正交設(shè)計(jì)法優(yōu)選指甲油展開劑體系

姜 紅， 李春紅

(1.中國人民公安大學(xué)，北京 100038;2.江蘇省吳江市公安局，江蘇吳江 215228)

0 引言

化妝品的分析檢驗(yàn)是法庭科學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。目前唇膏、護(hù)發(fā)用品等化妝品均已有人研究并取得一定的成果，但對(duì)指甲油的分析檢驗(yàn)在國內(nèi)外尚屬探索階段。目前文獻(xiàn)中報(bào)道的有關(guān)指甲油的分析方法有薄層色譜法、高效液相色譜法、熒光光譜法、紅外光譜法等［1-7］，雖然不同的方法都有其各自的特點(diǎn)，但最為簡便有效的方法之一就是檢驗(yàn)其中的染料成分。目前檢驗(yàn)染料的一種非常成熟的方法就是薄層色譜法，因?yàn)楸由V法具有設(shè)備簡單，操作方便，分離效果好，用量少等優(yōu)點(diǎn)，非常適合進(jìn)行指甲油檢驗(yàn)。薄層色譜法的關(guān)鍵之處在于如何選擇合適的展開劑體系。面對(duì)種類繁多的有機(jī)溶劑，在考慮溶劑毒性和價(jià)格等因素后，如何組合以及如何配比構(gòu)成展開劑體系是一個(gè)復(fù)雜而龐大的實(shí)驗(yàn)工程。本文利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中的均勻設(shè)計(jì)法和正交設(shè)計(jì)法，將復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)簡單化，得到了較為理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)樣品、試劑及器材

1.1 樣本制作

將指甲油涂抹在干凈的載玻片上，涂抹面積約為2 cm×2 cm，晾干后備用;同時(shí)將各個(gè)指甲油依次編號(hào)，并記錄品牌，類型，系列以及生產(chǎn)廠商等。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

苯、四氫呋喃、丙酮、乙酸乙酯、乙醚、異丙醇、無水乙醇、甲醇、1，2-二氯乙烷、二氯甲烷、正己烷、環(huán)己烷、氯仿(均為分析純)、去離子水。

1.3 實(shí)驗(yàn)器材

薄層板(安徽霍山硅源材料廠生產(chǎn))、層析缸、紫外燈、毛細(xì)管、小燒杯、量筒、手術(shù)刀片、棉簽、烘箱、干燥器。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 展開劑體系的選擇

2.1.1 展開劑組分的選擇

根據(jù)試劑性能是否穩(wěn)定，毒性大小，價(jià)格高低等因素選出實(shí)驗(yàn)室中常用的14種溶劑將其分為4類［8-9］。

第一類，電子接受體溶劑:苯、四氫呋喃、丙酮、乙酸乙酯;

第二類，質(zhì)子接受體溶劑:乙醚、異丙醇、無水乙醇、甲醇;

第三類，偶極作用力溶劑:1，2-二氯乙烷、二氯甲烷;

第四類，極性調(diào)節(jié)溶劑:正己烷、環(huán)己烷、氯仿、水。

在以上4類溶劑中各選取一種，等比例混合構(gòu)成4元體系，使用均勻設(shè)計(jì)表U12(1210)來安排實(shí)驗(yàn)。按照使用表要求的使用列號(hào)，進(jìn)行12次實(shí)驗(yàn)［10-12］，實(shí)驗(yàn)安排情況見表1。

表1 展開劑組分選擇均勻設(shè)計(jì)表U12(1210)

任意選取10個(gè)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。分別用干凈的棉簽蘸取少量丙酮擦拭涂抹在載玻片上的指甲油樣本約1 cm×1 cm，置于5mL的小燒杯中，加入2mL丙酮，每5分鐘攪拌一次，30分鐘后用毛細(xì)管依次在硅膠板上點(diǎn)樣［13］，晾干后，將硅膠板分別置于12種展開劑中展開。展開完畢，取出薄層板揮干溶劑，在可見光和紫外燈下觀察斑點(diǎn)的顏色、形狀及Rf值。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)第11組展開劑即丙酮∶乙醚∶二氯甲烷∶環(huán)己烷=1∶1∶1∶1的分離效果明顯好于其他組，且用時(shí)最短;第5組雖然分離效果也較好，但耗時(shí)太久。綜合考慮各因素之后，選第11組溶劑開展進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，以獲取最佳配比。

2.1.2 展開劑組分配比的選擇

在均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，為了均衡比較各個(gè)體系的展開能力，每個(gè)組分都以相等比例配制;而在選擇最佳配比的時(shí)候，不能靠主觀臆斷去評(píng)價(jià)哪個(gè)因素對(duì)展開效果影響大，哪個(gè)因素影響小;因此必須進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)，即固定組分中2個(gè)因素的量，去改變另一個(gè)因素的量，同時(shí)被改變的量的范圍要相對(duì)較大。針對(duì)第11組展開劑的4種組分?jǐn)M定1、5、10三個(gè)水平，按表2安排實(shí)驗(yàn)，再次點(diǎn)樣展開后發(fā)現(xiàn)第11組效果最好，所以選擇其進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

