蒸发光散射法检测磺基甜菜碱含量室内实验

张 灿

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)

蒸发光散射法检测磺基甜菜碱含量室内实验

张 灿

(东北石油大学 石油工程学院，黑龙江 大庆 163318)

利用Waters BEH C18反向色谱柱对玉门油田采出液中各组分进行分离。色谱条件：流动相A为水；流动相B为甲醇；柱温为25℃；进样量为10μL。色谱条件中洗脱梯度：0-2min，60%-100%B；2-5min，100%B；5-7min，100%-60%B，流速为0.3mL/min。对蒸发光散射检测器参数优化结果为：喷雾器氮气压力为35psi；漂移管温度为50℃；喷雾器模式为加热；动力级别为10%；检测器增益量为1000；数据率为10pps。采用外标法建立玉门老君庙油田用X1型磺基甜菜碱浓度与检测器响应的关系标准曲线，相对标准偏差(RSD%)<5%,重复率好。将该方法应用于现场采出液检测，并用内标法进行验证，所得加标回收率在92%-106%之间，准确率高，能够达到现场使用精度要求。

蒸发光散射检测器；超高效液相色谱；磺基甜菜碱；定量分析

0 引言

磺基甜菜碱这种两性表面活性剂，在高温及酸性条件下不易水解，有良好的抗盐能力，与阴、阳、非离子型表面活性剂有良好的协同增效作用，在三次采油中越来越受到关注[1]。目前对两性表面活性剂的定量分析方法有传统化学分析法、电化学分析法、分光光度法和色谱法[2]。由于磺基甜菜碱结构的特殊性，其在几乎所有的PH范围内，都不接受质子或释放质子，始终以内盐形式存在[3]，其结构上的稳定性使得常规的化学分析法和电化学分析法无法检测其含量。待测X1型磺基甜菜碱对紫外光无明显吸收，所以紫外分光光度法也不能对它进行定量分析。蒸发光散射检测器将来自液相色谱系统的溶剂雾化，并将产生的液滴夹杂在氮气气流中。在脱溶剂区内，流动相被蒸发掉，在漂移管中只留下干燥的溶质颗粒。随后溶质颗粒进入检测区。待测物的性质与浓度决定检测器响应信号强度[4]。

本文应用Waters超高液相色谱仪对成分复杂的玉门老君庙油田现场采出液中各个组分进行分离，并通过蒸发光散射检测器建立采出液中磺基甜菜碱浓度与检测器响应信号强度之间的关系，最终利用这一关系确定采出液中磺基甜菜碱的浓度[5-7]。

1 实验部分

1.1 仪器与实验试剂

Waters ACQUITY UPLC H-Class液相色谱仪、Waters ACQUITY UPLC蒸发光散射检测器、peak氮气发生器、METTLER TOLEDO电子天平、老君庙油田用X1型磺基甜菜碱标准样品(纯度为40%)、甲醇(fisher色谱纯)、超纯水(电阻率大于18.2MΩ及电导率小于0.055μs/cm)、甲酸(Aladdin色谱纯)等。

1.2 实验样品制备

配制X1型甜菜碱的甲醇溶液作为储备液，用甲醇和玉门老君庙油田矿化度为12000mg/L的模拟地层水共同稀释上述储备液，稀释后的溶液中溶剂为模拟地层水与甲醇质量比为1:1的溶液[8]，将样品放入4℃冰箱中保存4小时后用Waters0.2μm水相滤膜过滤并注入样品瓶中，放入样品室，待测。

1.3 确定实验设备参数

色谱条件：固定相Waters BEH C18反相色谱柱规格为1.7μm(2.1×50mm)，流动相A为水，流动相B为甲醇。线性洗脱梯度为：0-2min，60%-100%B；2-5min，100%B；5-7min，100%-60%B。流速为0.3mL/min，柱温为25℃，进样量为10μL。由于样品纯度为40%，其中还含有助溶性表面活性剂。

根据各组份的保留时间与液相色谱-质谱联用法对X1型复配甜菜碱中主要成分定性，确定目标物的保留时间。对Waters ACQUITY UPLC蒸发光散射检测器参数进行优化，优化结果如下：喷雾器气体压力为35psi，漂移管温度为50℃，喷雾器模式为加热，动力级别为10%，检测器增益量为1000，数据率为10pps。

