はされず、任意の基準に従っていくつかの成分に分離させればよいのであるが、カラムクロマト分画方法、ソックスレー抽出法や高速溶媒抽出法等の溶媒抽出法等の公知の方法を用いればよい。重質油の場合は、例えば、特開2011−133363号公報に記載の方法のように、カラムクロマト分画方法を用いるのが好ましい。いくつの成分に分画するかは、目的に応じて、適宜選択すればよい。
In performing the fractionation, the standard used as the boundary of the fractionated object or the method for fractionation is not particularly limited. Specifically, it is preferable to carry out by the following method.
This is a method in which a multi-component mixture is subjected to a highly accurate type-specific separation pretreatment and fractionated into a plurality of components. Especially in the case of heavy oil, it is preferable to carry out such fractionation. The method of "separation pretreatment by type" is not particularly limited and may be separated into several components according to an arbitrary standard. However, a column chromatography fractionation method, a Soxhlet extraction method or a high-speed solvent extraction method A known method such as a solvent extraction method such as the above may be used. In the case of heavy oil, it is preferable to use a column chromatographic fractionation method, for example, as in the method described in JP-A-2011-133363. The number of components to be fractionated may be appropriately selected according to the purpose.
具体的には、次の第1〜第4工程を含む方法が挙げられる。
(第1工程)
重質油をn−パラフィンに可溶なマルテン分とそれ以外の不溶分に分離する。
(第2工程)
上記(第1工程)で分離したマルテン分をカラムクロマトグラフィーを用いて飽和分(Sa)、1環芳香族分(1A)、2環芳香族分(2A)、3環以上の芳香族分(3A+)、極性レジン分(Po)及び多環芳香族レジン(PA)の各フラクションに分離する。
(第3工程)
さらに好ましくは、前記第2工程で得られた3環以上の芳香族分フラクション(3A+)を、分取液体クロマトグラフィーを用いて、さらにPeri型4環芳香族分とCata型4環芳香族分のフラクション及び場合によっては5環以上の芳香族分(5A+)に分離してもよい。
Specifically, a method including the following first to fourth steps can be mentioned.
(First step)
The heavy oil is separated into marten, which is soluble in n-paraffin, and other insoluble components.
(Second step)
The malten content separated in the above (first step) is saturated using column chromatography (Sa), 1-ring aromatic component (1A), 2-cyclic aromatic component (2A), and 3 or more ring aromatic components (Sa). It separates into each fraction of 3A +), polar resin (Po) and polycyclic aromatic resin (PA).
(Third step)
More preferably, the three or more rings of the aromatic fraction (3A +) obtained in the second step are further subjected to preparative liquid chromatography to further obtain a Peri-type tetracyclic aromatic component and a Cata-type tetracyclic aromatic component. Fractions and, in some cases, 5 or more rings of aromatics (5A +) may be separated.
次に、コンピュータを用いて、多成分混合物の組成モデルを決定する方法を説明する。
これは、多成分混合物を2以上の任意の部分に分画するステップAと、ステップAで分画された各分画物について、前記の方法により、各分画物を構成する各成分の分子構造及び存在割合を特定するステップBと、ステップAで分画された各分画物の混合比に従って、すべての分画物について得られた全成分の分子構造及び存在割合を統合するステップCとを含むことを特徴とする方法である。
前記のとおり、「多成分混合物A」を、それを分画することにより得られた分画物I、分画物II・・など、分画の数だけの分画物の混合物と捉え、各分画物については、前記の方法にて、その分画物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合を特定する。しかる後に、「多成分混合物A」における分画物I、分画物II・・それぞれの混合比、即ち、分画収率に従って、全分画物の全成分を統合すれば、「多成分混合物A」の組成モデル全体について、どういう成分により、どういう割合で構成されているのかを特定することができる。
Next, a method of determining a composition model of a multi-component mixture using a computer will be described.
This is the molecule of each component constituting each fraction by the above-mentioned method for step A in which the multi-component mixture is fractionated into two or more arbitrary portions and each fraction fractioned in step A. Step B for specifying the structure and abundance ratio, and step C for integrating the molecular structure and abundance ratio of all the components obtained for all the fractions according to the mixing ratio of each fraction fractionated in step A. It is a method characterized by including.
As described above, the "multi-component mixture A" is regarded as a mixture of as many fractions as the number of fractions, such as fraction I, fraction II, etc. obtained by fractionating the mixture. With respect to the fraction, the molecular structure of each component constituting the fraction and its abundance ratio are specified by the above method. After that, if all the components of the total fraction are integrated according to the mixing ratios of the fraction I and the fraction II in the "multi-component mixture A", that is, the fraction yield, the "multi-component mixture" is obtained. It is possible to specify what kind of component and what proportion are composed of the entire composition model of "A".
さらに、本発明はまた、上記の方法により特定された、多成分混合物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合に基づいて、多成分混合物の物性値を推定する方法である。
ここでいう「物性値」とは、例えば、次のものが挙げられる。生成ギブス自由エネルギー、イオン化ポテンシャル、分極率、誘電率、蒸気圧、液体密度、API度、気体粘度、液体粘度、表面張力、沸点、臨界温度、臨界圧力、臨界体積、生成熱、熱容量、双極子モーメント、エンタルピー、エントロピー等である。
これらの物性値は、通常、原子団寄与法や分子軌道法を用いて算出される。原子団寄与法とは、ある物質の物性値を求めるにあたり、その物質の化学構造を特定し、存在する各種の原子団、即ち、「基」が持つ固有のパラメータ値をもとに、その物質の物性値を算出するという方法である。即ち、その物質が持つ「基」が特定されることが前提となる。また、分子軌道法においても、まず、その物質が持つ「基」が特定され、それをもとに構造が特定されることが前提となる。
本発明においては、上述のように、多成分混合物を構成する各成分について、存在する各種の原子団が特定されるので、各種の原子団が持つ公知の固有のパラメータ値を用いて、その成分の物性値を算出することができる。さらに、各成分の存在割合も特定されているので、この存在割合を考慮すれば、適宜、各成分の持つ物性値から全体の多成分混合物の物性値を推算することが可能となる。
Furthermore, the present invention is also a method of estimating the physical property value of the multi-component mixture based on the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture and the abundance ratio thereof, which are specified by the above method.
Examples of the "physical characteristic value" referred to here include the following. Gibbs produced Free energy, ionization potential, polarization rate, dielectric constant, vapor pressure, liquid density, API degree, gas viscosity, liquid viscosity, surface tension, boiling point, critical temperature, critical pressure, critical volume, heat generated, heat capacity, bipolar Moment, enthalpy, entropy, etc.
These physical property values are usually calculated using the atomic group contribution method or the molecular orbital method. In the atomic group contribution method, when determining the physical property value of a substance, the chemical structure of the substance is specified, and the substance is based on the unique parameter values of various existing atomic groups, that is, "groups". It is a method of calculating the physical property value of. That is, it is premised that the "group" of the substance is specified. Also, in the molecular orbital method, it is premised that the "group" of the substance is first specified and the structure is specified based on it.
