鄭 曉, 楊 君, 蔣 健, 舒 明, 黃芳芳, 王麗麗
(1.浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與材料學(xué)院,浙江 杭州 310014;2.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,浙江 杭州 310008)
頂空-液相微萃?。℉S-LPME)是頂空取樣和液相微萃取的結(jié)合,是指當(dāng)密閉的樣品瓶中待氣液或固液達(dá)到平衡后,將有機(jī)溶劑液滴懸于樣品的氣體空間或者采用吸有微量有機(jī)溶劑的微量注射器抽取樣品的頂空氣體來萃取樣品中的揮發(fā)、半揮發(fā)性成分的技術(shù)[1],具有溶劑用量少、快速、廉價、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。目前HS-LPME技術(shù)在環(huán)境分析[2-3]、藥物分析[4]、食品分析[5-6]和生物樣品分析[7]等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而,有關(guān)HS-LPME技術(shù)在煙用香精香料這方面的應(yīng)用鮮有報(bào)道,廖堃等[8]采用正丙醇為萃取溶劑,對XJ1煙用香精樣品進(jìn)行HS-LPME前處理,結(jié)果發(fā)現(xiàn)HS-LPME萃取出的組分?jǐn)?shù)是頂空-固相微萃取(HS-SPME)的近4倍,峰面積是HS-SPME的10倍以上。HS-LPME技術(shù)主要是通過調(diào)節(jié)萃取溶劑的性質(zhì),實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的選擇性萃取,而煙用香精香料種類不一,含有的組分?jǐn)?shù)量眾多,且各組分所屬的化學(xué)種類各異,目前尚未找到一種通用的有機(jī)溶劑對所有的煙用香精香料的有效成分進(jìn)行萃取。該文采用正十二烷為萃取溶劑,對1148#煙用香精進(jìn)行HS-LPME前處理,并詳細(xì)探討了影響HS-LPME萃取效率的主要因素,對所建立的方法進(jìn)行了考察,結(jié)果表明該法適用于1148#煙用香精中的揮發(fā)性物質(zhì)的提取。
Thermo Trace GC Ultra氣相色譜儀;BS-210-S型電子分析天平(北京賽多斯儀器系統(tǒng)有限公司);手動SPME裝置(美國Supelco公司),配有65μm PDMS/DVB纖維頭;美國SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)分析軟件。正丙醇(AR,上海凌峰化學(xué)試劑有限公司);正十二烷(AR,J&K CHEMICA.Ltd);甲苯(AR,衢州巨化試劑有限公司);煙用香精香料樣品(牌號為1148#、1115#,由浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供)。
1.2.1 HS-LPME法
取香精1.0g(精確到0.001 g)于8 mL SPME專用采樣瓶(內(nèi)有攪拌磁子)中,加入1.0mL飽和NaCl水溶液,置于磁力攪拌器(攪拌速度300r/min)上,在70℃下平衡 1.0h,然后插入預(yù)先抽取4.0μL正十二烷的微量進(jìn)樣器,小心按下進(jìn)樣器的活塞,使十二烷形成一個小液滴懸掛在針尖上,頂空萃取10min,拉回活塞后進(jìn)樣。
1.2.2 HS-SPME法
按照1.2.1中相同步驟將香精進(jìn)行預(yù)處理,然后將65 μm PDMS/DVB萃取頭在頂空氣相中萃取45min,立即插入250℃氣相色譜進(jìn)樣口中脫附 4min,進(jìn)行分析。
1.2.3 摻兌實(shí)驗(yàn)
在1148#樣品中分別摻入其他(1115#)香精樣品15%和30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),分別記為樣品A和B。
色譜條件:色譜柱為TEKNOKROMA TBR-5石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm);進(jìn)樣口溫度為270℃;檢測器(FID)溫度為270℃;載氣為N2,1.0mL/min;分流比為30∶1;程序升溫中初始溫度40℃,保持1min后,以5℃/min升到270℃,保持10min。
圖1 煙用香精香料1148#經(jīng)不同萃取方法得到的色譜圖
圖1為1148#樣品分別采用HS-LPME法和HS-SPME法后所得到的色譜圖。由圖1可以看到,在保留時間為0~15min時,采用HS-LPME法所得的組分?jǐn)?shù)目明顯比采用HS-SPME法所得的要多,通過GC-MS定性后發(fā)現(xiàn)在保留時間為0~15min時間內(nèi)出峰的組分中多數(shù)為低級酯類、醇類、烯烴類、環(huán)氧烷烴類、雜環(huán)類化合物,HS-LPME是靠分析物在氣體空間和萃取溶劑液滴之間的分配平衡來實(shí)現(xiàn)的,可能正十二烷相比于65μm PDMS/DVB萃取頭對此類物質(zhì)具有更強(qiáng)的富集作用;從圖1中a可以看出,采用HS-SPME法在保留時間約為5min時出現(xiàn)一個較大的“刀型”的1,2-丙二醇峰,此峰影響了有效致香成分的分離且會在一定程度上損害色譜柱,而采用HS-LPME則可避免此峰的干擾。在保留時間為20~40min時間內(nèi)出峰的主要物質(zhì)是反式橙花叔醇、苯甲酸芐酯、二氫香豆酯、苯乙酸苯乙酯、肉桂酸芐酯等極性較大的化合物。顯然HS-SPME法較HS-LPME法的出峰強(qiáng)度要大,這是因?yàn)檫x用了65μm PDMS/DVB極性萃取頭,而HS-LPME法選用的萃取劑為正十二烷,它的極性較弱;但兩種方法在所得組分的數(shù)目上卻基本相同。由于HS-LPME在實(shí)驗(yàn)成本和萃取溶劑多樣性等方面具有一定的優(yōu)勢,故該文選擇該法作為煙用香精香料1148#的前處理方法并以此建立其色譜指紋圖譜。
