保留時間鎖定技術(shù)在溢油鑒定中的實驗

張海江，趙如箱，劉保占

(1.煙臺海事局，山東 煙臺 264000；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司 安全環(huán)保分公司，天津 300452)

氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)是溢油鑒定中應(yīng)用最為廣泛的儀器之一，國際海事組織(IMO)[1]、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(CEN)[2]、我國的國家標(biāo)準(zhǔn)[3]，以及交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[4]均推薦使用該儀器。使用GC/MS進(jìn)行溢油鑒定也是國內(nèi)外溢油應(yīng)急技術(shù)人員的研究熱點[5-10]。對于色譜類儀器，保留時間是識別色譜峰的基本參數(shù)和色譜峰定性的基礎(chǔ)。理論上，油樣品中的同一組分在不同批次進(jìn)樣時的保留時間是重復(fù)的，同一組分在不同GC/MS系統(tǒng)之間的保留時間也是一致的；但是，在長期的實驗過程中發(fā)現(xiàn)，由于色譜柱的污染、切割、更換，以及儀器本身的技術(shù)限制，如程序升溫時的溫度波動、氣壓波動等，同一組分的保留時間在不同批次進(jìn)樣、不同系統(tǒng)之間很難實現(xiàn)重現(xiàn)和一致。保留時間漂移將影響色譜峰的識別和定性，進(jìn)而影響溢油鑒定的準(zhǔn)確性。

針對色譜類儀器存在的保留時間漂移問題，科研人員通過不同的技術(shù)手段來提高保留時間的重復(fù)性[11-13]。這些方法均為復(fù)雜的數(shù)學(xué)方法，普通人員較難掌握。美國安捷倫科技有限公司開發(fā)的保留時間鎖定技術(shù)為解決保留時間漂移提供了一種簡便的、易于掌握的方法[14-16]。該方法通過調(diào)節(jié)色譜柱進(jìn)樣口的壓力來補(bǔ)償儀器參數(shù)的微小變化，從而控制色譜峰的出峰時間，實現(xiàn)保留時間的重現(xiàn)和一致。保留時間鎖定技術(shù)已成功用于烴類定性[17-18]、農(nóng)藥殘留檢測、有毒物檢測、揮發(fā)性有機(jī)物檢測等領(lǐng)域，但是未見用于溢油鑒定的文獻(xiàn)報道。

本研究將保留時間鎖定技術(shù)用于溢油鑒定領(lǐng)域，通過不同壓力下測定目標(biāo)化合物的保留時間，建立進(jìn)樣口壓力與保留時間的關(guān)系曲線，有效減少目標(biāo)化合物的保留時間在不同批次進(jìn)樣、不同GC/MS系統(tǒng)之間的差異。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS，美國Agilent，7890A/5975C)，配備60 m×0.25 mm×0.25 μm的毛細(xì)管色譜柱(美國J&W Scientific，HP-5MS)和質(zhì)譜檢測器；萬分之一分析天平(瑞士Mettler，AE240)；高速離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠，TDL-40B)；旋窩混合器(上海醫(yī)科大學(xué)儀器廠，XW-80A)；實驗室其他常用材料。

C8—C40烷烴混標(biāo)(含姥鮫烷，500 μg/mL，美國AccuStandard)；正己烷(德國Merck，HPLC級)；二氯甲烷(德國Merck，HPLC級)；無水硫酸鈉(天津科密歐，分析純，450 ℃馬福爐中活化4 h，冷卻后裝入密封瓶置于干燥器中備用)；硅膠(青島賽銀雪精細(xì)硅膠廠，150～70 μm，180 ℃活化20 h，冷卻后裝入密封瓶置于干燥器中備用)。

1.2 油樣品前處理

按照交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 862—2013《水上溢油快速鑒別規(guī)程》中推薦的方法對油樣品進(jìn)行處理。稱取油樣約0.150 g，加入體積比1∶1的正己烷和二氯甲烷混合液，容至10 mL，旋渦振蕩30 s溶解，加入約1.0 g無水硫酸鈉，混勻，以3 000 r/min轉(zhuǎn)速離心5 min。準(zhǔn)確移取上清液1.00 mL于離心管中，再移取5 mL的正己烷和二氯甲烷的混合液(體積比1∶1)，加入約1.0 g硅膠。以3 000 r/min轉(zhuǎn)速離心5 min，取上清液進(jìn)行GC/MS分析。

1.3 GC/MS分析條件

C8—C40烷烴混標(biāo)、油樣品中的正構(gòu)烷烴(含姥鮫烷和植烷)、多環(huán)芳烴和甾、萜烷類生物標(biāo)志化合物均使用GC/MS分析，掃描方式為選擇性離子檢測(SIM)模式。