In the present invention, as described above, various atomic groups existing are specified for each component constituting the multi-component mixture. Therefore, the components are specified by using known and unique parameter values of the various atomic groups. It is possible to calculate the physical property value of. Further, since the abundance ratio of each component is also specified, if this abundance ratio is taken into consideration, it is possible to appropriately estimate the physical characteristic value of the entire multi-component mixture from the physical characteristic value of each component.
多成分混合物、特に石油の精製装置の運転においては、通常、原料である石油の物性値を指針として、最適な条件が設定される。
本発明は、上記、推定された多成分混合物の物性値に基づいて、運転条件を設定することを特徴とする多成分混合物、特に石油に関する装置の運転方法である。「物性値に基づいて」とは、
上記方法にて推定された物性値そのものを単独で又は複数組み合わせて、直接の因子として運転条件の設定に用いるという場合や、上記方法にて推定された物性値が他の通常の物性値と組合わされて運転条件を決定する因子となるような場合も含まれる。また、上記方法にて推定された物性値は運転条件を決定する直接の因子にはならないが、他の運転因子を決定するためのデータとして用いられるような場合も広く含まれる。
In the operation of a multi-component mixture, particularly a petroleum refinery, optimum conditions are usually set with the physical characteristic value of petroleum as a raw material as a guideline.
The present invention is a method of operating an apparatus relating to a multi-component mixture, particularly petroleum, characterized in that operating conditions are set based on the above-estimated physical property values of the multi-component mixture. "Based on physical characteristics" means
When the physical property values estimated by the above method are used alone or in combination of two or more as a direct factor for setting the operating conditions, or when the physical property values estimated by the above method are combined with other normal physical property values. It also includes cases where they are combined and become factors that determine operating conditions. Further, although the physical property value estimated by the above method is not a direct factor for determining the operating conditions, it also includes a wide range of cases where it is used as data for determining other operating factors.
次に、発明の理解を容易にするために便宜的に想定モデルを用いて、前記ステップ1〜5に即し、本発明の実施形態を説明する。「多成分混合物」としては、多環芳香族レジン分(PA)をモデルとしている。
以下は、単に、想定モデルにて模式的に単純化して説明をするものであるので、これをもとに、本発明が限定的に解釈されるということではない。
Next, an embodiment of the present invention will be described in accordance with steps 1 to 5 using a hypothetical model for convenience in order to facilitate understanding of the invention. The "multi-component mixture" is modeled on a polycyclic aromatic resin (PA).
The following is merely a schematic simplification and explanation of the assumed model, and thus the present invention is not to be interpreted in a limited manner based on this.
(本方法の要点)
本発明は、多成分混合物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合を特定する方法であるが、具体的には、対象とする多成分混合物に対しFT-ICR-質量分析を行い、得られたピーク一つ一つについて、ピークに帰属する分子(複数の場合もある)の分子構造をJACDにより表示し、特定するものである。
例えば、ある多成分混合物をFT-ICR-質量分析し、質量スペクトルが得られたとする。この質量スペクトルでは多くのピークが計測されるが、そのうちm/zが522.24というピークを例にとると、「このピークに帰属される分子は、分子式がC38H34Sであり、その分子式に該当する一つの分子の構造は、JACDで表すと、図3に示すようなコア1、コア2、架橋、側鎖からなるものである。」ということを特定することである。そして、C38H34Sという分子式に該当するJACDが複数存在する場合には、それらのすべてについて、各々の構造をJACDで表示し、特定することである。
(Points of this method)
The present invention is a method for specifying the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture and its abundance ratio. Specifically, the target multi-component mixture is subjected to FT-ICR-mass spectrometry. For each of the peaks, the molecular structure of the molecule (there may be more than one) belonging to the peak is displayed by JACD and specified.
For example, suppose that a multi-component mixture is subjected to FT-ICR-mass spectrometry to obtain a mass spectrum. Many peaks are measured in this mass spectrum, and taking the peak with m / z of 522.24 as an example, "The molecule belonging to this peak has a molecular formula of C38H34S and corresponds to that molecular formula. The structure of one molecule is composed of core 1, core 2, cross-linking, and side chain as shown in FIG. 3 in JACD. " Then, when there are a plurality of JACDs corresponding to the molecular formula C38H34S, the structures of each of them are displayed and specified by JACDs.
図1のフローチャートに示した各ステップを想定モデルに適用して説明する。
(1)ステップ1(質量分析)(図1のS1)
ステップ1においては、多成分混合物に対し質量分析を行い、それにより得られたすべてのピークについて、各ピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子式に該当する分子の存在割合を特定する。言い換えれば、当該多成分混合物を構成する各成分の分子式及びその分子式に該当する分子の存在割合を特定する。
FT-ICR-質量分析にて得られた質量スペクトルでは、質量を極めて精密に測定できるので、各ピークに帰属する分子の分子式を特定することができる。
例えば、図3のチャートを見ると、質量(m/z)が303.2付近には多くのピークが現れているが、その各々について、帰属する分子の分子式を正確に特定することができる。
また、全ピークの高さの総和に対するあるピークの高さの比率は、そのピークに帰属する分子の存在割合を表すことになる。
Each step shown in the flowchart of FIG. 1 will be described by applying it to the assumed model.
(1) Step 1 (mass spectrometry) (S1 in FIG. 1)
In step 1, mass spectrometry is performed on the multi-component mixture, the molecular formulas of the molecules belonging to each peak are specified for all the peaks obtained by the mass spectrometry, and the abundance ratio of the molecules corresponding to the molecular formulas is further specified. .. In other words, the molecular formula of each component constituting the multi-component mixture and the abundance ratio of the molecule corresponding to the molecular formula are specified.
In the mass spectrum obtained by FT-ICR-mass spectrometry, the mass can be measured extremely accurately, so that the molecular formula of the molecule belonging to each peak can be specified.
For example, looking at the chart of FIG. 3, many peaks appear in the vicinity of mass (m / z) of 303.2, and the molecular formula of the molecule to which they belong can be accurately specified for each of them.
In addition, the ratio of the height of a certain peak to the total height of all peaks represents the abundance ratio of molecules belonging to the peak.
(2)ステップ2(分子のコア部分の構造の特定)(図1のS2)
ステップ2では、ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合のその最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合のその最適な構造Yの両者を特定する。
(ア)まず、各々のピークに帰属する分子におけるコア部分を、以下のi〜iiiの手順で列挙する。
i.FT-ICR-質量分析から得られた各々のピークに対し、そのピークに帰属させられる分子の分子式を決定する。
その結果、その分子式におけるヘテロ原子の種類と数、DBE値等の情報を得ることができる。
ii.ヘテロ原子の種類と数及びDBE値に基づき、これらに該当するコアをすべて列挙する。
この列挙にあたっては、「コア構造リスト」の中から、ヘテロ原子の種類と数及びDBE値を照合して、リストの中から該当すると考えられるコアをすべて選定する。
例えば、あるピークの分子式が、「C30H18」とすると、このピークは、「ヘテロ原子=なし、DBE値=22」となる。
(2) Step 2 (Specification of the structure of the core part of the molecule) (S2 in FIG. 1)
In step 2, the molecule belonging to each of the peaks obtained in the mass spectrometry of step 1 is the optimum structure X when it is assumed to be a single core, and its optimum structure Y when it is assumed to be multi-core. Identify both.
