廣州地化所建立去除高含量共溢物的柱色譜分離方法

　　長鏈不飽和烯酮(alkenones, LCAs)是重建古溫度的重要工具，廣泛應用于全球的海洋和湖泊沉積物的溫度重建。近期的研究表明，長鏈不飽和烯酯(alkenoates, LCEs)也與水體溫度具有一定的相關性，可以作為重建古溫度的生物標志物。然而，在使用氣相色譜(GC)對這些化合物進行分析時發現，在邊緣海和一些湖泊沉積物中普遍存在甾醚、蠟酯以及其它飽和酮/醚等雜質峰與LCAs和LCEs共溢（圖1），這嚴重影響烯酮-古水溫重建的準確性。

　　以往的研究，多用皂化或者酯交換等方法去除酯類化合物的影響，但是這種方法在去除雜質酯的同時也會去除LCEs，而且該方法無法去除醚和酮類等其它共溢物。另外，由于甾醚和飽和酮與目標化合物的極性和性質相似，很難用傳統的硅膠柱將其分離出來。前人的研究多選擇用硝酸銀硅膠去除，這是由于銀離子可以與有機物中的雙鍵形成可逆的配合物。然而，Ag+在光照下很容易還原為Ag (Ag金屬在色譜中與雙鍵沒有任何親和力)，因此柱色譜分離過程必須進行避光操作。此外，由于銀離子與硅烷醇官能團之間的靜電相互作用較弱，銀離子容易流失，特別是在相對極性的溶劑中，如丙酮和甲醇。最主要的是，Ag+還能氧化不飽和化合物，導致化合物回收率較低，并可能改變LCAs和LCEs不飽和度比值。因此，以硝酸銀為基礎的浸潤柱層析法存在顯而易見的局限性，難以用于建立可靠的古溫度記錄。

　　近期，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學重點實驗室助理研究員王麗和合作者Yongsong Huang使用巰基硅膠銀(AgTCM)填充的柱分離色譜方法，經過多次的實驗條件的摸索和優化，建立了一套最優的沖洗方法。AgTCM特征是銀離子鍵合在含硫官能團上，因此克服了傳統的硝酸銀柱層析方法的缺點，而且該方法具有以下優點：1）不需要皂化、酯交換等水解步驟就可以去除共溢的長鏈蠟酯、甾醚以及其它酮類等共溢化合物，可以同時保留LCAs和LCEs信息（圖2）；2）通過對來自于不同地區、含有不同共溢物的樣品測試，發現這種方法可以去除海洋和湖泊沉積物中各種不同類型的共溢化合物；3）由于雜質峰的去除，使得以往不容易被檢測到的更長鏈的C38、C39甚至C40的烯酮化合物得到釋放，從而可以獲得更多的烯酮指標信息，這為嘗試建立不同種屬專屬性的烯酮-溫度轉化方程提供了可能；4）該柱子還可重復使用(目前一根柱色譜最多可重復分離62個樣品)，且分離過程中對目標化合物的損失很小；樣品制備流程遠遠優于最新開發的使用HPLC先去除共溢物，再收集用于GC檢測的方法。因此該方法的開發解決了古氣候研究中面臨的一個問題，同時也為推動溫度替代指標的研究提供了技術支撐。2018年AGU分會報告上研究人員對該新方法進行了詳細報道，會后古氣候學家、有機地球化學家對此反響熱烈。

　　此外，研究人員嘗試用該方法獲得了更長鏈的烯酮指標，重建了高緯度地區格陵蘭西海域的海洋水體表層溫度。格陵蘭西部海域位于北極-北大西洋地區，是全球氣候變化響應最為敏感的區域之一，因此一直以來是全球變化研究的重點和熱點。然而，由于受到春季冰融水輸入的影響，導致邊緣海地區海水表層溫、鹽度發生變化，從而使得產烯酮種屬發生改變，該時期產烯酮種屬包括Group II和Group III兩種，且這兩種藻類均可產生C37烯酮，因此基于UK37的溫度轉換方程并不能如實反映SST的變化。基于在實驗室的培養工作發現，C38甲基烯酮可以作為Group III的專屬性生標，因此，研究人員嘗試使用UK38Me重建了該地區的水體溫度，這與該地區淡水湖泊Braya so重建的溫度一致（圖3）。這一方法的建立，讓研究人員有信心解決在全球各個邊緣海尤其是高緯度地區使用烯酮重建溫度中遇到的各種問題，這也為研究人員在這些地區開展進一步的工作提供了有力的技術支持。

　　該項研究得到NSF（EAR-1122749, PLR-1503846, EAR-1502455； EAR-1762431）、國家自然科學青年基金（41502140）和中科院戰略性先導科技專項A（XDA14010103）的聯合資助。該研究所用的柱色譜填充材料的ZL持有者為Brown University教授Yongsong Huang。該論文的實驗在Brown University和有機地球化學國家重點實驗室完成。

　　研究成果已發表在Journal of Chromatography A 雜志上。

圖1 格陵蘭海洋沉積物樣品中的各種共溢物，紅色為甾醚類，黃色為長鏈蠟酯，藍色為目標化合物長鏈不飽和烯酮。

圖2 經過本方法處理之后的LCAs和LCEs化合物分布圖，上圖為海洋樣品，下圖為湖泊樣品，兩種樣品含有不同類型的共溢物。

圖3 a和b使用本方法重建的UK37、%C37:4與前人結果對比；c為用替用指標UK38Me建立的溫度與同一地區Braya So湖泊重建溫度的對比。