金 釗

（利誠(chéng)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司，廣東 中山 528400）

目前從石油餾分中提取烷烴的溶劑沉淀法和分子篩相關(guān)的分離方法都比較煩瑣，且需要大量的樣品，在有些情況下甚至難以應(yīng)用。石油不可能從所用的溶劑中完全提取，至少有一部分與其他高質(zhì)量材料沉淀[1]。有研究者用尿素包合方法從沉積物、石油原油和石油衍生餾分等復(fù)雜混合物中分離烷烴，得到了較好的分離效果[2]。氣相色譜/質(zhì)譜（GC/MS）測(cè)定受到能夠在氣相中通過(guò)氣相色譜柱的烷烴尺寸上限的限制。對(duì)普通色譜柱，烷烴的這個(gè)極限出現(xiàn)在C35～C40左右[3-4]。

相比之下，激光解吸/電離法可以直接從固相中提取樣品分子。該工藝?yán)@過(guò)了熱蒸發(fā)大碳數(shù)、相對(duì)不開(kāi)合的烷烴所固有的困難，還可以避免或減少樣品在蒸發(fā)前的降解。有研究者已將基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜（MALDI-MS）應(yīng)用于石油和烷烴餾分的分離，以AgNO3為基質(zhì)，用MALDI-MS對(duì)原油中的高質(zhì)量烷烴進(jìn)行了檢測(cè)。研究表明C24以下的烷烴不會(huì)電離，但較大的烷烴（C80以上）作為銀加合物被成功電離[5]該文開(kāi)發(fā)了一種基于尿素包合和薄層或紙色譜相結(jié)合分離原油中烷烴的方法。將烷烴以尿素加合物的形式從原油中分離出來(lái)。最后以AgNO3為基質(zhì)，持色譜紙或板為靶，用MALDI-MS 進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 樣品和試劑

原油樣品分別來(lái)自某油田和商業(yè)購(gòu)買；碳數(shù)分別為20、22、25、30、40、44、50 和60 的正構(gòu)烷烴樣品，購(gòu)買自上海嶸馥新能源科技有限公司；Polywax 500 標(biāo)準(zhǔn)品（C20-C60范圍）、Polywax 655 和1000 標(biāo)準(zhǔn)品（分別為C40～C60和C40～C80），購(gòu)買自東莞市喬科化學(xué)有限公司；AgNO3（99.9999%）、尿素（分析級(jí)，99%）、四氫呋喃（99.8%）和HPLC 級(jí)氯仿和甲醇，購(gòu)買自Aldrich 公司。

1.2 烷烴分離方法

用兩種方法分離烷烴，第一種是從溶液中的粗樣品中分離（常規(guī)尿素包合法）；第二種是從吸附在平面色譜板上的粗樣品中分離（尿素包合-平面色譜法）。

常規(guī)尿素包合法：首先，將原油（2 g）用氯仿（10 mL）稀釋，攪拌混合物，加熱至40°C。50 mg 的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[六方烷（CH3（CH2）58CH3；分子量842 u）或Polywax 1000]溶于1 mL 氯仿中，加入原油混合物中，保持溶液的最終體積恒定為10 mL。用該標(biāo)準(zhǔn)物評(píng)價(jià)尿素包合法對(duì)烷烴的回收率，并檢查質(zhì)譜法的檢測(cè)限度。其次，在樣品溶液中加入溶于甲醇（100 mL）的尿素（10 g）。混合物在45°C～50°C 攪拌1 h，室溫放置一夜，以沉淀尿素-烷烴加合物和多余的尿素。在這個(gè)過(guò)程中溶劑蒸發(fā)到接近干燥。再次，分離加合物晶體。為了從烷烴-尿素加合物中分離未反應(yīng)的原油成分，混合物用100 mL 氯仿清洗，漿液用熔塊玻璃過(guò)濾漏斗進(jìn)行真空過(guò)濾。進(jìn)一步將加合物結(jié)晶用100 mL 氯仿洗滌，并過(guò)夜干燥。用10 mL 蒸餾水于室溫下在漏斗中洗滌晶體，然后用80 mL 熱蒸餾水（80°C）進(jìn)行二次洗滌。將含有烷烴的漏斗放置在160°C 下過(guò)夜，以確保完全干燥。最后，通過(guò)過(guò)濾漏斗倒入熱甲苯（90°C，30 mL）以溶解蠟和儲(chǔ)存的溶液，并用以分析。