(A) First, the core portions of the molecule belonging to each peak are listed by the following procedures i to iii.
i. For each peak obtained from FT-ICR-mass spectrometry, the molecular formula of the molecule assigned to that peak is determined.
As a result, information such as the type and number of heteroatoms in the molecular formula and the DBE value can be obtained.
ii. Based on the type and number of heteroatoms and the DBE value, all corresponding cores are listed.
In this enumeration, the type and number of heteroatoms and the DBE value are collated from the "core structure list", and all the cores considered to be applicable are selected from the list.
For example, if the molecular formula of a certain peak is "C30H18", this peak becomes "heteroatom = none, DBE value = 22".
iii.コア構造リストからの選定
「ヘテロ原子=なし、DBE値=22」となるシングルコア及びダブルコア(DBE値の和が22となるコアの組合せ)を、以下の(1),(2)のようにして、コア構造リストから選定する。
(1)DBE値=22のシングルコアとして、コア構造リストから、以下のコアAとコアBの2つが選定された。
iii. Selection from the core structure list Single cores and double cores (combination of cores with a sum of DBE values of 22) with "heteroatom = none, DBE value = 22" are set as shown in (1) and (2) below. Then select from the core structure list.
(1) The following two cores A and B were selected from the core structure list as a single core with a DBE value of 22.
(2)ダブルコアとして、コア構造リストから、以下のダブルコアC、ダブルコアD、ダブルコアEの3組が選定された。
ダブルコアC (DBE値=10+12)
Double core C (DBE value = 10 + 12)
ダブルコアD (DBE値=7+15)
ダブルコアE (DBE値=8+14)
(イ)次に、上記列挙されたシングルコアA及びB、及びダブルコアC,D,Eの中から、そのピークのコアの候補として最も妥当なものとして、以下のi及びiiに従って、シングルコア、ダブルコアをそれぞれ1つずつ特定する。
i.上記により列挙された2つのシングルコアA,Bのうち、そのコアの芳香環に結合している水素の数が最も小さいものを最も妥当なものとして特定する。
上記のモデルにおいて、コアAとコアBを比較すると、コアBの方がコアの芳香環に結合している水素の数が小さいので、コアBが最も妥当なものとして特定されることになる。
(B) Next, among the single cores A and B listed above and the double cores C, D, and E, the most appropriate candidate for the core of the peak is the single core, according to the following i and ii. Identify one double core each.
i. Of the two single cores A and B listed above, the one with the smallest number of hydrogens attached to the aromatic ring of the core is specified as the most appropriate one.
Comparing core A and core B in the above model, core B is identified as the most appropriate because it has a smaller number of hydrogens attached to the aromatic ring of the core.
ii.上記により列挙された3組のダブルコアC,D,Eのうち、まず、各組のダブルコアにおいて、ダブルコアを形成している片方のコアの芳香環に結合している水素の数が最も小さい組を最も妥当なものとして選び出す。この方法で1つに決まらない場合は、候補の複数のダブルコアについて、それぞれを形成している2つのコアの芳香環に結合している水素の数の差が最も小さいものを、最も妥当なものとして特定する。
上記、ダブルコアC、ダブルコアD、ダブルコアEを比較すると、ダブルコアEの片方のコアの芳香環に結合している水素の数が最も小さいので、ダブルコアEが最も妥当なものとして特定されることになる。
ii. Of the three sets of double cores C, D, and E listed above, first, in each set of double cores, the set with the smallest number of hydrogens bonded to the aromatic ring of one of the cores forming the double core is selected. Select as the most reasonable one. If one cannot be determined by this method, the one with the smallest difference in the number of hydrogens bonded to the aromatic rings of the two cores forming each of the multiple candidate double cores is the most appropriate one. Identify as.
Comparing the above double core C, double core D, and double core E, the number of hydrogens bonded to the aromatic ring of one core of the double core E is the smallest, so that the double core E is specified as the most appropriate one. ..
(3)ステップ3(シングルコアかダブルコアかの決定)(図1のS3)
ステップ3では、ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるのかダブルコアであるのかを決定する。
本ステップにおいて、まず、FT-ICR-質量分析にて得られたピークの各々について、それぞれに帰属させる分子は、シングルコア又はダブルコアの必ずいずれかに該当するものと仮定し、その上で、シングルコア又はダブルコアのいずれであるのかを決定する
以下のi〜ivの手順で行う。
i.FT-ICR-質量分析にて得られたすべてのピークに対し、シングルコアとダブルコアの各々の存在比率を求める。
試料に対し、プロトンNMR分析及び元素分析を行うことにより、試料の「単位構造」を推定することができる。単位構造が推定できれば、その構造の分子量も推定することができる。
試料において、プロトンNMR分析及び元素分析結果から、「単位構造」として、以下のように特定した。分子量は318である。
(3) Step 3 (determination of single core or double core) (S3 in FIG. 1)
In step 3, it is determined whether the molecule belonging to each of the peaks obtained by the mass spectrometry in step 1 is a single core or a double core.
In this step, first, for each of the peaks obtained by FT-ICR-mass spectrometry, it is assumed that the molecule assigned to each peak corresponds to either single core or double core, and then single. Determine whether it is a core or a double core. Follow the procedure i to iv below.
i. For all the peaks obtained by FT-ICR-mass spectrometry, the abundance ratio of each of the single core and the double core is determined.
The "unit structure" of a sample can be estimated by performing proton NMR analysis and elemental analysis on the sample. If the unit structure can be estimated, the molecular weight of that structure can also be estimated.
In the sample, the "unit structure" was specified as follows from the results of proton NMR analysis and elemental analysis. The molecular weight is 318.
このとき、P値(重合度)=「平均分子量」/「基本骨格の分子量」
=347/318
=1.09
となるので、二量体の存在割合(「P値−1」)は、1.09−1=0.01、すなわち、9%となる。
この値を、前出にて説明したように「ダブルコアの存在比率」に相当するものであると解釈する。
At this time, P value (degree of polymerization) = "average molecular weight" / "molecular weight of basic skeleton"
= 347/318
= 1.09
Therefore, the abundance ratio of the dimer (“P value -1”) is 1.09-1 = 0.01, that is, 9%.
This value is interpreted as corresponding to the "double core abundance ratio" as explained above.
ii.次に、上記iで求めたシングルコアとダブルコアの存在比率(91%:9%) のところで、元のFT-ICR-質量分析によって得られた全ピークを区分けする。
即ち、元のFT-ICR-質量分析によって得られた全ピークにおいて、m/z値の小さいものから順に並べ、m/z値の最小のものからそのピーク強度を合算していく。そして、全ピークの強度の総和に対する合算した値の比率が、上記「シングルコアとダブルコアの存在比率(91%:9%)」になるところで線引きし、区分けする。
このようにして区分けされたうち、m/zの値の小さい方は、シングルコアが該当するものとし、m/zの値の大きい方は、ダブルコアが該当するものとする。
ただし、ダブルコアが該当するとされたピーク群の中にも、DBE値やヘテロ原子の数等から構造上、シングルコア構造しかとり得ないピークが存在する。これらについては、シングルコアとして扱う。即ち、逆に、シングルコアが該当するとされたピーク群の中にも、ダブルコア構造しかとり得ないピークが存在する。これらについては、ダブルコアとして扱う。
ii. Next, at the abundance ratio (91%: 9%) of the single core and the double core obtained in i above, all the peaks obtained by the original FT-ICR-mass spectrometry are classified.
