甾醇类单体化合物纯化分析技术及其同位素应用的研究进展

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2022.069

地球科学进展 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (12): 1223 -1231. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2022.069

李莉 ¹(

), 于蒙 ¹ ^, ²(

), 赵美训 ¹ ^, ²

^1.中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心和海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东青岛 266100
^2.青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室，山东青岛 266237

收稿日期:2022-05-03 修回日期:2022-09-14 出版日期:2022-12-10
通讯作者: 于蒙 E-mail:lilee@ouc.edu.cn;yumeng@ouc.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目“基于生物标志物和14C的东海沉积陆源有机质埋藏效率和机制研究”(41906032)

A Review of Techniques of Purification of Source-Specific Sterols for Compound-Specific Isotope Analysis and Applications

Li LI ¹( ), Meng YU ¹ ^, ²( ), Meixun ZHAO ¹ ^, ²

^1.Frontiers Science Center for Deep Ocean Multispheres and Earth System, and Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China
^2.Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China

Received:2022-05-03 Revised:2022-09-14 Online:2022-12-10 Published:2022-12-16
Contact: Meng YU E-mail:lilee@ouc.edu.cn;yumeng@ouc.edu.cn
About author:LI Li (1982-), female, Pingdu City, Shandong Province, Ph. D student. Research area includes marine organic geochemistry. E-mail: lilee@ouc.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China “Burial efficiency and mechanistic controls of terrestrial organic matter in East China Sea: constrained by biomarker and 14C”(41906032)

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甾醇类化合物作为一类来源明确的生物标志物，其碳氢同位素分析技术是古环境研究中很有价值的工具。甾醇的氢同位素值具有重建古水文环境和古海洋盐度的潜力，成为古气候研究中最佳的氢同位素分析目标物。利用气相色谱—稳定同位素比质谱仪获得高精度的同位素值需要目标分析物和邻近化合物之间有较高的分离度，即能排除邻近峰的影响。然而自然环境样品中的甾醇类化合物难以纯化，在一定程度上限制了甾醇单体同位素在古环境研究中的广泛应用。通过总结几种不断改进的制备液相色谱纯化制备甾醇类单体化合物的方法，综合介绍了甾醇类单体化合物纯化分析技术及其同位素应用的研究现状。在实验室成功分离甲藻甾醇和菜子甾醇的基础上，拟通过将我国边缘海沉积物中的甾醇单体化合物分离、纯化和富集，使其能够满足稳定氢同位素和碳同位素的测定要求，为我国边缘海环境参数重建研究提供技术支持。

关键词: 甾醇, 生物标志物, 单体同位素分析, 制备液相色谱

Source-specific biomarkers are the best targets for isotope analysis and paleoclimatic applications. Compound-specific hydrogen isotope (δ²H) measurements of sterols can be applied to the reconstruction of hydroclimatic conditions and paleo-sea surface salinity. Precise measurements using gas chromatography-isotope ratio mass spectrometry require a high baseline resolution between target analyte and adjacent compounds. However, isotope analysis of sterols for paleoclimatic applications is limited due to the difficulty in purifying complex natural samples. This study aimed to review several improved purification methods of source-specific sterols using liquid chromatography and the applications of compound-specific isotope analysis of sterols in lakes or seas. In addition, we successfully purified dinosterol and brassicasterol from the Chinese marginal sea surface sediments, meeting the requirements for δ²H and carbon isotope analysis. This study provides significant insights and technical support for the paleoenvironmental reconstruction in the Chinese marginal seas.

Key words: Sterols, Biomarkers, Compound-specific isotope analysis, High Performance Liquid Chromatography.

中图分类号:

P734.5

图1 制备液相色谱—质谱联用仪组成示意图

Fig. 1 The schematic diagram of a Pre-HPLC-MS system

图2 同时与甲藻甾醇在气相色谱洗脱出来的4α-甲基甾醇（a）和4α-去甲基甾醇（b）的分子结构式^{［

1
］}

Fig. 2 Structures of the （a） 4α-methyl sterols and （b） 4α-desmethyl sterols that closely elute with dinosterol in GC^{［

1
］}

图3 切萨皮克湾中颗粒物（实心圆）和沉积物（空心圆）中甲藻甾醇的 δ²H值与水的 δ²H值（a）和盐度（b）的关系^{［

7
］}

Fig. 3 Relationship between δ²H_dino and δ²H_water （a） and salinity （b） in suspended particles （filled circles） and surface sediment （open circles） from the Chesapeake Bay^{［

7
］}

表1 液相色谱流动相洗脱梯度

Table 1 HPLC gradient program of mobile phase

时间/min	流速/（mL/min）	（A）甲醇/%	（B）乙腈/%	（C）乙酸乙酯/%
0~10	1.5	5	95	0
20	1.5	5	85	10
20~70	1.5	5	85	10
80	1.5	0	0	100
80~90	1.5	0	0	100
100	1.5	5	95	0
100~120	1.5	5	95	0

表1 液相色谱流动相洗脱梯度

Table 1 HPLC gradient program of mobile phase

时间/min	流速/（mL/min）	（A）甲醇/%	（B）乙腈/%	（C）乙酸乙酯/%
0~10	1.5	5	95	0
20	1.5	5	85	10
20~70	1.5	5	85	10
80	1.5	0	0	100
80~90	1.5	0	0	100
100	1.5	5	95	0
100~120	1.5	5	95	0

图4 甾醇的制备液相色谱图

Fig. 4 Chromatogram of sterols from HPLC

图5 制备液相色谱分离前后的乙酰化甲藻甾醇和菜子甾醇气相色谱图对比
（a）液相色谱分离之前的乙酰化甾醇组分GC色谱图；（b）液相分离之后的乙酰化菜子甾醇GC色谱图；（c）液相分离之后的乙酰化甲藻甾醇GC色谱图

Fig. 5 Gas chromatograms of dinosterol-and brassicasterol-acetate before and after HPLC purification
（a） Gas chromatogram of sterol-acetate before HPLC purification；（b） Gas chromatogram of brassicasterol-acetate after HPLC purification；（c） Gas chromatogram of dinosterol-acetate after HPLC purification

图6 PCGC分离之后的甲藻甾醇气相色谱图

Fig. 6 Gas chromatogram of dinosterol-acetate after PCGC purification

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