尿素包合-平面色譜法：常規(guī)尿素包合法經(jīng)過(guò)改進(jìn)，可與紙層析和平面層析相結(jié)合使用。在使用之前，用氯仿清洗Whatman 1 號(hào)濾紙（切成矩形塊）和聚酯背硅涂層PC 板。將以含Polywax 1000（0.005 g·mL-1）為參考物質(zhì)的氯仿原油（0.2 g·mL-1）加熱至40℃，再將原油和尿素溶液混合（體積比1 ∶10），攪拌并加熱至45°C～50°C 保持1 h，涂在紙/板上并晾干。尿素和從原油中除去的非加合物傾向于在條帶頂部附近聚集。在MALDI-MS 分析之前，切割和干燥從尿素包合物中解放出來(lái)的底部帶，為基體的應(yīng)用做準(zhǔn)備。頂部的條帶也被切割并準(zhǔn)備用于MALDI-MS，以測(cè)試是否有一些烷烴（意外地）到達(dá)了板的頂部。

1.3 氣相色譜法

在配備高溫毛細(xì)管柱（HT5 相，25m 長(zhǎng)，0.032mmid，0.1μm 膜厚）的氣相色譜儀上進(jìn)行分析。載氣為氦氣，流速為1mL·min-1。柱式烘箱溫度從40°C 緩慢上升到380°C，保持10min。程序溫度注入器以分裂模公式（比10 ∶1）運(yùn)行，其溫度以100°C·min-1從80°C 上升到350°C，保持5min。

1.4 基質(zhì)輔助激光解吸/電離質(zhì)譜（MALDI-MS）

使用1μL 移液管尖端將樣品溶液沉積在不銹鋼MALDI靶上。干燥后，基質(zhì)溶液（1mg·mL-1AgNO3在水中）使用新鮮移液管尖端沉積在樣品上。將樣品斑點(diǎn)在干凈的二氧化硅PC 板上，然后將基質(zhì)溶液應(yīng)用于樣品之上。MALDI-MS檢測(cè)的樣品包括

溶解在四氫呋喃（1 mg·mL-1）中的標(biāo)準(zhǔn)正構(gòu)烷烴，原油樣品和標(biāo)準(zhǔn)尿素包合法得到的烷烴餾分。除非另有說(shuō)明，這些樣品直接應(yīng)用于金屬靶。

聚蠟樣品在氯仿溶液（5 mg·mL-1）中，斑點(diǎn)在硅膠PC板上。

將濾紙和PC 板（來(lái)自尿素包合PC 法）切成小段，貼在MALDI 靶上，覆蓋基體溶液。

分析使用Bruker 質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行，配備氮激光器（337nm）。在反射鏡TOF 模式下獲得質(zhì)譜（共10 次），延遲提取周期為200 ns，正離子模式下最大提取電壓為20 kV。采用低質(zhì)量（m/z200）截止以避免基體離子使探測(cè)器飽和。采樣率設(shè)置為GS·s-1，儀器的質(zhì)量分辨率在m/z3000 下為25000。

