保留时间锁定技术在溢油鉴定中的实验

张海江，赵如箱，刘保占

(1.烟台海事局，山东 烟台 264000；2.中海油能源发展股份有限公司 安全环保分公司，天津 300452)

气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)是溢油鉴定中应用最为广泛的仪器之一，国际海事组织(IMO)[1]、欧洲标准化委员会(CEN)[2]、我国的国家标准[3]，以及交通运输行业标准[4]均推荐使用该仪器。使用GC/MS进行溢油鉴定也是国内外溢油应急技术人员的研究热点[5-10]。对于色谱类仪器，保留时间是识别色谱峰的基本参数和色谱峰定性的基础。理论上，油样品中的同一组分在不同批次进样时的保留时间是重复的，同一组分在不同GC/MS系统之间的保留时间也是一致的；但是，在长期的实验过程中发现，由于色谱柱的污染、切割、更换，以及仪器本身的技术限制，如程序升温时的温度波动、气压波动等，同一组分的保留时间在不同批次进样、不同系统之间很难实现重现和一致。保留时间漂移将影响色谱峰的识别和定性，进而影响溢油鉴定的准确性。

针对色谱类仪器存在的保留时间漂移问题，科研人员通过不同的技术手段来提高保留时间的重复性[11-13]。这些方法均为复杂的数学方法，普通人员较难掌握。美国安捷伦科技有限公司开发的保留时间锁定技术为解决保留时间漂移提供了一种简便的、易于掌握的方法[14-16]。该方法通过调节色谱柱进样口的压力来补偿仪器参数的微小变化，从而控制色谱峰的出峰时间，实现保留时间的重现和一致。保留时间锁定技术已成功用于烃类定性[17-18]、农药残留检测、有毒物检测、挥发性有机物检测等领域，但是未见用于溢油鉴定的文献报道。

本研究将保留时间锁定技术用于溢油鉴定领域，通过不同压力下测定目标化合物的保留时间，建立进样口压力与保留时间的关系曲线，有效减少目标化合物的保留时间在不同批次进样、不同GC/MS系统之间的差异。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

气相色谱/质谱联用仪(GC/MS，美国Agilent，7890A/5975C)，配备60 m×0.25 mm×0.25 μm的毛细管色谱柱(美国J&W Scientific，HP-5MS)和质谱检测器；万分之一分析天平(瑞士Mettler，AE240)；高速离心机(上海安亭科学仪器厂，TDL-40B)；旋窝混合器(上海医科大学仪器厂，XW-80A)；实验室其他常用材料。

C8—C40烷烃混标(含姥鲛烷，500 μg/mL，美国AccuStandard)；正己烷(德国Merck，HPLC级)；二氯甲烷(德国Merck，HPLC级)；无水硫酸钠(天津科密欧，分析纯，450 ℃马福炉中活化4 h，冷却后装入密封瓶置于干燥器中备用)；硅胶(青岛赛银雪精细硅胶厂，150～70 μm，180 ℃活化20 h，冷却后装入密封瓶置于干燥器中备用)。

1.2 油样品前处理

按照交通运输行业标准JT/T 862—2013《水上溢油快速鉴别规程》中推荐的方法对油样品进行处理。称取油样约0.150 g，加入体积比1∶1的正己烷和二氯甲烷混合液，容至10 mL，旋涡振荡30 s溶解，加入约1.0 g无水硫酸钠，混匀，以3 000 r/min转速离心5 min。准确移取上清液1.00 mL于离心管中，再移取5 mL的正己烷和二氯甲烷的混合液(体积比1∶1)，加入约1.0 g硅胶。以3 000 r/min转速离心5 min，取上清液进行GC/MS分析。

