超越傳統：快速色譜法在SARA分析中的運用

更新時間：2024-06-17 點擊次數：1178

01 摘要

原油及其相關瀝青是全球蕞復雜的混合物之一。原油是石化工業的原料，用于生產燃料、溶劑、潤滑劑、化肥和塑料。瀝青作為原油的一個組成部分，常用于道路建設，因此對基礎設施至關重要。對飽和烴、芳香烴、樹脂和瀝青質（SARA）的分析結果對于理解瀝青的老化過程具有重要價值，并且與道路風化和衰敗的機制有關。對原油進行 SARA 分析可以提供處理原料的信息。研究發現，結合蒸發光散射檢測（ELSD）的快速色譜法是一種高效分離和定量 SARA 組分的方法。此外，運行過程中自動切換溶劑使得 SARA 組分得以解析。

02 背景

本文描述的快速色譜法可以作為一種與傳統的薄層色譜-氫火焰離子化檢測（TLC-FID）工序正交的方法，后者耗時且成本高。快速色譜法不僅能提供相似的數據，同時還允許大規模分離和收集各種 SARA 組分以供進一步表征。類似本文中所敘述的快速色譜法還已被用于解析原油中的 SARA 組分，那些分析方法可能采用不同的沖洗溶擠。

03 實驗、結果與討論

瀝青

在瀝青老化研究中，大約 0.2 克的瀝青粘合劑被溶解在氯仿中，并加載到一個 5 克的固體負載柱上。使用一個 12 克的 RediSep Gold® 硅膠柱進行分離。通過溶劑更換形成一系列梯度，以洗脫不同的組分。CombiFlash® NextGen 300+ 系統（PN 685250001）配備ELSD（PN 605257001），以柱體積（CV）運行，因為以 CV 稱重可以輕松放大到更大的柱子而不改變方法——在大小不同的柱子上，洗脫同一化學物質所需的CV數值是相同的。

表1. 瀝青研究梯度

Gradient segment length (CV)	A solvent	B solvent	% B solvent
Start	n-Heptane	Toluene	0
5	n-Heptane	Toluene	0
0	n-Heptane	Toluene	20
7	n-Heptane	Toluene	20
0	n-Heptane	Toluene	100
5	n-Heptane	Toluene	100
0	Toluene	Tetrahydrofuran	0
0	Toluene	Tetrahydrofuran	100
6	Toluene	Tetrahydrofuran	100
0	n-Heptane	Toluene	0
2	n-Heptane	Toluene	0

該柱子以 30 毫升/分鐘的速度運行，梯度之前在正庚烷中進行 6 分鐘的平衡。

溶劑被分配到流動溶劑入口管線：

表2. 溶劑分配

Solvent Inlet	Solvent
1	n-Heptane
2	Toluene
3	Tetrahydrofuran
4	[unused]

我們根據蒸發光散射檢測器（ELSD）訊號作為分析物偵測與峰收集。其中噴霧室設為 20°C，漂移管設為 60°C。將紫外-可見光檢測器在 254 納米以及 200-800 納米范圍內設置為“監控"模式，因此不會由紫外-可見光檢測器觸發峰收集。紫外追蹤證實了溶劑更換正在進行。我們使用了純正庚烷以及不含穩定劑的四氫呋喃。如同薄層色譜法（TLC板）使用的硅膠，因此很容易將TLC的沖洗方法轉移到柱子上。

梯度法是根據實驗結果推定的，旨在為所有樣品創造適當沖洗條件。該梯度旨在最小化時間、銳化峰并從彼此中解析峰。與傳統的 Iatroscan 程序相比（從樣品制備和 TLC 展開到分析的總時間約為 3 小時），快速 SARA 在 30 分鐘內提供結果；也就是說，是原來時間的六分之一。

04 常壓渣油

AR maltenes 是從原油的常壓蒸餾裝置底部獲得的油。另一組研究人員使用快速色譜法將 AR maltenes 分解成單獨的樣本以進行進一步分析。他們將 0.1 到 0.3 克的渣油裝在一個帶有 ELSD 的 80 克 RediSep 銀色柱子上。該柱子以 25 毫升/分鐘的流速運行，沖洗梯度如下。

表3. Maltenes 研究梯度

Gradient segment length (CV)	A solvent	B solvent	% B solvent
Start	Hexanes	Toluene	0
7	Hexanes	Toluene	0
0	Hexanes	Toluene	5
7	Hexanes	Toluene	5
0	Hexanes	Toluene	30
7	Hexanes	Toluene	30
0	Hexanes	Toluene	100
7	Hexanes	Toluene	100
7	Hexanes	Ethyl acetate	100
7	Ethyl acetate	Methanol	100
2	Hexanes	Toluene	0

此程序產生了在己烷中洗脫的飽和化合物，隨后是兩組芳香族化合物，極性化合物則在乙酸乙酯和甲醇中洗脫。需要注意的是，最好通過甲苯或乙酸乙酯中間體返回到己烷，因為甲醇和己烷不相溶。

05 結論

快速色譜法是一種高效、簡便且可靠的 SARA 分析方法。純化后的組分也可用于特定類別化合物的進一步分析。RediSep 柱提供了良好的分辨率和穩定的負載容量，而 NextGen 300+ 系統在運行過程中能夠更換溶劑，從而實現半自動化操作和數據收集。蒸發光散射檢測技術能夠在不受溶劑（吸收紫外光）的影響下準確偵測瀝青組成分子。

引用

1. Masson, J-F; Price, P.; Collins, P. Dynamics of Bi-tumen Fractions by Thin-Layer Chromatography/Flame Ionization Detection. Energy & Fuels 2001,15, 955-960

2. Kim, E.; EunJi E.; Serah S.; Park,J-I; Kim, S. Char-acterization of Petroleum Heavy Oil Fractions Prepared by Preparatory Liquid Chromatography with Thin-Layer Chromatography, High-Resolution Mass Spectrometry, and Gas Chromatography with an Atomic Emission Detector. Energy Fuels 2016, 30,2932?2940

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