1.4 确定检测下限

判定X1型磺基甜菜碱检出下限的标准是蒸发光散射检测器信噪比≥2:1，定量下限标准信噪比≥10:1。

1.5 加外标法确定回归曲线

将蒸发光散射检测器响应所得到的曲线进行积分求其与基线所围成图形的面积。以甜菜碱浓度为自变量，积分所得峰面积为应变量进行回归计算，确定二者之间的数量关系。

1.6 检测方法的实际应用

用甲醇与现场采出液按质量比1:1混合，放入4℃冰箱静置4小时，除去聚合物和残余油，取澄清液进行加标回收率实验。

2 实验结果与讨论

2.1 优化设备参数

对蒸发光散射检测器的喷雾器气体压力、漂移管温度、喷雾器模式、动力级别和检测器增益参数进行优化。反向色谱法需将漂移管温度设置为50℃(Waters ACQUITY UPLC ELSD 官方指南)，待测物X1型磺基甜菜碱在50℃时性质稳定，因此将漂移管温度选定为50℃。漂移管温度为50℃时，对载气量为25psi、30psi、35psi、40psi、45psi时分别进行考察。结果由下图1所示，当载气量为30psi时检测器响应最强，但样品中，各组分分离度不如35psi时好，综合信号响应及分离度两方面因素，选择载气压力为35psi[9-10]。

图1 氮气压力对检测器峰面积的影响

喷雾器温度要比漂移管温度低至少5℃，检测器信号强度随喷雾器温度升高而增强，相应的噪音也增强，选择喷雾器模式为加热，动力级别10%[11-12]。检测器增益选择1000，数据率为10pps。

2.2 回归样品浓度与峰面积的数值关系

图2 浓度为73.9mg/L的X1型磺基甜菜碱的ELSD-UPLC色谱图

浓度为73.9mg/L的X1型磺基甜菜碱ELSD-UPLC色谱图中，在3.68min、3.94min和4.26min各有一处强响应，通过QDA-UPLC ESI正扫描确定每处响应所对应的物质。

图3 3.68 min时X1型磺基甜菜碱的QDA正离子全扫描图

图4 3.94 min时X1型磺基甜菜碱的QDA正离子全扫描图

图5 4.26 min时X1型磺基甜菜碱的QDA正离子全扫描图

如图3-图5所示，提取蒸发光散射检测器有响应的三个时间点处质谱检测器正离子全扫描谱图， 3.68min处正离子全扫描检测到质荷比为436.37的物质为分子量为435.37的目标物与氢离子结合所形成的(435.37+1)。3.94min处和4.26min处蒸发光散射检测器检测到物质为助溶性表面活性剂。建立不同浓度X1型磺基甜菜碱ELSD-UPLC色谱图中3.68min处峰面积与浓度的回归关系曲线。

图6 ELSD所测得的X1型磺基甜菜碱浓度对其峰面积数值的回归关系

目标物的浓度与谱图中曲线所围成的峰面积呈二次多项式关系(ACQUITY UPLC ELS 检测器的响应是非线性的 (《Waters ACQUITY UPLC ELSD 官方指南》 11-12))y=144.85x2+4166.7x，其中R2=0.9983。重复性试验中保留时间与峰面积的相对标准偏差(RSD%)都<5%。当X1型磺基甜菜碱浓度≤9.8mg/L时信噪比≤10，故定量分析下限为9.8mg/L。当浓度>160mg/L时，ELS检测器出现过载现象。在本文中所述方法下，X1型磺基甜菜碱的定量分析限为9.8mg/L-160mg/L。

2.3 回收率

表1 样品在现场采出液的加标回收率及其相对标准偏差

为了考察现场采出液中聚合物、原油及其他物质对蒸发光散射法检测磺基甜菜碱含量的影响，取玉门老君庙油田G185-7-3p(检测出聚合物、检测出原油)，335-8-2p(未检测出聚合物、未检测出原油)，H196-9-5p(未检测出聚合物、未检测出原油)井8月3日采出液进行加标回收率和重复率实验(n=5)。

