薄層層析_干柱層析技術(shù)在分離制備石油生物標(biāo)志物_卟啉中的應(yīng)用

1、薄層層析2干柱層析技術(shù)在分離制備石油生物標(biāo)志物卟啉中的應(yīng)用陳培榕3王志杰郭建林廖志勤黃第藩(清華大學(xué)化學(xué)系,北京100084(北京石油勘探開發(fā)設(shè)計院地質(zhì)所,北京100083摘要本文利用薄層層析2干柱層析技術(shù)對石油卟啉化合物的分離制備進(jìn)行了研究,最佳分離條件為,以1040m薄層層析硅膠G為固定相,以石油醚甲苯二氯甲烷=311為展開劑,展開方式為上行和下行,卟啉的R f值為01520163,可制備m g級卟啉樣品供給后續(xù)的高效液相色譜和質(zhì)譜進(jìn)行分子水平的分析。關(guān)鍵詞生物標(biāo)志物;石油卟啉;薄層色譜;柱色譜石油卟啉是由葉綠素、血紅素降解得到的,并基本完整地保存在古代沉積物中,所以稱其為生物標(biāo)志物。在石

2、油中卟啉多以鎳、氧釩絡(luò)合物的形式存在,這種金屬卟啉一般來說比較穩(wěn)定,可以在地質(zhì)體系中保存下來,成為地球化學(xué)的分子化石。由于卟啉類化合物含側(cè)鏈基團(tuán)的不同,又分為不同類型的卟啉,主要有初卟啉(ET I O和脫氧葉紅初卟啉(D PEP,在石油成熟過程中伴隨著D PEP和ET I O型卟啉比例的改變,平均碳數(shù)的減少等,因此,分析石油中卟啉類物質(zhì)的組成、類型、含量等對提供分子的地球化學(xué)信息有著重要的意義1。但由于卟啉類物質(zhì)的含量甚微,且石油成分復(fù)雜,其他有機(jī)物干擾十分嚴(yán)重,故先采用薄層層析分離純化。1儀器與試劑紫外2可見分光光度計Sh i m adzu UV23000 (日本;超聲波發(fā)生器BRAN SO

3、N(美國,硅膠G(層析用,青島海洋化工廠;二氯甲烷、石油醚(6090、甲苯、正己烷等溶劑皆為分析純(北京化工廠生產(chǎn),重蒸后使用。2石油卟啉的粗提在對卟啉類物質(zhì)進(jìn)行薄層層析之前,首先需用有機(jī)溶劑對卟啉物質(zhì)進(jìn)行有效地提取,即稱之為“粗提”2,3。以遼河油田的西斜坡原油為實驗樣品,稱取一定量原油,加適量正己烷溶解,得棕黑色粘稠液體,加入硅藻土顆粒(40 60目使上述液體均勻分散在硅藻土上,待正己烷揮發(fā)后,按比例加入二氯甲烷與甲醇(21,V V的混合溶劑,放在超聲波發(fā)生器上振蕩2h,倒出浸取液,重復(fù)三次,合并浸取液,抽濾,旋蒸,得濃縮液即粗提物,待用。3金屬卟啉的紫外2可見吸收光譜由于石油的成因不同,

4、其所含金屬卟啉的成分和豐度不同,鎳卟啉和氧釩卟啉在紫外2可見吸光光譜上都有各自的特征吸收峰4,5,鎳卟啉為504nm和544nm,釩卟啉為530nm和570nm,卟啉類物質(zhì)的純度對其紫外2可見吸收光譜有著明顯的影響,當(dāng)雜質(zhì)很多時,有的特征峰可能被掩沒,因此,可以利用紫外2可見光譜的特征吸收峰來鑒定卟啉類物質(zhì)分離的純度。4結(jié)果與討論411吸附劑由于薄層層析原理的多樣性,致使可用于薄層層析的固定相也是多種多樣,例如硅膠、氧化鋁、纖維素、離子交換劑等,雖然固定相種類繁多,但應(yīng)用最廣泛的是硅膠。本文主要利用硅自然科學(xué)基金資助課題93膠作固定相對卟啉的分離進(jìn)行了研究。從石油粗提得到的樣品中,除少量的金屬

5、卟啉外,還含有大量的烷烴、芳烴以及其它大分子的有機(jī)質(zhì),這些物質(zhì)在極性上和結(jié)構(gòu)上都有差別,因此在吸附劑上有不同的保留,實驗結(jié)果表明,卟啉類物質(zhì)在硅膠上得到了較好的分離(兩個紫外特征吸收峰非常清晰。412展開劑當(dāng)確定硅膠作為吸附劑之后,選擇合適的展開劑就成為分離卟啉物質(zhì)的關(guān)鍵,選擇薄層層析展開劑的基本原則是對被分離的物質(zhì)有一定的溶解度,其極性與樣品極性相匹配,粗卟啉樣品在二氯甲烷、石油醚、正己烷及甲苯中有較好的溶解度,通過正交實驗優(yōu)化后,得到兩組較好的混合展開劑,實驗結(jié)果列于表1。分離譜圖如圖1所示。表1不同展開劑與R f值展開劑芳烴段R f值卟啉段R f值其它有機(jī)物R f值10173019801

