薄层层析_干柱层析技术在分离制备石油生物标志物_卟啉中的应用

1、薄层层析2干柱层析技术在分离制备石油生物标志物卟啉中的应用陈培榕3王志杰郭建林廖志勤黄第藩(清华大学化学系,北京100084(北京石油勘探开发设计院地质所,北京100083摘要本文利用薄层层析2干柱层析技术对石油卟啉化合物的分离制备进行了研究,最佳分离条件为,以1040m薄层层析硅胶G为固定相,以石油醚甲苯二氯甲烷=311为展开剂,展开方式为上行和下行,卟啉的R f值为01520163,可制备m g级卟啉样品供给后续的高效液相色谱和质谱进行分子水平的分析。关键词生物标志物;石油卟啉;薄层色谱;柱色谱石油卟啉是由叶绿素、血红素降解得到的,并基本完整地保存在古代沉积物中,所以称其为生物标志物。在石

2、油中卟啉多以镍、氧钒络合物的形式存在,这种金属卟啉一般来说比较稳定,可以在地质体系中保存下来,成为地球化学的分子化石。由于卟啉类化合物含侧链基团的不同,又分为不同类型的卟啉,主要有初卟啉(ET I O和脱氧叶红初卟啉(D PEP,在石油成熟过程中伴随着D PEP和ET I O型卟啉比例的改变,平均碳数的减少等,因此,分析石油中卟啉类物质的组成、类型、含量等对提供分子的地球化学信息有着重要的意义1。但由于卟啉类物质的含量甚微,且石油成分复杂,其他有机物干扰十分严重,故先采用薄层层析分离纯化。1仪器与试剂紫外2可见分光光度计Sh i m adzu UV23000 (日本;超声波发生器BRAN SO

3、N(美国,硅胶G(层析用,青岛海洋化工厂;二氯甲烷、石油醚(6090、甲苯、正己烷等溶剂皆为分析纯(北京化工厂生产,重蒸后使用。2石油卟啉的粗提在对卟啉类物质进行薄层层析之前,首先需用有机溶剂对卟啉物质进行有效地提取,即称之为“粗提”2,3。以辽河油田的西斜坡原油为实验样品,称取一定量原油,加适量正己烷溶解,得棕黑色粘稠液体,加入硅藻土颗粒(40 60目使上述液体均匀分散在硅藻土上,待正己烷挥发后,按比例加入二氯甲烷与甲醇(21,V V的混合溶剂,放在超声波发生器上振荡2h,倒出浸取液,重复三次,合并浸取液,抽滤,旋蒸,得浓缩液即粗提物,待用。3金属卟啉的紫外2可见吸收光谱由于石油的成因不同,

4、其所含金属卟啉的成分和丰度不同,镍卟啉和氧钒卟啉在紫外2可见吸光光谱上都有各自的特征吸收峰4,5,镍卟啉为504nm和544nm,钒卟啉为530nm和570nm,卟啉类物质的纯度对其紫外2可见吸收光谱有着明显的影响,当杂质很多时,有的特征峰可能被掩没,因此,可以利用紫外2可见光谱的特征吸收峰来鉴定卟啉类物质分离的纯度。4结果与讨论411吸附剂由于薄层层析原理的多样性,致使可用于薄层层析的固定相也是多种多样,例如硅胶、氧化铝、纤维素、离子交换剂等,虽然固定相种类繁多,但应用最广泛的是硅胶。本文主要利用硅自然科学基金资助课题93胶作固定相对卟啉的分离进行了研究。从石油粗提得到的样品中,除少量的金属

