保留時間鎖定技術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.中海油能源發展股份有限公司 安全環保分公司，天津 300452)

氣相色譜/質譜聯用儀(GC/MS)是溢油鑒定中應用最為廣泛的儀器之一，國際海事組織(IMO)[1]、歐洲標準化委員會(CEN)[2]、我國的國家標準[3]，以及交通運輸行業標準[4]均推薦使用該儀器。使用GC/MS進行溢油鑒定也是國內外溢油應急技術人員的研究熱點[5-10]。對于色譜類儀器，保留時間是識別色譜峰的基本參數和色譜峰定性的基礎。理論上，油樣品中的同一組分在不同批次進樣時的保留時間是重復的，同一組分在不同GC/MS系統之間的保留時間也是一致的；但是，在長期的實驗過程中發現，由于色譜柱的污染、切割、更換，以及儀器本身的技術限制，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樣、不同系統之間很難實現重現和一致。保留時間漂移將影響色譜峰的識別和定性，進而影響溢油鑒定的準確性。

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手段來提高保留時間的重復性[11-13]。這些方法均為復雜的數學方法，普通人員較難掌握。美國安捷倫科技有限公司開發的保留時間鎖定技術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]。該方法通過調節色譜柱進樣口的壓力來補償儀器參數的微小變化，從而控制色譜峰的出峰時間，實現保留時間的重現和一致。保留時間鎖定技術已成功用于烴類定性[17-18]、農藥殘留檢測、有毒物檢測、揮發性有機物檢測等領域，但是未見用于溢油鑒定的文獻報道。

本研究將保留時間鎖定技術用于溢油鑒定領域，通過不同壓力下測定目標化合物的保留時間，建立進樣口壓力與保留時間的關系曲線，有效減少目標化合物的保留時間在不同批次進樣、不同GC/MS系統之間的差異。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

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

C8—C40烷烴混標(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

按照交通運輸行業標準JT/T 862—2013《水上溢油快速鑒別規程》中推薦的方法對油樣品進行處理。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轉速離心5 min。準確移取上清液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轉速離心5 min，取上清液進行GC/MS分析。

1.3 GC/MS分析條件

C8—C40烷烴混標、油樣品中的正構烷烴(含姥鮫烷和植烷)、多環芳烴和甾、萜烷類生物標志化合物均使用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樣，進樣口溫度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，化學性質穩定，而且容易辨識(與C17峰成對出現)，本文選用姥鮫烷作為目標化合物。

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系。在不同的進樣口壓力下分析C8—C40烷烴混標中的姥鮫烷，根據進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系，從而完成GC/MS 1的鎖定。然后，通過調節另一臺GC/MS(GC/MS 2)的進樣口壓力，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系統之間的鎖定。

2 結果與討論

2.1 保留時間鎖定對不同批次進樣的影響

石油是上千種化合物組成的復雜混合物，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、石蠟等物質，但長時間對油樣品進行分析測試，色譜柱不可避免地受到污染，因此需要定期對色譜柱進行截斷以保證檢測結果的質量。色譜柱長短的變化將導致保留時間的改變。

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，截斷后變為27.142 min，相差0.1 min。對GC/MS進行鎖定，姥鮫烷的保留時間變為27.242 min(圖2)，與截斷前的保留時間一致。可見，保留時間鎖定技術的應用能夠減少因色譜柱長短變化而導致的保留時間的改變。

2.2 保留時間鎖定對不同GC/MS系統的影響

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烷烴混標作為標準物質對GC/MS系統進行保留時間鎖定，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，配備標稱規格相同的色譜柱，且實驗時儀器參數設置一致，但是由于在長期的使用過程中色譜柱的實際狀態不會完全相同，導致姥鮫烷在不同GC/MS的保留時間差異很大。應用保留時間鎖定技術之后(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。可見，保留時間鎖定技術能顯著減小保留時間在不同GC/MS系統的差異，從而有助于提高色譜峰識別與定性的準確性。

3 結論

色譜峰保留時間變化不利于油樣品的GC/MS定性分析，甚至可能導致錯誤的溢油鑒定結論。保留時間鎖定技術通過調節色譜柱進樣口壓力，能夠有效消除GC/MS檢測過程中儀器參數變化及色譜柱維護所導致的保留時間漂移，從而精準控制油樣品組分的保留時間，實現保留時間在不同批次進樣、不同GC/MS系統之間的精確重現，為色譜峰準確識別與定性提供保證。