That is, in all the peaks obtained by the original FT-ICR-mass spectrometry, the peaks are arranged in order from the one with the smallest m / z value, and the peak intensities are added up from the one with the smallest m / z value. Then, a line is drawn and classified when the ratio of the total value to the total intensity of all peaks becomes the above-mentioned "presence ratio of single core and double core (91%: 9%)".
Of those classified in this way, the one with the smaller m / z value corresponds to the single core, and the one with the larger m / z value corresponds to the double core.
However, even in the peak group to which the double core is applicable, there are peaks that can only have a single core structure due to the structure such as the DBE value and the number of heteroatoms. These are treated as a single core. That is, conversely, there are peaks that can only have a double-core structure even in the peak group to which a single core is applicable. These are treated as double cores.
iii.以上により、FT-ICR-質量分析によるピークについて、各々がシングルコアが該当するものなのか、それともダブルコアが該当するものなのかが決定されたことになる。
図5では、m/zが約720より小さいピークについては、シングルコアが該当するとし、m/zが約720より大きいピークについては、ダブルコアが該当するとしたことを示している。もっとも、実際には、ダブルコアが該当するとしたピークの中には、構造上、シングルコアしかとり得ないというものも存在する。これらについては、シングルコアとして扱う。
ピークに帰属する分子の中に、シングルコアしかとり得ない又はダブルコアしかとり得ないというものが存在する場合は、前記に記載の方法により、シングルコア又はマルチコアかの決定を調整するのが好ましい。
iii. From the above, it is determined whether each peak by FT-ICR-mass spectrometry corresponds to a single core or a double core.
FIG. 5 shows that a single core corresponds to a peak having m / z smaller than about 720, and a double core corresponds to a peak having m / z greater than about 720. However, in reality, some of the peaks that double cores correspond to can only be single cores due to their structure. These are treated as a single core.
If some of the molecules attributed to the peak can only have a single core or only a double core, it is preferable to adjust the determination of single core or multi-core by the method described above.
(4)ステップ4(側鎖及び架橋の決定)(図1のS4)
ステップ4では、前記ステップ3における決定に応じて、前記ステップ2にて特定された構造X又は構造Yのいずれかを採択し、採択されたコア部分に対し、側鎖及び架橋を決定して割り付ける。
ステップ4は、以下の手順にて行う。
i.ステップ3において、すべてのピークについて、シングルコアが該当するものなのか、それともダプルコアが該当するものなのかが決定されたが、一方、ステップ2により、各ピークには最も妥当とされたシングルコア1種とダブルコア1種が特定して割り付けられていた。
そこで、シングルコアが該当するものとされたピークについてはその特定されたシングルコアのコア部分を「そのピークに帰属する分子のコア部分」として決定し、また、ダブルコアが該当するとされたピークについては、その特定されたダブルコアのコア部分が「そのピークに帰属する分子のコア部分」として決定することになる。
(4) Step 4 (determination of side chain and cross-linking) (S4 in FIG. 1)
In step 4, either the structure X or the structure Y specified in step 2 is adopted according to the determination in step 3, and the side chains and crosslinks are determined and assigned to the adopted core portion. ..
Step 4 is performed according to the following procedure.
i. In step 3, it was determined whether the single core was applicable or the double core was applicable for all peaks, while in step 2, the single core 1 that was most appropriate for each peak was determined. Species and one double core were identified and assigned.
Therefore, for the peak to which the single core is applicable, the core part of the specified single core is determined as "the core part of the molecule belonging to the peak", and for the peak to which the double core is applicable, , The identified core portion of the double core will be determined as the "core portion of the molecule belonging to that peak".
ii.上記において特定されたコア部分の形成に関与している炭素、水素及びヘテロ原子に基づく質量を合計しても、FT-ICR-MSにて計測されたピークにおけるm/zの数値と差が生じる。
この差分は、コアに結合している側鎖やコアどうしを結合させている架橋の存在に由来するものと考え、差分が解消するように炭素の数及び水素の数を割出し、それを側鎖及び架橋としてコアに割り付ける。
例えば、あるm/z=438.2のピークに対して、次のようなダブルコアEが特定されていたとする。
ii. The sum of the masses based on carbon, hydrogen and heteroatoms involved in the formation of the core part identified above also differs from the m / z value at the peak measured by the FT-ICR-MS. ..
It is considered that this difference is derived from the existence of side chains bonded to the core and crosslinks connecting the cores, and the number of carbon and the number of hydrogen are calculated so that the difference is eliminated, and the side chains are used. Allocate to the core as chains and crosslinks.
For example, it is assumed that the following double core E is specified for a peak of m / z = 438.2.
(d)=m/z値 − (ダブルコアEの質量) ・・・(3)
この式(3)に上記のダブルコアEの質量を代入すると、
(d)=438.2−(168.09+242.11)=28
となり、この差分が、側鎖及び架橋の存在に由来するものとなる。
ここで、「28」という値は、2個の「−CH2−」に由来するものと考えると、上記ダブルコアEには、側鎖及び架橋が存在することになる。
そこで、どういう構造の側鎖及び架橋が相当するのかを推定するにあたっては、割り付けるべき炭素及び水素の数について、計算の便宜上、適宜ルールを決めておき、それに従って推定することになる。
例えば、以下のようなルールを適宜決めればよい。
ルール1:質量の差分(d)がある値Xまでについては、側鎖はなく、架橋のみに由来するものとする。
ルール2:質量の差分(d)がある値Xを超える分については、ルール1にて架橋を割り付けた後に側鎖に割り付ける。側鎖1本当たりとりうる最大の炭素数についてもルールを定めておき、それに従って割り付ければよい。
(D) = m / z value − (mass of double core E) ・ ・ ・ (3)
Substituting the mass of the double core E into this equation (3),
(D) = 438.2- (168.09 + 242.11) = 28
This difference is derived from the presence of side chains and crosslinks.
Here, considering that the value "28" is derived from two "-CH2-", the side chain and the crosslink are present in the double core E.
Therefore, in estimating what kind of structure the side chain and crosslink correspond to, the number of carbons and hydrogens to be allocated is estimated according to an appropriate rule for convenience of calculation.
For example, the following rules may be appropriately determined.
Rule 1: Up to a value X with a mass difference (d), it is assumed that there is no side chain and it is derived only from cross-linking.
Rule 2: If the mass difference (d) exceeds a certain value X, the crosslink is allocated in Rule 1 and then allocated to the side chain. A rule may be set for the maximum number of carbon atoms that can be taken per side chain, and allocation may be made accordingly.
