Ανάπτυξη αλγορίθμου ταυτοποίησης βιοδεικτών του πετρελαίου σε δεδομένα αέριας χρωματογραφίας - φασματοσκοπίας μάζας (GC-MS)

Abstract

Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η δημιουργία μιας ψηφιακής βάσης φασμάτων μάζας βιοδεικτών πετρελαίου και η χρησιμοποίηση της στην ταυτοποίηση των ενώσεων αυτών σε πετρελαϊκά δείγματα με βάση τα πειραματικά δεδομένα αέριας χρωματογραφίας - φασματοσκοπίας μάζας (GC-MS). Οι βιοδείκτες είναι σύνθετες οργανικές ενώσεις, οι οποίες ανιχνεύονται στα εκχυλίσματα μητρικών πετρωμάτων, στο πετρέλαιο, στους γαιάνθρακες και γενικά σε όλα τα οργανογενή ορυκτά καύσιμα. Η αξία των βιοδεικτών έγκειται στη ομοιότητα της χημικής δομής τους με εκείνη μορίων της πρόδρομης οργανικής ύλης των ορυκτών καυσίμων. Με βάση τη συσχέτιση αυτή είναι δυνατή η συγκέντρωση σημαντικών πληροφοριών για το περιβάλλον και τις συνθήκες δημιουργίας και διατήρησης του πετρελαίου και των άλλων ορυκτών καυσίμων στους γεωλογικούς σχηματισμούς. Η πληροφορίες αυτές είναι σημαντικές στην αναζήτηση σχηματισμών ορυκτών καυσίμων, σε συνδυασμό βέβαια με τα διαθέσιμα γεωλογικά και γεωφυσικά δεδομένα. Η πολυπλοκότητα της δομής των βιοδεικτών αλλά και ο μεγάλος αριθμός ισομερών που εμφανίζουν, καθιστά δύσκολη την ταυτοποίηση τους ακόμη και με τις σύγχρονες μεθόδους ανάλυσης, ενώ δεν είναι διαθέσιμες εμπορικές βιβλιοθήκες φασμάτων βιοδεικτών. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας αναπτύχθηκε μια γρήγορη, αλλά ακριβής διαδικασία ψηφιοποίησης φασμάτων μάζας βιοδεικτών με βάση τις διαθέσιμες στη βιβλιογραφία εικόνες τους, με χρήση AutoCad και Matlab. Τα ψηφιοποιημένα φάσματα από 200+ ενώσεις εντάχθηκαν σε βιβλιοθήκη φασμάτων, η οποία μπορεί να λειτουργεί εντός των εμπορικών λογισμικών επεξεργασίας δεδομένων GC-MS (Mass Hunder, ChemStation). Επιπλέον αναπτύχθηκαν σε περιβάλλον Matlab αλγόριθμοι συσχέτισης και ταυτοποίησης ενώσεων με βάση τη βιβλιοθήκη φασμάτων, οι οποίοι λειτουργούν ανεξάρτητα από τα εμπορικά λογισμικά επεξεργασίας δεδομένων GC-MS και οι οποίοι εξασφαλίζουν ευελιξία αναφορικά με τα κριτήρια συσχέτισης. Η χρήσης της βιβλιοθήκης που αναπτύχθηκε (Bio_X) σε πραγματικά πειραματικά δεδομένα ανάλυσης δειγμάτων πετρελαίου έδειξε ότι με επιτυχία μπορούν να ταυτοποιηθούν οι κυριότεροι βιοδείκτες που χρησιμοποιούνται στις τυπικές γεωχημικές μελέτες. Επιπλέον η βιβλιοθήκη επιτρέπει την εύκολη συμπλήρωση της με νέα δεδομένα, καθιστώντας την έτσι σημαντική βάση για περισσότερο απαιτητικές εφαρμογές στο μέλλον.