2 結(jié)果與討論

2.1 MALDI-MS 分析烷烴

驗(yàn)證以AgNO3 為基體的MALDI-MS 檢測(cè)正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品和Polywax 樣品。標(biāo)準(zhǔn)正構(gòu)烷烴的MALDI 質(zhì)譜如圖1所示，碳數(shù)為20～60。不同m/z 值出現(xiàn)的峰對(duì)應(yīng)于[烷烴+Ag]+離子，即各正構(gòu)烷烴與加合銀離子的質(zhì)量之和。所有光譜均在m/z215 和m/z323 附近出現(xiàn)了質(zhì)量峰群，分別對(duì)應(yīng)于銀-二聚體和銀-三聚體陽(yáng)離子。由于質(zhì)量截止較低（m/z200），沒(méi)有觀察到銀單體離子（Ag+）產(chǎn)生的峰值。圖1 中的附圖為C30 正構(gòu)烷烴譜的展開(kāi)圖以及同位素分布的特征模式。測(cè)量了所有記錄的光譜中[烷烴+107Ag]+∶[烷烴+109Ag]+離子峰的高度比，與銀同位素的自然豐度比較符合。在圖1 中，從某些光譜中可以觀察到m/z400 以下的峰，尤其是C50和C60正構(gòu)烷烴。這些低質(zhì)量峰部分來(lái)自銀鹽中的雜質(zhì)，部分來(lái)自碎片離子。隨著烷烴鏈長(zhǎng)度的增加，需要更高的激光功率來(lái)獲得光譜。在分析Polywax 樣品的過(guò)程中，這種效應(yīng)被標(biāo)記出來(lái)，結(jié)果表明比正烷烴標(biāo)準(zhǔn)更難電離。將色譜紙或色譜板作為支撐可以使靶區(qū)的均勻性更好，也可以更好地控制樣品的濃度，提高靈敏度和一槍對(duì)一槍的再現(xiàn)性。

Polywax500、655 和1000 樣品的MALDI 質(zhì)譜如圖2 所示，使用涂硅PC 板作為樣品夾。觀察到相鄰組間質(zhì)量差異為28m/z 單位的峰組，對(duì)應(yīng)于-CH2CH2-單元的質(zhì)量。Polywax500、655 和1000 的峰分布的m/z 值分別代表C26～C48、C34～C72和C40～C110的偶數(shù)碳編號(hào)烷烴。這些范圍與供應(yīng)商給出 的一 致：Polywax500 在C20和C60之間，Polywax655在C40和C60之間，Polywax1000 在C40和C80之間。對(duì)低于900u～1000u 的質(zhì)量，代表特定烷烴的每組峰的模式可以與分析純正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)時(shí)觀察到的模式相匹配（如圖1 所示）。然而，當(dāng)m/z 大于1000 時(shí)，光譜分辨率趨于下降，每個(gè)烷烴的信號(hào)呈現(xiàn)為一個(gè)寬峰，無(wú)法識(shí)別特征同位素分布。盡管如此，Polywax1000 光譜在m/z1800 左右的范圍內(nèi)呈現(xiàn)出與基線相區(qū)分的峰值，對(duì)應(yīng)于約120 個(gè)碳原子的烷烴。在圖2 中，從低質(zhì)量區(qū)域中觀察到未識(shí)別的高強(qiáng)度峰，與m/z215 和m/z324 處的銀簇離子峰不同（如圖1 所示）。MALDI對(duì)一個(gè)空白的硅膠板進(jìn)行了與Polywax 樣品相同的制備方法的分析，得到了相似的峰，質(zhì)量在m/z253 和m/z395 左右。雖然沒(méi)有進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試以確定這些峰屬于特定的種類，但它們很可能是由平板上的二氧化硅和AgNO3基質(zhì)之間的相互作用產(chǎn)生的。

圖1 碳數(shù)為20、22、25、30、40、44、50 和60 的正構(gòu)烷烴Ag 加合物的MALDI 質(zhì)譜（附圖為C30 正構(gòu)烷烴的展開(kāi)圖）