通過單因素試驗(yàn)雖然確定了體系中各組分的最佳水平，但各組分間的交互效應(yīng)仍需要確定，所以安排正交實(shí)驗(yàn)［14］，使各組分在各自的最佳水平附近擺動(dòng)，以確定體系的最佳配比。故對(duì)每種溶劑選取3個(gè)水平按正交設(shè)計(jì)表L9(43)來安排實(shí)驗(yàn)(見表3)，再次點(diǎn)樣展開。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，第4號(hào)展開劑分離效果最好，其次是第2號(hào)展開劑;因此在實(shí)際鑒定時(shí)為增加準(zhǔn)確度，可將檢材分別放在2種展開劑體系中進(jìn)行分析，以便得出更為準(zhǔn)確的鑒定結(jié)果。

表2 單因素?cái)M水平擺動(dòng)表

2.2 指甲油樣品的TLC分析

將收集到的50種不同品牌的指甲油樣本，分別用干凈的棉簽蘸取少量丙酮，擦拭涂抹在載玻片上的指甲油樣本約1 cm×1 cm，置于5 mL的小燒杯中，加入2mL丙酮，每5分鐘攪拌一次，30分鐘后用毛細(xì)管依次在硅膠板上點(diǎn)樣，晾干后進(jìn)行TLC分析。展開劑為丙酮∶乙醚∶二氯甲烷:環(huán)己烷=2∶1∶2∶8。展開完畢后，取出薄層板揮干溶劑，在可見光和254 nm紫外燈下觀察斑點(diǎn)的顏色、形狀及Rf值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 展開劑組分配比正交設(shè)計(jì)表

3 結(jié)果與討論

3.1 TLC法分析不同品牌的指甲油的理論依據(jù)

用于指甲油顏色的染料種類繁多，相同顏色的指甲油可能是用不同的染料加工而成，也可能是用不同配比的相同染料加工而成的，即使是相同配比的相同染料，不同批次的染料之間，也可能有一定區(qū)別，因?yàn)橥黄贩N不同廠家生產(chǎn)的染料，盡管染料的分子結(jié)構(gòu)式、化學(xué)成分相同，但由于各廠家使用的中間體質(zhì)量、合成工藝路線、生產(chǎn)設(shè)備以及染料商品化的助劑等諸多因素存在差異，染料的成分、色光與其性能都會(huì)有所不同;因此染料與吸附劑之間的作用力及在展開劑中的溶解度就各不相同，表現(xiàn)在薄層色譜分析中，每個(gè)樣品的斑點(diǎn)個(gè)數(shù)、斑點(diǎn)顏色及斑點(diǎn)的遷移速度即斑點(diǎn)的Rf值必定有差異，這就是我們用薄層色譜法分析鑒別指甲油的理論依據(jù)。薄層色譜展開情況見圖1～圖3。

表4 指甲油樣品的TLC分析結(jié)果

3.2 指甲油提取液的TLC分析結(jié)果

圖1 可見光下斑點(diǎn)形態(tài)

圖2 紫外燈下加藍(lán)色濾光鏡觀察斑點(diǎn)形

圖3 紫外燈下加綠色濾光鏡觀察斑點(diǎn)形態(tài)

該展開劑體系可以區(qū)分不同品牌的指甲油樣品，比如40號(hào) CHANEL457、42號(hào)歐萊雅403和46號(hào)羽西2D093，它們展開后的斑點(diǎn)顏色相同，但斑點(diǎn)個(gè)數(shù)不同;10號(hào)色彩地帶 Color Zone17和18號(hào)BNC103展開后的斑點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，但斑點(diǎn)的Rf值和斑點(diǎn)顏色不同。

對(duì)同一品牌，不同系列的指甲油樣品也能加以區(qū)別，例如色彩地帶品牌的2個(gè)不同系列的5種相同顏色的指甲油樣品，在此展開劑體系中也得到了很好的分離，結(jié)果見表5。

由表5可知，6號(hào)色彩地帶CrystalColor1和9號(hào)色彩地帶Color Zone6雖然斑點(diǎn)顏色相同，但斑點(diǎn)個(gè)數(shù)不同;7號(hào)色彩地帶Crystal Color5和8號(hào)色彩地帶Color Zone1斑點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，但斑點(diǎn)顏色不同;9號(hào)色彩地帶Color Zone6和10號(hào)色彩地帶Color Zone17斑點(diǎn)個(gè)數(shù)相同，斑點(diǎn)顏色也相同，但斑點(diǎn)的Rf值不同;因此，優(yōu)選出的展開劑體系對(duì)指甲油樣品具有較好的分離效果。

表5 色彩地帶指甲油的層析結(jié)果

4 結(jié)論

本文將實(shí)驗(yàn)室常用的14種溶劑分成4類，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的均勻設(shè)計(jì)法和正交實(shí)驗(yàn)法，合理安排實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出一組展開劑體系:丙酮∶乙醚∶二氯甲烷∶環(huán)己烷 =2∶1∶2∶8，對(duì)市場(chǎng)上常見的 50 種不同品牌、同一品牌不同牌號(hào)的指甲油樣本進(jìn)行分析，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，基本上可以加以區(qū)分。該方法可以用于公安基層實(shí)際辦案。

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