固相微萃取技术在油气单分子化合物同位素分析中的应用研究

In oil and gas geologic research field, the carbon/hydrogen isotopic characteristics of individual hydrocarbon has a realistic scientific significance for the research of geological process of oil and gas generation, migration and accumulation. For the reason of analysis technique, the isotope analysis of trace hydrocarbon gas especially hydrogen isotope analysis has been little progress. This research mainly focuses on introducing the solid phase microextraction (SPME) technique into this field and achieve the enrichment of trace hydrocarbons before carbon/ hydrogen isotope composition analysis. The research contents are as follow ：Ⅰ. Evaluate the adsorption-desorption process behavior of different types of stationary phase coating in different temperature, pressure. Ⅱ.Carry out the trace compounds enrichment and isotopic analysis of different type samples at different external conditions with the influence degree of value. Ⅲ. Optimize the experimental conditions and established the analysis method of carbon, hydrogen isotope compotion for trace hydrocarbons. The innovation maily show the systematic introduction of the advanced sample pretreatment technique into the isotope analysis fields, which will lay the foundation for expanding oil and gas research in trace hydrocarbons.

在油气地质学研究领域，单体烃的碳/氢同位素组成特征对于判识油气的生成、运移、聚集等地质过程有着现实的科学意义。但由于分析技术的原因，油气中的微量烃类化合物同位素分析进展一直不大。本研究拟将固相微萃取（SPME）技术系统引入该领域，实现微量烃类化合物的前处理，在既有工作基础上全面开展低浓度样品的碳/氢同位素组成分析。.研究内容：（1）在不同温度、压力下，选用不同类型的固定相涂层对油气中微量烃类化合物进行预处理，并评价不同类型的固定相涂层的吸附-脱附行为；（2）对各种类型天然气样品中微量化合物进行富集并进行同位素分析，并研究外界条件的变化对同素值的影响程度；（3）对实验条件进行优化，利用该技术系统建立微量烃类化合物的碳、氢同位素分析方法。.创新性：将固相微萃取这一国际前沿的样品预处理技术全面系统引入油气同位素分析领域，为拓展微量烃类化合物在油气研究领域研究奠定基础。

项目背景：随着油气地球化学研究的深入，常规烃类化合物的碳、氢同位素组成特征已逐渐无法解释油气在形成、运移、聚集过程中所蕴含的复杂地质信息。对于不同类型天然气，高碳数烃类化合物同位素特征研究对于有效的解决其成因机制、运移过程、演化特征等问题具有重要的意义。对于此类高碳数微量烃类组分的同位素组成分析研究，其进展一直不大,也限制了微量单分子烃类化合物的同位素组成分析及在油气地质学中的推广。.研究内容：在不同实验条件下，例如吸附涂层类型、平衡温度、平衡时间、解析温度等条件下，对不同种类型天然气样品中微量化合物进行富集并进行同位素分析，并研究操作条件的变化对碳氢同素值的影响程度。.研究结果： . 顺利完成了该项申请时提出的研究目标和研究内容，不但按照原计划实现了SPME技术在天然气中微量烃类化合物碳氢同位素分析应用，有效拓展了单分子化合物同位素在油气地质学中的应用，该项成果目前已经获得4项国家发明专利授权，该成果在13届国际气体地球化学宣读，并获得第优秀奖。该成果目前已经发表在国际著名期刊《Journal of Chromatography A》等杂志。除此，在完成原研究计划的基础上，进一步系统将SPME技术引入原油顶空氢同位素分析，首次实现了原油中顶空中微量类化合物氢同位素分析，该成果已经发表在国际著名期刊《Marine and Petroleum Geology》上。. 在完成该课题基本研究内容基础上，我们对现有的油气中微量化合物富集技术进行了系统研究，我们在分析化学领域首次提出了全新的微量化合物萃取技术—注射器固相萃取技术。该技术可更加快速、高效地实现系列微量烃类化合物进行富集，富集效率比现有的SPME技术提高2-3个数量级，其样品适用范围更加广泛，不但应用于气体中微量化合物富集，还可以实现固体及液体中微量有机化合物的富集，比固相微萃取技术有好的应用及推广前景。.研究意义：将固相微萃取这一国际前沿的样品预处理技术全面系统引入油气同位素地球化学分析领域，有效拓展微量烃类化合物在油气研究领域研究奠定了技术基础。