まとめれば、上記のステップ1〜ステップ5により、多成分混合物を構成する各成分について、その分子構造をJACDで特定し、またその存在割合を特定することができたことになる。 In summary, by the above steps 1 to 5, the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture can be specified by JACD, and the abundance ratio thereof can be specified.
(5)ステップ5(分子の存在割合の最適化)(図1のS5)
ステップ5では、前記ステップ1において特定された各成分の存在割合を、元の多成分混合物全体を対象とした分析情報を用いて最適化する。
ここでは、水素/炭素原子比に着目して、ピークの強度を補正する方法を示すことにする。
一般に、質量分析におけるピーク感度の低下は、分子量が大きい分子の場合に顕著であり、分子量が大きくなるに従って感度が低下する。具体的には、分画後、分子量が大きい留分においては、高い芳香族性、即ち、高い水素/炭素原子比を持つ分子の存在量が少なく観測される傾向にある。このため、質量分析結果から推定した水素/炭素原子比は、分画成分の元素分析結果による値に比べ、より小さく観測される。
(5) Step 5 (optimization of molecular abundance ratio) (S5 in FIG. 1)
In step 5, the abundance ratio of each component specified in step 1 is optimized by using the analysis information for the entire original multi-component mixture.
Here, we will focus on the hydrogen / carbon atom ratio and show a method for correcting the peak intensity.
In general, the decrease in peak sensitivity in mass spectrometry is remarkable in the case of a molecule having a large molecular weight, and the sensitivity decreases as the molecular weight increases. Specifically, after fractionation, fractions with a large molecular weight tend to be observed with a low abundance of molecules with high aromaticity, that is, a high hydrogen / carbon atom ratio. Therefore, the hydrogen / carbon atom ratio estimated from the mass spectrometry result is observed to be smaller than the value obtained from the elemental analysis result of the fractionation component.
この影響を補正するため、質量分析の感度補正を行うことが必要になってくる。その手順は、概ね、以下のとおりである。
(ア)感度低下の始まる分子量をMc、個々のピークの分子量をMi、そのピークのピーク強度をIi、感度補正係数をbiとする。ここで、全ピーク強度の合計が100%となるようにピーク強度を規格化する。
(イ)Mi≦Mcの分子に対しては、bi=1とする。
また、MiがMcを越える領域では、biは分子量の増加に伴い線形に増加すると仮定する。
以上の仮定は次式のようにまとめられる。
・Mi≦Mc においては、bi=1
・Mi>Mc においては、bi=a・fi・(Mi−Mc)
(aは、biの分子量に対する変化率、fiはピークiのピーク感度である。)
(ウ)上記の感度補正係数を用いると質量分析に用いた試料の炭素数(Cm)および水素数(Hm)が
で計算され、この値から試料のH/C原子比はHm/Cmと計算される。
(エ)質量分析の感度がすべてのピークに対して等しければ、元素分析で測定したH/C原子比と質量分析で計算したHm/Cmは等しくなるはずであるので、両者の差をd とするとき、
(H/Cのバーは、元素分析によって得られた水素/炭素原子を表している。)
が最小となる場合が最適解となる。そこで、d 2が最小となるようa及びMcを決定する。
(オ)a及びMcを決定した後、全ピークの強度につき、biで補正する。
(カ)補正後、全ピーク強度の合計が100%となるようにピーク強度を再度規格化する。
In order to correct this effect, it is necessary to correct the sensitivity of mass spectrometry. The procedure is generally as follows.
(A) Let Mc be the molecular weight at which the decrease in sensitivity begins, Mi be the molecular weight of each peak, Ii be the peak intensity of the peak, and bi be the sensitivity correction coefficient. Here, the peak intensities are standardized so that the total of all peak intensities is 100%.
(A) For the molecule of Mi ≦ Mc, set bi = 1.
Further, in the region where Mi exceeds Mc, it is assumed that bi increases linearly with an increase in molecular weight.
The above assumptions can be summarized as follows.
・ In Mi ≤ Mc, bi = 1
-When Mi> Mc, bi = a · fi · (Mi-Mc)
(A is the rate of change of bi with respect to the molecular weight, and fi is the peak sensitivity of peak i.)
(C) When the above sensitivity correction coefficient is used, the carbon number (Cm) and hydrogen number (Hm) of the sample used for mass spectrometry can be obtained.
From this value, the H / C atomic ratio of the sample is calculated as Hm / Cm.
(D) If the sensitivity of mass spectrometry is equal for all peaks, the H / C atomic ratio measured by elemental analysis and Hm / Cm calculated by mass spectrometry should be equal, so the difference between the two is d. and when,
(H / C bars represent hydrogen / carbon atoms obtained by elemental analysis.)
Is the optimum solution. Therefore, a and Mc are determined so that d 2 is minimized.
(E) After determining a and Mc, the intensities of all peaks are corrected by bi.
(F) After correction, the peak intensities are standardized again so that the total of all peak intensities is 100%.
上述のように、ステップ1〜ステップ6により、多成分混合物を構成する各成分の分子構造及びその存在割合を特定することができた。 As described above, the molecular structure of each component constituting the multi-component mixture and the abundance ratio thereof could be specified by steps 1 to 6.
次に、多成分混合物に対し、タイプ別分離前処理を施した場合の実施例を説明する。
I.タイプ別分画
試料として、常圧残油を減圧蒸留することにより得られた減圧残油(VR)を用いた。減圧残油(VR)は、重質油に相当するものである。減圧残油(VR)に対し、前処理方法(第1〜3工程)を行うことによって得られた飽和分(Sa)、1環芳香族分(1A)、2環芳香族分(2A)、3環以上の芳香族分(3A+)、極性レジン分(Po)及び多環芳香族レジン(PA)の各フラクション、並びに、第1工程でマルテン分と分離したアスファルテン分(As)の各フラクションについて、それぞれの得率を求めた。
Next, an example will be described in the case where the multi-component mixture is subjected to type-specific separation pretreatment.
I. Fractionation by type As a sample, vacuum residual oil (VR) obtained by distillation of atmospheric residual oil under reduced pressure was used. Decompressed residual oil (VR) corresponds to heavy oil. Saturated components (Sa), 1-ring aromatics (1A), 2-cyclic aromatics (2A), obtained by performing the pretreatment method (steps 1 to 3) on the vacuum residual oil (VR), About each fraction of 3 or more rings of aromatic (3A +), polar resin (Po) and polycyclic aromatic resin (PA), and each fraction of asphaltene (As) separated from marten in the first step. , The profit rate of each was calculated.