1.3 GC/MS分析条件

C8—C40烷烃混标、油样品中的正构烷烃(含姥鲛烷和植烷)、多环芳烃和甾、萜烷类生物标志化合物均使用GC/MS分析，扫描方式为选择性离子检测(SIM)模式。

GC/MS分析时以高纯氦气(1.0 mL/min)为载气，采用脉冲不分流方式进样，进样口温度290 ℃，离子源温度230 ℃，升温程序：初始温度60 ℃保持1 min，以6 ℃/min的速度升高到300 ℃，保持16 min。

1.4 保留时间锁定实验

考虑到姥鲛烷在油样品中含量丰富，化学性质稳定，而且容易辨识(与C17峰成对出现)，本文选用姥鲛烷作为目标化合物。

保留时间锁定实验的总体思路。

首先，在1台GC/MS(GC/MS 1)上建立保留时间与压力的校正关系。在不同的进样口压力下分析C8—C40烷烃混标中的姥鲛烷，根据进样口压力与姥鲛烷的保留时间建立保留时间与压力的校正关系，从而完成GC/MS 1的锁定。然后，通过调节另一台GC/MS(GC/MS 2)的进样口压力，使姥鲛烷的保留时间与GC/MS 1获得的保留时间基本一致，从而完成不同GC/MS系统之间的锁定。

2 结果与讨论

2.1 保留时间锁定对不同批次进样的影响

石油是上千种化合物组成的复杂混合物，尽管样品前处理时使用硅胶、无水硫酸钠并通过漩涡、离心等手段去除掉GC/MS无法分析的沥青质、石蜡等物质，但长时间对油样品进行分析测试，色谱柱不可避免地受到污染，因此需要定期对色谱柱进行截断以保证检测结果的质量。色谱柱长短的变化将导致保留时间的改变。

将GC/MS 1的色谱柱截断30 cm，比较截断前后油样品中姥鲛烷保留时间的变化，见图1。对GC/MS进行锁定，再次比较截断前后油样品中姥鲛烷保留时间的变化，见图2。

图1 色谱柱截断前后姥鲛烷保留时间的变化

图2 保留时间锁定对色谱柱截断前后保留时间的影响

从图1可以看到，色谱柱截断前姥鲛烷的保留时间为27.242 min，截断后变为27.142 min，相差0.1 min。对GC/MS进行锁定，姥鲛烷的保留时间变为27.242 min(图2)，与截断前的保留时间一致。可见，保留时间锁定技术的应用能够减少因色谱柱长短变化而导致的保留时间的改变。

2.2 保留时间锁定对不同GC/MS系统的影响

首先使用2台GC/MS测试油样品，分别记录油样品中姥鲛烷的保留时间。然后使用C8—C40烷烃混标作为标准物质对GC/MS系统进行保留时间锁定，再次测试油样品。比较保留时间锁定前后，油样品中姥鲛烷的保留时间在2台GC/MS上的变化。

图3 姥鲛烷在2台GC/MS上的保留时间

如图3a)所示，姥鲛烷在GC/MS 1上的保留时间是27.242 min，在GC/MS 2上的保留时间是25.737 min，相差1.505 min。虽然2台GC/MS的型号相同，配备标称规格相同的色谱柱，且实验时仪器参数设置一致，但是由于在长期的使用过程中色谱柱的实际状态不会完全相同，导致姥鲛烷在不同GC/MS的保留时间差异很大。应用保留时间锁定技术之后(图3b))，姥鲛烷在GC/MS 1上的保留时间是27.242 min，在GC/MS 2上的保留时间是27.195 min，相差0.047 min，几乎一致。可见，保留时间锁定技术能显著减小保留时间在不同GC/MS系统的差异，从而有助于提高色谱峰识别与定性的准确性。

3 结论

色谱峰保留时间变化不利于油样品的GC/MS定性分析，甚至可能导致错误的溢油鉴定结论。保留时间锁定技术通过调节色谱柱进样口压力，能够有效消除GC/MS检测过程中仪器参数变化及色谱柱维护所导致的保留时间漂移，从而精准控制油样品组分的保留时间，实现保留时间在不同批次进样、不同GC/MS系统之间的精确重现，为色谱峰准确识别与定性提供保证。