圖2 聚蠟樣品銀加合物的MALDI 質(zhì)譜

2.2 常規(guī)尿素包合法

某油田原油混合C60正構(gòu)烷烴和商業(yè)購(gòu)買原油混合Polywax 1000 用標(biāo)準(zhǔn)尿素包合法分離的烷烴組分的GC 色譜圖如圖3 所示。2 種樣品的烷烴組分的GC 分析顯示分布在C18～C32。在2 種“加標(biāo)”樣品中都沒(méi)有檢測(cè)到高質(zhì)量的烷烴。顯然，傳統(tǒng)的（溫度最高380°C）GC 分析受限于樣品分子通過(guò)色譜柱的能力。如上所述，Polywax 1000 的MALDI 分析表明C40是質(zhì)量最低的烷烴。

圖3 某油田原油混合C60 正構(gòu)烷烴和商業(yè)購(gòu)買原油混合Polywax1000 用標(biāo)準(zhǔn)尿素包合法分離的烷烴組分的GC色譜圖

2.3 尿素包合-平面色譜法

選擇與Polywax 1000混合的原油D樣品來(lái)測(cè)試這個(gè)新程序。原油D 與Polywax 1000 混合餾分的Ag 加合物的MALDI質(zhì)譜如圖4 所示，其中的光譜是在破壞尿素加合物、沖洗尿素、干燥目標(biāo)物并應(yīng)用基質(zhì)（AgNO3）后從色譜紙或色譜板上獲得的，記錄了紙或板的條帶（非內(nèi)收形成的物質(zhì)）頂部和條帶（烷烴）底部的MALDI 質(zhì)譜。為了便于比較，所有數(shù)據(jù)中都包括原始原油的光譜。在所示的所有光譜中可以區(qū)分出2 個(gè)系列的離子。第一個(gè)序列在m/z300～m/z650，間隔為14 m/z，對(duì)應(yīng)于原油中存在的烷烴和從原油中分離出來(lái)的烷烴。第二個(gè)系列的小峰來(lái)自Polywax 1000 標(biāo)準(zhǔn)的偶碳烷烴的[烷烴+Ag]+離子。與色譜板相比，樣品和尿素溶液在色譜紙上的連續(xù)應(yīng)用提供了更高的強(qiáng)度譜和更寬的烷烴質(zhì)量范圍。

圖4 原油D 與Polywax 1000 混合餾分的Ag 加合物的MALDI 質(zhì)譜

3 結(jié)論

該文介紹了一種更簡(jiǎn)單、更可靠的分離原油中高質(zhì)量烷烴的方法。新方法明顯提高了質(zhì)譜分析大質(zhì)量烷烴的靈敏度。1）在常規(guī)分離烷烴的方法基礎(chǔ)上，將樣品和尿素溶液混合在色譜紙或硅涂層板上。未反應(yīng)的碳?xì)浠衔锿ㄟ^(guò)氯仿顯影來(lái)去除。在同樣的平板與水的第二次顯影中，加合物被原地破碎，釋放的尿素被除去，留下分離的高質(zhì)量烷烴帶。2）傳統(tǒng)尿素加合方法中的烷烴通常沉積在光滑的金屬樣品板上。該文將色譜紙或硅涂層板切割成條狀并固定在金屬靶板上。這些以AgNO3為基質(zhì)處理，并通過(guò)MALDI-MS 分析，其中激光直接發(fā)射在樣品保存色譜板或紙上。與分散在光滑金屬靶表面的大塊樣品相比，從紙或PC 板表面燒蝕樣品大大提高了MALDI-MS 檢測(cè)靈敏度并獲得了更大的質(zhì)量范圍。3）用標(biāo)準(zhǔn)烷烴（C20～C60）和Polywax 驗(yàn)證了所建立的分析序列。該文提出的紙層析和平面層析分離方法簡(jiǎn)單有效，樣品和試劑用量小。這些新方法為原油中烷烴的快速分離和可靠測(cè)定提供了具有較好應(yīng)用價(jià)值的定性方法。