2.2.1 萃取溶劑的選擇
選擇合適的萃取溶劑是提高分析靈敏度的關(guān)鍵,應(yīng)遵循“相似相溶”原理選擇萃取溶劑,以保證分析物在溶劑中有較好的溶解性,提高富集能力。該文在“1.2.1”的實(shí)驗(yàn)條件下考察了甲苯、正丙醇、正十二烷3種萃取溶劑的萃取效果。由于甲苯揮發(fā)性強(qiáng),萃取過程中液滴損失嚴(yán)重;而正丙醇溶劑峰拖尾嚴(yán)重,覆蓋邊上的組分;以正十二烷作為萃取劑時,所萃取到的組分?jǐn)?shù)和總峰面積最大,重現(xiàn)性最好;因此,該實(shí)驗(yàn)選擇正十二烷作為萃取劑。
2.2.2 萃取溫度的選擇
在萃取時間為10 min的相同條件下比較了40,60,70,80℃ 4個不同萃取溫度的萃取效果,圖2為1148#樣品的萃取效率隨萃取溫度變化的曲線。由圖2可以看出,隨著溫度的升高,萃取效率也逐漸變好,在70℃時所萃取到的組分?jǐn)?shù)和總峰面積最大,而到達(dá)80℃時卻迅速下降,這是由于在80℃時正十二烷液滴損失較嚴(yán)重,導(dǎo)致組分在萃取過程中損失量較大;因此,選擇70℃為最佳萃取溫度。
2.2.3 萃取時間的選擇
在萃取溫度為70℃的相同條件下比較了5,10,15min 3個不同萃取時間的萃取效果。HS-LPME是一個樣品富集過程,樣品富集受時間影響較大,時間越長富集越接近平衡,萃取效率越高。但時間越長,有機(jī)溶劑的揮發(fā)會對萃取產(chǎn)生負(fù)效果,其結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出,當(dāng)萃取時間為10min時,所萃取到的組分?jǐn)?shù)和總峰面積最大,因此,選取10min為最佳萃取時間。
圖2 不同萃取溫度對萃取效率的影響
表1 不同萃取時間對萃取效率的影響
在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,重復(fù)5次實(shí)驗(yàn),考察HS-LPME法在分析煙用香精香料揮發(fā)性物質(zhì)的重現(xiàn)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:峰面積>2%(占總峰面積)的組分的RSD為2.77%~7.64%;峰面積<2%(占總峰面積)的組分的RSD為3.87%~10.80%。說明HS-LPME法的分析重現(xiàn)性良好,可用于煙用香精1148#的揮發(fā)性物質(zhì)的分析。
表2 1148#樣品色譜指紋圖譜數(shù)據(jù)及摻兌樣品的共有峰面積歸一化值
圖3 1148#煙用香精香料1號樣品色譜圖
采用優(yōu)化后的HS-LPME法對煙用香精香料1148#的8個不同批次(記為X1~X8)及摻兌后的樣品(A和B)進(jìn)行提取并通過氣相色譜分析,從所得的色譜圖上可觀察到近35個色譜峰,其中22個峰為煙用香精香料1148#的共有峰(圖3),其峰面積占總峰面積的95%以上。選擇保留時間為8.74min的10號色譜峰作為參考峰,因?yàn)榇朔鍨樗信蔚臉悠匪灿校湎鄬?qiáng)度較大且較穩(wěn)定。以10號峰為參照峰求出各共有峰的α值(即該組分峰的保留時間與參照峰的保留時間的比值)和S值(即該組分峰面積占總共有峰面積的百分比),并按α值的大小順序列于表2,構(gòu)成煙用香精1148#的數(shù)字化氣相色譜指紋圖譜數(shù)據(jù)。
圖4 1148#樣品的主成分分析散點(diǎn)圖
采用SPSS 11.5軟件對表2中X1~X8以及摻兌樣品A和B的S值進(jìn)行主成分分析,分別求得對應(yīng)于3個最大特征值的主成分PC1、PC2、PC3,并以此得到三維投影圖(圖4),樣品越相似,在投影圖上就處在越相近的位置。從圖4中可以看出:X1~X8為不同批次的1148#香精樣品,除X1外,X2~X8在投影圖上相對集中,說明X2~X8這7個批次的香精樣品質(zhì)量較穩(wěn)定,而X1樣品卻與樣品X2~X8離得較遠(yuǎn),說明其質(zhì)量存在較大的波動。此外,從圖中可以看到,摻兌樣品A和B與8個不同批次的樣品的數(shù)據(jù)投影點(diǎn)顯著分開。主成分分析結(jié)果表明,該法能將摻兌后樣品區(qū)別開來。
采用HS-LPME法和HS-SPME法對煙用香精香料1148#樣品進(jìn)行前處理分析,通過比較發(fā)現(xiàn)HS-LPME法對該種香精的揮發(fā)性物質(zhì)的提取具有一定的優(yōu)越性。該方法分析靈敏度高、重復(fù)性好、簡單快速、操作方便、基質(zhì)干擾少、低消耗,且實(shí)驗(yàn)表明該法結(jié)合色譜指紋圖譜和主成分分析法適合于1148#煙用香精香料中揮發(fā)性成分的分析及內(nèi)在質(zhì)量控制。然而,有關(guān)HS-LPME技術(shù)在這方面的應(yīng)用還鮮有報(bào)道[8],相信隨著理論研究和應(yīng)用研究的不斷深入,HS-LPME技術(shù)有望在煙用香精香料成分分析和內(nèi)在質(zhì)量控制中得到廣泛的應(yīng)用。
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