GC/MS分析時以高純氦氣(1.0 mL/min)為載氣，采用脈沖不分流方式進(jìn)樣，進(jìn)樣口溫度290 ℃，離子源溫度230 ℃，升溫程序：初始溫度60 ℃保持1 min，以6 ℃/min的速度升高到300 ℃，保持16 min。

1.4 保留時間鎖定實驗

考慮到姥鮫烷在油樣品中含量豐富，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而且容易辨識(與C17峰成對出現(xiàn))，本文選用姥鮫烷作為目標(biāo)化合物。

保留時間鎖定實驗的總體思路。

首先，在1臺GC/MS(GC/MS 1)上建立保留時間與壓力的校正關(guān)系。在不同的進(jìn)樣口壓力下分析C8—C40烷烴混標(biāo)中的姥鮫烷，根據(jù)進(jìn)樣口壓力與姥鮫烷的保留時間建立保留時間與壓力的校正關(guān)系，從而完成GC/MS 1的鎖定。然后，通過調(diào)節(jié)另一臺GC/MS(GC/MS 2)的進(jìn)樣口壓力，使姥鮫烷的保留時間與GC/MS 1獲得的保留時間基本一致，從而完成不同GC/MS系統(tǒng)之間的鎖定。

2 結(jié)果與討論

2.1 保留時間鎖定對不同批次進(jìn)樣的影響

石油是上千種化合物組成的復(fù)雜混合物，盡管樣品前處理時使用硅膠、無水硫酸鈉并通過漩渦、離心等手段去除掉GC/MS無法分析的瀝青質(zhì)、石蠟等物質(zhì)，但長時間對油樣品進(jìn)行分析測試，色譜柱不可避免地受到污染，因此需要定期對色譜柱進(jìn)行截斷以保證檢測結(jié)果的質(zhì)量。色譜柱長短的變化將導(dǎo)致保留時間的改變。

將GC/MS 1的色譜柱截斷30 cm，比較截斷前后油樣品中姥鮫烷保留時間的變化，見圖1。對GC/MS進(jìn)行鎖定，再次比較截斷前后油樣品中姥鮫烷保留時間的變化，見圖2。

圖1 色譜柱截斷前后姥鮫烷保留時間的變化

圖2 保留時間鎖定對色譜柱截斷前后保留時間的影響

從圖1可以看到，色譜柱截斷前姥鮫烷的保留時間為27.242 min，截斷后變?yōu)?7.142 min，相差0.1 min。對GC/MS進(jìn)行鎖定，姥鮫烷的保留時間變?yōu)?7.242 min(圖2)，與截斷前的保留時間一致?？梢?，保留時間鎖定技術(shù)的應(yīng)用能夠減少因色譜柱長短變化而導(dǎo)致的保留時間的改變。

2.2 保留時間鎖定對不同GC/MS系統(tǒng)的影響

首先使用2臺GC/MS測試油樣品，分別記錄油樣品中姥鮫烷的保留時間。然后使用C8—C40烷烴混標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對GC/MS系統(tǒng)進(jìn)行保留時間鎖定，再次測試油樣品。比較保留時間鎖定前后，油樣品中姥鮫烷的保留時間在2臺GC/MS上的變化。

圖3 姥鮫烷在2臺GC/MS上的保留時間

如圖3a)所示，姥鮫烷在GC/MS 1上的保留時間是27.242 min，在GC/MS 2上的保留時間是25.737 min，相差1.505 min。雖然2臺GC/MS的型號相同，配備標(biāo)稱規(guī)格相同的色譜柱，且實驗時儀器參數(shù)設(shè)置一致，但是由于在長期的使用過程中色譜柱的實際狀態(tài)不會完全相同，導(dǎo)致姥鮫烷在不同GC/MS的保留時間差異很大。應(yīng)用保留時間鎖定技術(shù)之后(圖3b))，姥鮫烷在GC/MS 1上的保留時間是27.242 min，在GC/MS 2上的保留時間是27.195 min，相差0.047 min，幾乎一致?？梢姡Ａ魰r間鎖定技術(shù)能顯著減小保留時間在不同GC/MS系統(tǒng)的差異，從而有助于提高色譜峰識別與定性的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

色譜峰保留時間變化不利于油樣品的GC/MS定性分析，甚至可能導(dǎo)致錯誤的溢油鑒定結(jié)論。保留時間鎖定技術(shù)通過調(diào)節(jié)色譜柱進(jìn)樣口壓力，能夠有效消除GC/MS檢測過程中儀器參數(shù)變化及色譜柱維護(hù)所導(dǎo)致的保留時間漂移，從而精準(zhǔn)控制油樣品組分的保留時間，實現(xiàn)保留時間在不同批次進(jìn)樣、不同GC/MS系統(tǒng)之間的精確重現(xiàn)，為色譜峰準(zhǔn)確識別與定性提供保證。