6、520163012801382015101810138014501210132 1石油醚甲苯二氯甲烷為311;2石油醚正己烷二氯甲烷為221413干柱法制備卟啉化合物41311吸附劑處理實驗中對兩種粒徑的硅膠G進(jìn)行了對比,一種為6080目柱層析硅膠G,另一種為1040m的薄層層析硅膠G,結(jié)果表明,粗粒硅膠由于顆粒較大,內(nèi)部孔徑深,卟啉樣品不易洗脫下來。小粒度的硅膠易洗脫,因此采用1040m硅膠G為干柱填料,用前需經(jīng)脫活處理和展開劑預(yù)處理,方法是按裝柱要求稱量一定的硅膠G,以15%(質(zhì)量比 的比例加入適量水,攪拌均勻,在超聲波發(fā)生器上振蕩315h,然后以10%(質(zhì)量比的比例加入展開劑,攪拌均勻,

7、在超聲波發(fā)生器上振蕩115h,得到處理好的硅膠,待用。41312裝柱采用 3c m×30c m的玻璃柱,柱底塞上脫脂棉,為使干柱均勻展開,需采用“少量多次”裝填方法,每次加入硅膠量大致相同,墩實程度也大致相同,裝柱高度為16c m。圖1最佳分離條件下卟啉的層析譜圖41313上樣、展開將所得粘稠狀的卟啉粗提物用適量二氯甲烷溶劑稀釋,然后加入適量脫活的1040m硅膠G,使樣品均勻分散在硅膠上,待二氯甲烷揮發(fā)后,將載有樣品的硅膠加到柱子頂端,加樣高度在1115c m,使分布均勻并表面平整,覆蓋一張濾紙準(zhǔn)備淋洗展開,展開劑為石油醚甲苯二氯甲烷=311 V V V,展開劑在柱頂部保持一定的高度

8、,任其自然展開,待其各色帶完全展開后,停止加展開劑。避光保存12h,待展開劑自然揮發(fā)后即可準(zhǔn)備切割取樣。西斜坡原油中主要以鎳卟啉為主,干柱中明顯地呈現(xiàn)出粉紅色段,這是鎳卟啉的特征顏色。41314紫外2可見吸收光譜鑒定因卟啉粗提物中含有多種有機(jī)物,因此干柱展開后出現(xiàn)了黃、棕、紅等幾個不同的色段。將干柱中的硅膠用氣流反相吹出玻璃柱(吸附劑仍保持柱狀,切割各色段,待殘余展開劑揮發(fā)后,用二氯甲烷分別淋洗各色段樣品,得到的淋洗液以二氯甲烷作參比進(jìn)行紫外2可見吸收光譜分析,結(jié)果如圖2所示。從紫外2可見光譜圖上可以看出,紅色段為卟啉段,有兩個特征峰,黃紅色段有部分4卟啉,待進(jìn)一步的分離,其它色段不含卟啉。

9、圖2干柱中各色段樣品的紫外2可見吸收譜圖414薄層層析2干柱層析在卟啉分析中的應(yīng)用石油樣品組分十分復(fù)雜,而卟啉族物質(zhì)含量又極其微量,直接采用高效液相色譜分析是不可能的,在研究西斜坡原油中卟啉化合物時,我們采用了薄層層析2干柱層析的方法對粗提物進(jìn)行了分離與純化,實驗證明,對上述純化后的卟啉樣品進(jìn)行高效液相色譜分析時,可得到令人滿意的清晰的卟啉指紋圖6,如圖3所示,達(dá)到了分子水平的分析。其色譜條件為:固定相采用C 18柱( 416mm ×15c m 和CN 基柱( 416mm ×15c m 串聯(lián)的組合柱,流動相為甲醇和水,進(jìn)行梯度洗脫,流速為112117mL m in ,梯度程

10、序,檢測波長為400nm。 圖3西斜坡石油中卟啉的高效液相色譜圖5參考文獻(xiàn)1B r w ise A J G et al .A dvance in O rganic Geochem 2istry 11981,6682Baker E W 1Chem ical Geo logy ,1971,7(1:453H ajibrah i m S K 1Intern J Environ A nal Chem ,1982,12:1234W ang X ieqing ,L ang R ench i ,Q iL uliang .Geochem 2istry ,1983,3(2:2515L iao Zh iqin ,H

11、 uang D ifan ,Sh i J iyang .Science Ch i 2na (series B ,1990,33(5:6316陳培榕,劉密新等1色譜,1994,12(6:426Appl ica tion of T LC -LC Techn ique i n Se -para tion and Prepara tion of Petroleu m B iolo -gy M arker Porphyr i n s Chen P eirong 3,W ang Z h ij ie ,Guo J ian lin (D epartm en t of Chem istry ,T singhua

12、 U n iversity ,B eijing 100084,L iao Z h iqing and H uang D if an (Ge 2o logy D ep artm en t ,R esearchIn stitu te ofPetro leum Exp lo rati on and D evelopm en t ,B e 2jing 10083,Fenx i Sh iyan sh i ,1997,16(2:3941T heseparati onandp reparati onofpetro leum po rphyin s u sing TL C 2L C techn ique w ere studied .T he op ti m um operating condi 2ti on s w ere :1040m silica gel (G as