5、卟啉外,还含有大量的烷烃、芳烃以及其它大分子的有机质,这些物质在极性上和结构上都有差别,因此在吸附剂上有不同的保留,实验结果表明,卟啉类物质在硅胶上得到了较好的分离(两个紫外特征吸收峰非常清晰。412展开剂当确定硅胶作为吸附剂之后,选择合适的展开剂就成为分离卟啉物质的关键,选择薄层层析展开剂的基本原则是对被分离的物质有一定的溶解度,其极性与样品极性相匹配,粗卟啉样品在二氯甲烷、石油醚、正己烷及甲苯中有较好的溶解度,通过正交实验优化后,得到两组较好的混合展开剂,实验结果列于表1。分离谱图如图1所示。表1不同展开剂与R f值展开剂芳烃段R f值卟啉段R f值其它有机物R f值10173019801

6、520163012801382015101810138014501210132 1石油醚甲苯二氯甲烷为311;2石油醚正己烷二氯甲烷为221413干柱法制备卟啉化合物41311吸附剂处理实验中对两种粒径的硅胶G进行了对比,一种为6080目柱层析硅胶G,另一种为1040m的薄层层析硅胶G,结果表明,粗粒硅胶由于颗粒较大,内部孔径深,卟啉样品不易洗脱下来。小粒度的硅胶易洗脱,因此采用1040m硅胶G为干柱填料,用前需经脱活处理和展开剂预处理,方法是按装柱要求称量一定的硅胶G,以15%(质量比 的比例加入适量水,搅拌均匀,在超声波发生器上振荡315h,然后以10%(质量比的比例加入展开剂,搅拌均匀,

7、在超声波发生器上振荡115h,得到处理好的硅胶,待用。41312装柱采用 3c m×30c m的玻璃柱,柱底塞上脱脂棉,为使干柱均匀展开,需采用“少量多次”装填方法,每次加入硅胶量大致相同,墩实程度也大致相同,装柱高度为16c m。图1最佳分离条件下卟啉的层析谱图41313上样、展开将所得粘稠状的卟啉粗提物用适量二氯甲烷溶剂稀释,然后加入适量脱活的1040m硅胶G,使样品均匀分散在硅胶上,待二氯甲烷挥发后,将载有样品的硅胶加到柱子顶端,加样高度在1115c m,使分布均匀并表面平整,覆盖一张滤纸准备淋洗展开,展开剂为石油醚甲苯二氯甲烷=311 V V V,展开剂在柱顶部保持一定的高度

8、,任其自然展开,待其各色带完全展开后,停止加展开剂。避光保存12h,待展开剂自然挥发后即可准备切割取样。西斜坡原油中主要以镍卟啉为主,干柱中明显地呈现出粉红色段,这是镍卟啉的特征颜色。41314紫外2可见吸收光谱鉴定因卟啉粗提物中含有多种有机物,因此干柱展开后出现了黄、棕、红等几个不同的色段。将干柱中的硅胶用气流反相吹出玻璃柱(吸附剂仍保持柱状,切割各色段,待残余展开剂挥发后,用二氯甲烷分别淋洗各色段样品,得到的淋洗液以二氯甲烷作参比进行紫外2可见吸收光谱分析,结果如图2所示。从紫外2可见光谱图上可以看出,红色段为卟啉段,有两个特征峰,黄红色段有部分4卟啉,待进一步的分离,其它色段不含卟啉。

9、图2干柱中各色段样品的紫外2可见吸收谱图414薄层层析2干柱层析在卟啉分析中的应用石油样品组分十分复杂,而卟啉族物质含量又极其微量,直接采用高效液相色谱分析是不可能的,在研究西斜坡原油中卟啉化合物时,我们采用了薄层层析2干柱层析的方法对粗提物进行了分离与纯化,实验证明,对上述纯化后的卟啉样品进行高效液相色谱分析时,可得到令人满意的清晰的卟啉指纹图6,如图3所示,达到了分子水平的分析。其色谱条件为:固定相采用C 18柱( 416mm ×15c m 和CN 基柱( 416mm ×15c m 串联的组合柱,流动相为甲醇和水,进行梯度洗脱,流速为112117mL m in ,梯度程

10、序,检测波长为400nm。 图3西斜坡石油中卟啉的高效液相色谱图5参考文献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陈培榕,刘密新等1色谱,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