超越传统：快速色谱法在SARA分析中的运用

2024-06-1383

摘要

Abstract

原油及其相关沥青是全球最复杂的混合物之一。原油是石化工业的原料，用于生产燃料、溶剂、润滑剂、化肥和塑料。沥青作为原油的一个组成部分，常用于道路建设，因此对基础设施至关重要。对饱和烃、芳香烃、树脂和沥青质（SARA）的分析结果对于理解沥青的老化过程具有重要价值，并且与道路风化和衰败的机制有关。对原油进行 SARA 分析可以提供处理原料的信息。研究发现，结合蒸发光散射检测（ELSD）的快速色谱法是一种高效分离和定量 SARA 组分的方法。此外，运行过程中自动切换溶剂使得 SARA 组分得以解析。

背景

Background

本文描述的快速色谱法可以作为一种与传统的薄层色谱-氢火焰离子化检测（TLC-FID）工序正交的方法，后者虽然传统但耗时且成本高。快速色谱法不仅能提供相似的数据，同时还允许大规模分离和收集各种 SARA 组分以供进一步表征。如果需要，快速色谱法还已被用于通过与本应用笔记中类似的程序解析原油中的 SARA 组分，尽管使用了不同的溶剂。

实验、结果与讨论

Experimental, results and discussion

沥青

在沥青老化研究中，大约 0.2 克的沥青粘合剂被溶解在氯仿中，并加载到一个 5 克的固体负载柱上。使用一个 12 克的 RediSep Gold 硅胶柱进行分离。通过溶剂更换形成一系列梯度，以洗脱不同的组分。CombiFlash NextGen 300+ 系统（PN 685250001）配备ELSD（PN 605257001），以柱体积（CV）运行，因为以 CV 工作可以轻松放大到更大的柱子而不改变方法——化合物的洗脱时间在一个 CV 内是相同的，无论柱子是小还是大。

表1. 沥青研究梯度

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

该柱子以 30 毫升/分钟的速度运行，梯度之前在正庚烷中进行 6 分钟的平衡。

溶剂被分配到流动溶剂入口管线：

表2. 溶剂分配

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

为了进行检测和峰收集，我们使用了蒸发光散射检测器（ELSD），其中喷雾室设为 20°C，漂移管设为 60°C。紫外-可见光检测器在 254 纳米以及 200-800 纳米范围内被设置为“监控”模式，因此不会由紫外检测器触发峰收集。紫外跟踪证实了溶剂更换正在进行。我们使用了纯正庚烷以及未稳定的四氢呋喃。由于薄层色谱法使用了硅胶，因此很容易将该方法转移到柱子上。

梯度法是通过经验确定的，旨在为所有样品创造条件。该梯度旨在最小化时间、锐化峰并从彼此中解析峰。与传统的 Iatroscan 程序相比（从样品制备和 TLC 展开到分析的总时间约为 3 小时），快速 SARA 在 30 分钟内提供结果；也就是说，是原来时间的六分之一。

常压渣油 Maltenes

Atmospheric residue maltenes

AR maltenes 是从原油的常压蒸馏装置底部获得的油。另一组研究人员使用快速色谱法将 AR maltenes 分解成单独的样本以进行进一步分析。他们将 0.1 到 0.3 克的玛特装在一个带有 ELSD 的 80 克 RediSep 银色柱子上。该柱子以 25 毫升/分钟的速度运行，采用下面列出的梯度。

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

此程序产生了在己烷中洗脱的饱和化合物，随后是两组芳香族化合物，极性化合物则在乙酸乙酯和甲醇中洗脱。需要注意的是，最好通过甲苯或乙酸乙酯中间体返回到己烷，因为甲醇和己烷不相溶。

结论

Conclusion

快速色谱法是一种高效、简便且可靠的 SARA 分析方法。纯化后的组分也可用于特定类别化合物的进一步分析。RediSep 柱提供了良好的分辨率和稳定的负载容量，而 NextGen 300+ 系统在运行过程中能够更换溶剂，从而实现半自动化操作和数据收集。蒸发光散射检测技术能够在吸收紫外光的溶剂存在下，测量洗脱的沥青化合物。

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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