なお、前処理方法の第1〜2工程は、以下の方法で行った。
<第1工程:マルテン分の分離>
容量500ミリリットルの三角フラスコに試料を7gはかりとり、n−ヘプタンを220ミリリットル加え、空気冷却管をつけてn−ヘプタン不溶解分試験器で混合物を1時間還流煮沸した。
還流煮沸後、放置冷却し、ろ紙を用いてアスファルテン分を分離し、マルテン分を含むフラクションを得た。
<第2工程:マルテン分のカラムクロマトグラフィーによる分離>
第1工程で得たマルテン分を以下の条件にて、カラムクロマトグラフィーで分離した。
(1)カラムクロマトグラフィーのカラム条件
カラム:15mm×600mm(ゲル充填部分、ガラス製)
ゲル:シリカゲル40g+アルミナゲル50g(活性化後)
シリカゲル:Fuji Silysia製、Chromato Gel Grade 923AR
アルミナゲル:MP BiomebicaLs製、MP Alumina,Activated,Neutral,Super I
活性化条件:シリカゲル250℃×20h、アルミナゲル400℃×20h、0.2kg/cm2(N2ガス)加圧
試料量:1.5g(マルテン)
The first and second steps of the pretreatment method were carried out by the following methods.
<First step: Separation of marten>
7 g of the sample was weighed in an Erlenmeyer flask having a capacity of 500 ml, 220 ml of n-heptane was added, an air cooling tube was attached, and the mixture was boiled at reflux for 1 hour in an n-heptane insoluble matter tester.
After reflux boiling, the mixture was left to cool and the asphaltene content was separated using a filter paper to obtain a fraction containing the marten content.
<Second step: separation by column chromatography maltene fraction>
The marten content obtained in the first step was separated by column chromatography under the following conditions.
(1) Column conditions for column chromatography Column: 15 mm x 600 mm (gel-filled part, made of glass)
Gel: Silica gel 40g + Alumina gel 50g (after activation)
Silica gel: Chromato Gel Grade 923AR, manufactured by Fuji Silysia
Alumina gel: Made by MP BiomebicaLs, MP Alumina, Activated, Neutral, Super I
Activation conditions: Silica gel 250 ° C. x 20 h, Alumina gel 400 ° C. x 20 h, 0.2 kg / cm 2 (N 2 gas) Pressurized Sample amount: 1.5 g (Marten)
(2)分離方法
以下の溶媒を順次カラムに投入し、溶出溶液を分取した。
(i)n−ヘプタン200ミリリットルを投入し、 溶出した試料溶液250ミリリットルまでを飽和分(Fr.Sa)としてカットする。
(ii)n−ヘプタン95%、トルエン5%混合溶媒250ミリリットルを投入し、溶出した試料溶液200ミリリットルまでを1環芳香族分(Fr.1A)としてカットする。
(iii)n−ヘプタン90%、トルエン10%混合溶媒250ミリリットルを投入し、 溶出した試料溶液200ミリリットルまでをカットし、2環芳香族分(Fr.2A)とする。
(iv)トルエン250ミリリットルを投入し、 溶出した試料溶液300ミリリットルをカットし、3環以上芳香族分(Fr.3A+)とする。
(v)エタノール250ミリリットルを投入し、溶出した試料溶液230ミリリットルをカットし、極性レジン(Fr.Po)とする。
(vi)クロロホルム100ミリリットルを投入し、続いて (vii)エタノール100ミリリットルを投入し、再度(vi)、(vii)を繰り返す。(vi)、(vii)は全て1つのフラクションとして分取し、多環芳香族レジン(Fr.PA)とする。
(2) Separation method The following solvents were sequentially added to the column, and the elution solution was separated.
(I) Add 200 ml of n-heptane, and cut up to 250 ml of the eluted sample solution as the saturated component (Fr. Sa).
(Ii) 250 ml of a mixed solvent of 95% n-heptane and 5% toluene is added, and up to 200 ml of the eluted sample solution is cut as a single ring aromatic component (Fr.1A).
(Iii) Add 250 ml of a mixed solvent of 90% n-heptane and 10% toluene, and cut up to 200 ml of the eluted sample solution to obtain a bicyclic aromatic component (Fr.2A).
(Iv) Add 250 ml of toluene and cut 300 ml of the eluted sample solution to obtain 3 or more rings of aromatics (Fr.3A +).
(V) Add 250 ml of ethanol and cut 230 ml of the eluted sample solution to obtain a polar resin (Fr. Po).
(Vi) Add 100 ml of chloroform, then add 100 ml of (vii) ethanol, and repeat (vi) and (vii) again. (Vi) and (vii) are all separated as one fraction to obtain a polycyclic aromatic resin (Fr.PA).
結果は、以下のとおりであった。
飽和分(Sa)10%、1環芳香族分(1A)11%、2環芳香族分(2A)8%、3環以上の芳香族分(3A+)35%、極性レジン分(Po)9%、多環芳香族レジン分(PA)16%、及びアスファルテン分(As)11%。
The results were as follows.
Saturation (Sa) 10%, 1-ring aromatic (1A) 11%, 2-cyclic aromatic (2A) 8%, 3 or more aromatics (3A +) 35%, polar resin (Po) 9 %, Polycyclic aromatic resin (PA) 16%, and asphaltene (As) 11%.
II.分子構造特定
(1)ステップ1
試料に対しフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式による質量分析計による質量分析を行い、それにより得られたピークについて、各89ピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子式に該当するすべての分子の合計の存在割合を特定した。
詳細は、以下のとおりである。
(ア)12T(テスラ)の超伝導マグネットを備えたフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴方式のsolaliX FT-ICR-質量分析計 (Bruker Daltoniks社製)を使用した。
測定条件は以下のとおりである。
・用いた試料: 上記タイプ別分画で得られた多環芳香族レジン(PA)である。
・サンプル調製法: 試料数十ミリグラムをクロロホルムに溶解させ、MALDI(マトリックス支援レーザー脱離イオン化)プレートへ1μリットル程度を滴下し、溶媒蒸発後に測定試料とする。
・イオン化法: レーザー脱離イオン化法(LDI法)(ショット数:2000、発振周波数:1000Hz、パワー:23%)にて行った。
測定の結果、図6に示す質量スペクトルが得られた。
(イ)上記質量スペクトルの各ピークに対し、特定した分子式及び存在割合(モル分率で表す)は、以下の表2に示すとおりである。
ピークの数は2117本である。以下にその一部のみ(ピーク番号11〜2109は割愛)を示す。表では、m/z値の小さいピークから順に、ピーク番号を付けている。
II. Molecular structure identification
(1) Step 1
Mass spectrometry was performed on the sample using a mass spectrometer using the Fourier transform ion cyclotron resonance method, and for the peaks obtained by this, the molecular formulas of the molecules belonging to each of the 89 peaks were identified, and all the molecules corresponding to the molecular formulas were identified. The total abundance ratio was identified.
The details are as follows.
(A) A Fourier transform ion cyclotron resonance type solariX FT-ICR-mass spectrometer (manufactured by Bruker Daltoniks) equipped with a 12T (Tesla) superconducting magnet was used.
The measurement conditions are as follows.
-Sample used: Polycyclic aromatic resin (PA) obtained by the above type fractionation.
-Sample preparation method: Dissolve several tens of milligrams of the sample in chloroform, add about 1 μliter to a MALDI (matrix-assisted laser desorption / ionization) plate, and use the sample as a measurement sample after solvent evaporation.
-Ionization method: Laser desorption / ionization method (LDI method) (number of shots: 2000, oscillation frequency: 1000 Hz, power: 23%) was used.
As a result of the measurement, the mass spectrum shown in FIG. 6 was obtained.
