HS-LPME-GC法在煙用香精香料質(zhì)量控制中的應(yīng)用

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）

0 引言

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。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

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 樣品處理

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。

1.3 分析條件

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。

2 結(jié)果與討論

2.1 HS-LPME法與HS-SPME法的比較

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 HS-LPME條件的優(yōu)化

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

2.3 HS-LPME重現(xiàn)性的考察

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

2.4 指紋圖譜的主成分分析

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。

3 結(jié)束語

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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