该方法对油田采出液中待测物检测的室内验证实验中，三口有代表性的井待测物加标回收率在92%-106%之间，5次平行实验中相对标准偏差在3%以内，这种方法准确性和重复性较好，可以作为玉门油田检测采出液中X1型磺基甜菜碱的方法。

3 结论

本文建立了玉门老君庙油田采出液中检测X1型磺基甜菜碱的UPLC-ELSD定量分析方法。解决了检测采出液中磺基甜菜碱困难的问题。在对该方法检测精度，评价结果表明，这种方法具有较好的重复率和检测精度，可以用作玉门油田采出液中X1型磺基甜菜碱表面活性剂定量检测的方法。

[1] 李振泉，延辉，宋新旺，等．磺基甜菜碱两性表面活性剂的结构性质[J]．化学学报，2011，69(8)：898-904．

[2] 张锦阳．α-长链烷基甜菜碱的定量分析[D]．江南大学，2009，(9)：3-6．

[3] 方云．两性表面活性剂[M]．中国轻工业出版社，2001：12-15．

[4] Waters Corporation．2424蒸发光散射检测器[Z]．2009，(B)．

[5] 王玉红，申克宇，李鹏，等．高效液相色谱-蒸发光散射检测法直接检测20种未衍生基本氨基酸[J]．色谱，2011，29(9)：910-911．

[6] 马润恬，师彦平．样品分析中分子印迹顾相萃取的新技术进展[J]．色谱，2016(3)．

[7] 刘宏程，李宁．基质固相分散-超高效液相色谱-质谱检测器测定牛奶中9种类固醇激素残留[J]．色谱，2015(11)．

[8] 姜佳丽，苟社全．原油破乳研究进展[J]．化工进展，2009(28)．

[9] 郑荣，王少敏，简龙海，等．薏苡仁中7种毒素的液相色谱-串联质谱测定法[J]．中国卫生检验杂志，2011(2)：318．

[10] Shin YG，Cho KH，Kim JM，et al．Determination of betaine in Lycium chinense fruits by liquid chromatography-electrospray ioniza-tion mass spectrometry[J]．Journal of Chromatography A，1999，857(857)：331-335．

[11] Kirsch SH，Herrmann W，Rabagny Y，et al．Quantification ofacetylcholine, choline, betaine, and dimethylglycinein human plasma andurine using stable-isotope dilution ultraper formance liquid chroma-tography-tandem massspectrometry[J]．Journal of Chromatography B，2010，878(32)：3338-3344．

[12] Gorham J．Separation and quantitative estimation of glycine betaine esters by high-performance liquid chromatography[J]．J Chrom，1986，361(6)：301-310．

[责任编辑：崔海瑛]

Laboratory Determination of sulfobetaine by ultra liquid chromatography-evaporative light-scattering detection

ZHANG Can

(Northeast Petroleum University, Petroleum Engineering College, Daqing 163318, China)

In this study, YuMen oil field produced fluid was separated on UPLC by reversed phase C18 column under the conditions as: mobile phase-A water and mobile phase-B methanol; linear binary elution gradient: mobile phase B increased from 60 to 100% in the first 2 minutes and kept 3 minutes then mobile phase B decreased from 100 to 6% in the last 2 minutes. flow rate：0.3ml/min; column temperature：25℃，Injection volume：10μL。The detection conditions applied for this sample type No.1 sulfobetaine of evaporative light scattering detector(ELSD) were: drift temperature：50℃; carrier gas pressure:35 psi; sprayer pattern-heating 10%； gain:1000 and data rate:10pps. Using external standard method to create a standard curve of type No.1 sulfobetaine used in YuMen oil field, relative standard deviation is less than 5%. Using internal standard method on YuMen oil field produced fluid, the recovery of standard addition lies between 92% and 106%. This method is accurate and has a nice prospect.

ELSD; UPLC; Sulfobetaine; Quantify

张灿(1989-)，男，黑龙江省双鸭山人，硕士研究生，从事油气集输及处理技术方向研究。

中石油股份公司重大科技专项“玉门油田重上百万吨勘探开发关键技术研究”(2013E-3306)。

O657.7+2 文献标示码：A

2095-0063(2016)06-0097-04

2016-09-09

DOI 10.13356/j.cnki.jdnu.2095-0063.2016.06.021