(A) For each peak of the above mass spectrum, the specified molecular formula and abundance ratio (expressed in mole fraction) are as shown in Table 2 below.
The number of peaks is 2117. Only a part of them (peak numbers 11 to 2109 are omitted) are shown below. In the table, peak numbers are assigned in order from the peak with the smallest m / z value.
(2)ステップ2
ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合の最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合の最適な構造Yの両者を特定した。
詳細は、以下のとおりである。
(ア)上記ステップ1で得られた各ピークについて、その分子式から、ヘテロ原子種及び数とDBE値を求め、さらに、そのヘテロ原子種及び数とDBE値に該当するシングルコア及びダブルコアのすべてを予め作成したコア構造リストからピックアップした。
(イ)さらに、上記ピックアップしたシングルコア及びダブルコアの中から、最も妥当なものを選んだ。
(ウ)全ピークのうち、一部を以下に示す。
尚、上記(ア)及び(イ)については、コンピューター上において処理されるので、(ア)の結果を取り出して示すことはできない。
(2) Step 2
Both the optimum structure X when the molecule belonging to each of the peaks obtained in the mass spectrometry in step 1 was assumed to be a single core and the optimum structure Y when it was assumed to be a multi-core were identified.
The details are as follows.
(A) For each peak obtained in step 1, the heteroatom species, number and DBE value are obtained from the molecular formula, and all the single cores and double cores corresponding to the heteroatom species, number and DBE value are obtained. It was picked up from the core structure list created in advance.
(B) Furthermore, the most appropriate one was selected from the single core and double core picked up above.
(C) Some of all peaks are shown below.
Since the above (a) and (b) are processed on the computer, the result of (a) cannot be taken out and shown.
(3) ステップ3
ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるのかマルチコアであるのかを決定した。
詳細は、以下のとおりである。
(ア)試料において、プロトンNMR分析及び元素分析結果から、「単位構造」を特定し、以下の式よりP値(重合度)を得た。
P値(重合度)=「平均分子量」/「単位構造の分子量」=1.09
よって、二量体の存在割合(「D値−1」)は、1.09−1=0.09、即ち、9%となった。
これは、前出にて説明したように「ダブルコアの存在比率」に相当するものである。
(イ)上記により、シングルコアとダブルコアの存在比率(91%:9%)が求められたので、これに従って、元のFT-ICR-質量分析ピークを図7にしめすように、便宜上、シングルコアとダブルコアに区分けした。
(ウ)各ピークには各々、既にシングルコア1種とダブルコア1種が特定して割り付けられているので、シングルコアから成るものとしたピークについてはその特定したシングルコアが「そのピークのコア」として決定し、また、ダブルコアから成るものとしたピークについては、その特定したダブルコアが「そのピークのコア」として決定した。
ただし、上記ダブルコアからなるとされたm/zのグループの中にも、シングルコア構造しかとり得ない分子も存在する。これらについては、シングルコアとして扱う。
(3) Step 3
It was determined whether the molecule attributed to each of the peaks obtained by mass spectrometry in step 1 was single-core or multi-core.
The details are as follows.
(A) In the sample, the "unit structure" was specified from the results of proton NMR analysis and elemental analysis, and the P value (degree of polymerization) was obtained from the following formula.
P value (degree of polymerization) = "average molecular weight" / "molecular weight of unit structure" = 1.09
Therefore, the abundance ratio of the dimer (“D value -1”) was 1.09-1 = 0.09, that is, 9%.
This corresponds to the "double core abundance ratio" as explained above.
(B) From the above, the abundance ratio of single core and double core (91%: 9%) was determined. Therefore, for convenience, the original FT-ICR-mass spectrometry peak is shown in FIG. And double core.
(C) Since one single core type and one double core type have already been specified and assigned to each peak, the specified single core is the "core of the peak" for the peak consisting of a single core. For the peak consisting of double cores, the specified double core was determined as "the core of the peak".
However, even in the m / z group consisting of the above double cores, there are molecules that can have only a single core structure. These are treated as a single core.
(4)ステップ4
ステップ3における決定に応じて、前記ステップ2にて特定された構造X又は構造Yのいずれかを採択し、採択されたコア部分に対し、側鎖及び架橋を決定して割り付けた。
ステップ4は、コンピュータによって処理される過程であるので、途中で結果を取り出すことはできない。
(4) Step 4
In response to the determination in step 3, either the structure X or the structure Y specified in step 2 was adopted, and side chains and crosslinks were determined and assigned to the adopted core portion.
Since step 4 is a process processed by a computer, the result cannot be retrieved in the middle.
(5) 試料の質量スペクトルに対する分子構造特定
上記ステップ1で得られたピークの各々に対し、表3に示すように分子の構造が特定された。
(ア)ステップ1で示した表2におけるピーク番号に呼応するように、ピーク番号を付けている。
(イ)ピーク番号1は、分子式は「C21H21N」であるが、この分子の構造は、英数字を用いたJACDにより表示されている。
(5) Specification of molecular structure with respect to the mass spectrum of the sample The molecular structure of each of the peaks obtained in step 1 above was specified as shown in Table 3.
(A) Peak numbers are assigned so as to correspond to the peak numbers in Table 2 shown in step 1.
(A) The molecular formula of peak number 1 is "C21H21N", and the structure of this molecule is indicated by JACD using alphanumeric characters.
(ウ)上記表において、英数字を用いたJACDによる表示を、コア、架橋及び側鎖の構造に直すには、英数字情報を構造情報に読み直すコード表を作成しておけばよい。例えば、以下のような表である。 (C) In the above table, in order to convert the JACD display using alphanumeric characters into the structure of the core, the bridge, and the side chain, a code table for rereading the alphanumeric character information into the structural information may be created. For example, the table below.
(エ)この表を用いると、分子式「C21H21N」の分子の構造は、次のようになる。
i.コア1は、「022009」であるので、以下の構造である。
iii.架橋1及び架橋2は、「000000」であるので、存在しないという意味である。
(D) Using this table, the molecular structure of the molecular formula "C21H21N" is as follows.
i. Since the core 1 is "022009", it has the following structure.
iii. Since the bridge 1 and the bridge 2 are "000000", it means that they do not exist.
iv.側鎖1は、「0SC004」であるので、以下の構造である。
(オ)同様にして、すべての分子について、JACDにより構造を表示し、特定することができた。
iv. Since the side chain 1 is "0SC004", it has the following structure.
(E) In the same way, the structures of all the molecules could be displayed and identified by JACD.
III. 各分画物のデータの統合
(1)飽和分(Sa)、1環芳香族分(1A)、2環芳香族分(2A)、3環以上の芳香族分(3A+)、極性レジン分(Po)及びアスファルテン分(As)についても、以下を変えた以外は、上記、多環芳香族レジン分で行ったのと同様の方法で分子構造を特定した。
(ア)飽和分、1環芳香族分、2環芳香族分、3環以上芳香族分、極性レジン分のイオン化法については、大気圧光イオン化法(APPI法)(サンプル流速200μL/h、イオン集積時間0.2sec.、 積算回数 100回)にて行った。
(イ)アスファルテン分のイオン化法については、レーザー脱離イオン化法(LDI法)(ショット数:5000、発振周波数:1000Hz、パワー:17%)にて行った。
III. Data integration of each fraction
(1) Saturation (Sa), 1-ring aromatic (1A), 2-cyclic aromatic (2A), 3 or more aromatics (3A +), polar resin (Po) and asphaltene (As) The molecular structure of the polycyclic aromatic resin was specified by the same method as that used for the polycyclic aromatic resin, except that the following was changed.
