【干货分享】油品色谱、质谱分析实例汇总

2020-09-10 18:07:41, Waters 沃特世科技（上海）有限公司

提到油品检测大家首先想到的是什么？脂肪酸、脂肪酸酯类？抗氧化剂等配方？糠醛表征反馈劣化程度评价？在之前的APC分享中，我们谈论过美国一家顶级的油品供应商，通过比GPC缩短5倍分析时间的APC技术，以更优异的分离度，检测采收到的油料中甘油三酯、甘油二酯和游离脂肪酸的相对含量。从这些指标中可以看出油的品质以及放置时间是否过长。同样的，分离能力和检测能力在生物质柴油、润滑油、变压器油、甚至原油等各种油品检测中都至关重要，除了通过分子筛（SEC）分离的APC技术之外，还有多种其他技术可以解决行业复杂样本的分析难题。

液相色谱高效分离、表征

液相色谱是油品成分分析的基础方法，例如变压器油中的糠醛、苯并三氮唑，柴油中的中间馏分的多环芳烃分析等。此外，液相色谱连接ELSD检测器还是油品中脂肪酸、脂肪酸酯较为常用的分析方法，例如航空煤油管控中脂肪酸甲酯的含量测定就是必检项目之一。对此，沃特世建立了一种仅需要11 min即可分离航空煤油标准品中五个化合物的方法，依次为硬脂酸甲酯（C18:0）、棕榈酸甲酯（C16:0）、油酸甲酯(C18:1)、亚油酸甲酯(C18:2)和亚麻酸甲酯(C18:3)，满足法规IP 590/10标准方法的要求。(文末扫码索取文献详情)

当然，如果期望作为内控标准或者辅助研发和溯源，如何能够更高效地分离则变得更加重要。在2011年昆明理工大学老师的研究中就建立了一种基于UPLC分离技术，5 min分析11种生物柴油中脂肪酸、脂肪酸酯的方法，快速且能够实现定量分析，能有效测定反应的进行程度，从而满足生物柴油工艺研究的需要^[1]。（文末扫码索取文献链接）

图1：生物柴油的脂肪酸及脂肪酸甲酯混合标准液的色谱图

图2：实际样品的色谱图（以菜子油为原料制取的生物柴油）

如果在高效的分离后续连接质谱，则可以对复杂的油品组分做进一步解析。在以下生物柴油分析的例子中，结合MS^E非数据依赖型精确质量数采集，通过一针进样获得的母离子和碎片离子信息，解析复杂样本中不同系列甘油酯类成分的信息。(文末扫码索取文献详情)

图3：生物柴油中不同系列的甘油酯类分析

超临界流体色谱高效分离、表征

超临界流体对于油品的分离带来新的发现，中国石油大学老师的研究中就有应用超临界流体萃取技术，对重质油进行超临界溶剂萃取梯级分离，并为各种不同重质油制定精细的加工利用方案提供基础^[2]。(文末扫码索取文献链接）

生物柴油作为一种能源，需符合特定标准，例如，三酰甘油、甘油二酯、单酰甘油和游离甘油等酰基甘油类的含量应介于0.2%-0.8%，甘油含量应为0.02%。此外油品中还含有各种极性、溶解度、挥发性不相同的杂质，很难通过一种手段分析表征，耗时的柱前衍生、条件苛刻的高温GC方法等带来很大不便。利用超临界流体色谱技术 — 超高效合相色谱（UPC²），研究以烟草籽油为原料的一系列自制生物柴油和市售B100生物柴油的分析，在摸索不同的梯度条件后，开发一种不损失分离度的情况下获得更快分析速度的方法，应对杂质的分离和成分定量。(文末扫码索取文献详情)

图4：不同批次烟草籽油源生物柴油的UPC²色谱图

同样，如果后续连接质谱表征，结果的解析将更加直观，利用多元统计的分析模式，比较不同样本间差异，找到引起差异的具体组分含量变化和结构信息。在以下实例中就从分子层面比较了2种不同的车用润滑油，借助UNIFI科学信息化系统的“工程精简”定制化解析流程，从PCA主成分分析的象限图（下图左）中明显看到2种油品间差异，在OPLS正交偏最小二乘法的象限图（下图右）找到了引起差异的化合物信息。(文末扫码索取文献详情) 选中目标组分下一步则可查看其在样本间的含量分布趋势，并进行结构解析。这种方式适用于相似产品的差异化比较，问题溯源、竞品比对等。

图5：应用UNIFI软件分析不同市售润滑油的多元统计分析图

应用ASAP和IMS质谱技术表征复杂油品样本

油品复杂，来源多样，需要必要的前处理步骤来保证在色谱柱或系统耐受范围内，给色谱的分离带来更多的分析步骤、和方法开发难题。大气压固体分析探头（ASAP）无需样品前处理或色谱分离的直接进样方式，给分析带来福音。只需要蘸取样品，插入质谱电离源自动启动样本采集，在电晕针放电过程中带电的化合物进入质谱中，中性物质等残留在一次性采样玻璃毛细管上，简化分析流程，轻松检测润滑油中的添加剂组分，并可以实现结构鉴定。(文末扫码索取文献详情)

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图6：应用ASAP直接质谱进样分析润滑油添加剂配方

同样，应用该方法就可以直接比较不同的润滑油间差异性，例如应用ASAP分析新鲜润滑油和使用过的润滑油成分，明显可以看到润滑油使用后成分的变化。

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图7：新鲜润滑油（红色）和使用过的润滑油（蓝色）ASAP Q-Tof分析

针对复杂的样品，后续质谱采集中如加入离子淌度的分离，通过Driftscope可视化热度图呈现结果和实现样品比对，并且可以选择感兴趣的系列，轻松简化背景，获得干净的质谱图用于查看组分间关系和结构鉴定。(文末扫码索取文献详情)

图8：使用过的润滑油m/z与漂移时间曲线图，提取了具有丙氧基重复单元的聚合物系列的质谱图

如果组分差异更小、样品更加复杂，受现有分离路径长度限制无法区分，我们则可以考虑环形淌度池，让目标组分依据需要进行不同长度的淌度分离，通过多圈的路径实现更加精准的表征。例如原油的分析，传统的淌度分离没有足够的特异性来解决如此复杂样本的表征，应用环形淌度池，可以对m/z相差0.1Da的化合物进行选择并打碎获得干净的碎片谱图，用于化合物结构的定性。(文末扫码索取文献详情)

图9：Q-Tof环形淌度池结构

以往的研究表明，碎裂的模式可以阐述原油化合物核心结构，加入环形淌度分离后，可对m/z 374到m/z 384一系列相差两个H的化合物进行有效分离并获得相应碎片，母离子m/z越大表示H数越多。因此芳香性降低，导致产生越小的碎片分子。m/z388和374处的离子，由于差异在CH₂基团的数目不同，产生了非常相似的碎裂模式。淌度池前后碰撞池碎裂的选择，带来更多解读样本的可能性^[3]。(文末扫码索取文献链接)