(A) Regarding the ionization method for saturated components, 1-ring aromatics, 2-cyclic aromatics, 3 or more aromatics, and polar resins, atmospheric pressure photoionization (APPI method) (sample flow velocity 200 μL / h, The ion accumulation time was 0.2 sec., And the number of integrations was 100 times).
(A) As the ionization method for asphaltene, a laser desorption / ionization method (LDI method) (number of shots: 5000, oscillation frequency: 1000 Hz, power: 17%) was used.
(2)すべての分画物の統合
飽和分(Sa)、1環芳香族分(1A)、2環芳香族分(2A)、3環以上の芳香族分(3A+)、極性レジン分(Po)、多環芳香族レジン(PA)及びアスファルテン分(As)について、上記で得られているそれぞれの得率(存在割合)に従って、すべての分画物について全成分の分子構造及び存在割合を統合した。
(3)以上により、試料である減圧残油(VR)について、減圧残油(VR)を構成している全分子の分子構造及び存在割合を特定することができた。
(2) Integration of all fractions Saturated components (Sa), monocyclic aromatics (1A), bicyclic aromatics (2A), aromatics with 3 or more rings (3A +), polar resins (Po) ), Polycyclic aromatic resin (PA) and asphaltene (As), the molecular structure and abundance of all components are integrated for all fractions according to the respective gains (presence ratios) obtained above. did.
(3) From the above, it was possible to specify the molecular structure and abundance ratio of all the molecules constituting the reduced pressure residual oil (VR) with respect to the sample reduced pressure residual oil (VR).
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能である。上述した実施形態では、質量分析として、FT-ICR-質量分析を使用したが、本発明では、質量分析はこれに限定されない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. In the above-described embodiment, FT-ICR-mass spectrometry is used as the mass spectrometry, but in the present invention, the mass spectrometry is not limited to this.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能である。上述した実施形態では、質量分析として、FT−ICR−MSを使用したが、これに限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention. In the above-described embodiment, FT-ICR-MS is used as the mass spectrometry, but the mass spectrometry is not limited to this.
本発明によれば、石油について、それを構成する分子の構造を特定することができるので、石油の諸反応等を分子レベルにて解析する等において、広く応用することが可能となる。さらには、かかる分子レベルによる解析を行うことは、石油精製設備の運転の安定性及び運転効率を飛躍的に向上させることに寄与するものである。 According to the present invention, since the structure of the molecules constituting the petroleum can be specified, it can be widely applied in the analysis of various reactions of petroleum at the molecular level. Furthermore, such analysis at the molecular level contributes to dramatically improving the operational stability and operational efficiency of petroleum refining facilities.
Claims (12)
前記多成分混合物に対し質量分析を行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップ1と、
前記ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合の最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合の最適な構造Yの両者を特定するステップ2と、
前記ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるのかマルチコアであるのかを決定するステップ3と、
前記ステップ3における決定に応じて、前記ステップ2にて特定された構造X又は構造Yのいずれかを採択し、採択されたコア部分に対し、側鎖及び架橋を決定して割り付けるステップ4と
を含むことを特徴とする方法。 A method of identifying the molecular structure of each component and its abundance ratio with respect to a multi-component mixture using a computer.
In step 1, mass spectrometry is performed on the multi-component mixture, the molecular formula of the molecule belonging to the peak is specified for each of the obtained peaks, and the abundance ratio of the molecule is further specified.
Both the optimum structure X when the molecule belonging to each of the peaks obtained in the mass spectrometry in step 1 is single core and the optimum structure Y when it is multi-core are specified. Step 2 and
Step 3 for determining whether the molecule belonging to each of the peaks obtained by the mass spectrometry in step 1 is single-core or multi-core, and
In response to the determination in step 3, either the structure X or the structure Y specified in step 2 is adopted, and the side chain and the crosslink are determined and assigned to the adopted core portion. A method characterized by inclusion.
前記多成分混合物に対し質量分析を行い、得られたピークの各々について、そのピークに帰属する分子の分子式を特定し、さらにその分子の存在割合を特定するステップ1と、
前記ステップ1の質量分析にて得られたピークの各々に帰属する分子が、シングルコアであるとした場合の最適な構造Xと、マルチコアであるとした場合の最適な構造Yの両者を特定するステップ2と、
前記ステップ1の質量分析にて得られたピークにおいて、シングルコアとマルチコアの両方を取り得るピークは、各々シングルコアとマルチコアの両方をとるものとして、当該ピークにおけるシングルコアとマルチコアの存在割合を決定するステップ3と、
前記ステップ3における決定に応じて、シングルコアには前記ステップ2にて特定された構造Xを採択し、マルチコアには前記ステップ2にて特定された構造Yを採択し、採択されたコア部分に対し、側鎖及び架橋を決定して割り付けるステップ4と
を含むことを特徴とする方法。 A method of identifying the molecular structure of each component and its abundance ratio with respect to a multi-component mixture using a computer.
In step 1, mass spectrometry is performed on the multi-component mixture, the molecular formula of the molecule belonging to the peak is specified for each of the obtained peaks, and the abundance ratio of the molecule is further specified.
Both the optimum structure X when the molecule belonging to each of the peaks obtained in the mass spectrometry in step 1 is single core and the optimum structure Y when it is multi-core are specified. Step 2 and
In the peak obtained by the mass spectrometry in step 1, the peaks that can take both single core and multi-core are assumed to take both single core and multi-core, respectively, and the abundance ratio of single core and multi-core in the peak is determined. Step 3 and
In response to the determination in step 3, the structure X specified in step 2 is adopted for the single core, and the structure Y specified in step 2 is adopted for the multi-core, and the adopted core portion is used. On the other hand, a method comprising the step 4 of determining and allocating side chains and crosslinks.
多成分混合物を2以上の任意の部分に分画するステップAと、
前記ステップAで分画された各分画物について、請求項1〜5のいずれかに記載の方法により、各分画物を構成する各成分の分子構造及び存在割合を特定するステップBと
前記ステップAで分画された各分画物の混合比に従って、すべての分画物について得られた全成分の分子構造及び存在割合を統合するステップCと
を含むことを特徴とする方法。 A method of determining a composition model of a multi-component mixture using a computer.
Step A to fractionate the multi-component mixture into two or more arbitrary parts,
Step B and the above-mentioned step B for specifying the molecular structure and abundance ratio of each component constituting each fraction by the method according to any one of claims 1 to 5 for each fraction fractionated in step A. A method comprising: step C, which integrates the molecular structure and abundance ratio of all components obtained for all fractions according to the mixing ratio of each fraction fractionated in step A.
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