低聚甘油氣相色譜檢測(cè)方法的研究進(jìn)展

付盡國(guó)，楊承鴻，李淑紅

（廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院，廣東廣州 510430）

聚甘油是兩個(gè)或多個(gè)甘油分子間的羥基經(jīng)脫水后生成醚鍵的多元醇，是重要的精細(xì)化工產(chǎn)品及合成中間體，廣泛應(yīng)用于日化、食品、醫(yī)藥、生物材料等行業(yè)。低聚甘油主要由二聚甘油和三聚甘油組成，同時(shí)還有一定量殘留的游離甘油，其定性定量分析方法的建立對(duì)于評(píng)價(jià)低聚甘油產(chǎn)品的質(zhì)量和指導(dǎo)生產(chǎn)工藝改進(jìn)尤為重要。低聚甘油的分析方法有很多，如薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法、超臨界流體色譜法、凝膠滲透色譜法和氣（液）質(zhì)聯(lián)用法等。其中，由于氣相色譜儀價(jià)格相對(duì)便宜，保養(yǎng)和使用成本低，且分離度和檢測(cè)靈敏度高，操作簡(jiǎn)便，成為測(cè)定低聚甘油組成的常用方法之一。因此，本文對(duì)低聚甘油氣相色譜檢測(cè)方法進(jìn)行了歸納總結(jié)。

甘油分子的3個(gè)羥基（2個(gè)伯羥基，1個(gè)仲羥基，伯羥基反應(yīng)活性高于仲羥基）都可以發(fā)生反應(yīng)。甘油脫水聚合時(shí)連接羥基的位置不同可形成多種結(jié)構(gòu)，如直鏈、支鏈和環(huán)狀等，如圖1所示。因此，低聚甘油實(shí)際上是各種結(jié)構(gòu)二聚甘油、三聚甘油的混合物。

圖1 直鏈、支鏈和環(huán)狀二聚甘油、三聚甘油的分子結(jié)構(gòu)式

1 國(guó)外研究進(jìn)展

國(guó)外對(duì)利用氣相色譜法測(cè)定低聚甘油的組成研究較早。DE MEULENAER等[1]采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定。固定相為 OV-1 CP sil 5 CB WCOT（25 m×0.25 mm，0.25 μm），流動(dòng)相：氦氣0.6 mL/min，氫氣和氧氣的流速分別為1 mL/min和10 mL/min，分流比為1∶100，進(jìn)樣口溫度250 ℃，檢測(cè)器溫度340 ℃，進(jìn)樣量1～2 μL，升溫程序：100 ℃下保持1 min，然后以10 ℃/min的速率升溫至290 ℃保持10 min。出峰順序?yàn)椋焊视?、環(huán)狀二聚甘油、支鏈二聚甘油、直鏈二聚甘油、環(huán)狀三聚甘油、支鏈二聚甘油、直鏈三聚甘油、四聚甘油和五聚甘油。

RAMIREZ等[2]采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定，色譜柱為毛細(xì)管HT5柱，樣品經(jīng)過(guò)硅烷化處理后進(jìn)樣檢測(cè)。

AYOUB等[3]采用帶有毛細(xì)管極性柱DB-HT5的氣相色譜儀對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定。甘油的保留時(shí)間為2～4 min，二聚甘油（按β,β-二聚甘油、α,β-二聚甘油、α,α-二聚甘油的出峰順序）的保留時(shí)間為8～9 min，三聚甘油的保留時(shí)間為12～ 14 min。

GUERRERO-URBANEJA等[4]將約80 mg的聚甘油溶于干燥的吡啶中，然后加入N,O-雙(三甲基硅基)三氟乙酰胺（BSTFA），再將該溶液在60 ℃下陳化1 h。衍生后的樣品通過(guò)氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器進(jìn)行分析，色譜柱為毛細(xì)管石英熔融TBR-14柱。保留時(shí)間在20～22 min的組分為環(huán)狀二聚甘油；保留時(shí)間在22～23 min的組分為直鏈和支鏈二聚甘油，如α,α-二聚甘油、α,β-二聚甘油、β,β-二聚甘油；保留時(shí)間在30～31 min的組分為三聚甘油。

GHOLAMI等[5]采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定，樣品需經(jīng)過(guò)硅烷化處理。色譜柱為毛細(xì)管聚乙二醇柱（15 m×0.32 mm，0.10 μm），甘油、二聚甘油和三聚甘油的保留時(shí)間分別為3.205 min、8.632 min和13.104 min。同時(shí)，二聚甘油的3種同分異構(gòu)體也可以分離，按β,β-二聚甘油、α,β-二聚甘油、α,α-二聚甘油的順序出峰。

PéREZ-BARRADO等[6]采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定，自動(dòng)進(jìn)樣器溫度為240 ℃，檢測(cè)器為340 ℃，色譜柱為毛細(xì)管柱HT5，以1 ℃/min的速率從100 ℃升溫至290 ℃。樣品硅烷衍生化所使用的試劑為：六甲基二硅氮烷（HMDS）、三甲基氯硅烷（TMCS）和吡啶（3∶1∶9），用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行計(jì)算。

KIRBY等[7]采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定，樣品經(jīng)過(guò)硅烷化處理，硅烷化試劑為HMDS和TMCS。色譜柱為VF-ms毛細(xì)管柱，以10 ℃/min的速率從60 ℃升溫至260 ℃，保持5 min，再以20 ℃/min的速率升溫至300 ℃，保持5 min。采用10～60 mg甘油、環(huán)狀二聚甘油、二聚甘油標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行校正。

BARROS等[8]采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定，所用的硅烷化試劑為BSTFA。色譜柱為CP-Sil 5CB柱（100%二甲基聚硅氧烷，25 m×0.25 mm，0.25 μm），以1 ℃/min的速率從80 ℃升到100 ℃，然后以25 ℃/min的速率升溫至300 ℃，保持5 min，進(jìn)樣器溫度為250 ℃，檢測(cè)器溫度為280 ℃。吡啶的保留時(shí)間為2 min，甘油的保留時(shí)間為20.5 min，環(huán)狀化合物的保留時(shí)間23.5～24.0 min，二聚甘油的保留時(shí)間為25.0～25.5 min，三聚甘油的保留時(shí)間為27～28 min。

GALY等[9]采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定，所使用的硅烷化試劑為N,O-雙(三甲基甲硅烷基)乙酰胺（BSA）。色譜柱為Alltech AT HT，檢測(cè)器溫度為300 ℃，進(jìn)樣器為340 ℃，氮?dú)饬髁繛? mL/min， 150 ℃下保持2 min，然后以15 ℃/min的速率升溫至350 ℃，保持4.67 min。β,β-二聚甘油的保留時(shí)間為4.9 min，α,β-二聚甘油的保留時(shí)間為5.1 min，α,α-二聚甘油的保留時(shí)間為5.3 min，β,α-β,β-三聚甘油的保留時(shí)間為7.6 min，α,α-α,α-三聚甘油的保留時(shí)間為8.2 min。出峰順序由二聚甘油和三聚甘油中伯羥基的數(shù)量所決定，伯羥基數(shù)量越多，保留時(shí)間越短。

SANGKHUM等[10]采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器對(duì)低聚甘油的組成進(jìn)行測(cè)定，所使用的硅烷化試劑為N-甲基-N-（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺（MSTFA），十一酸甲酯作為內(nèi)標(biāo)物。色譜柱為DB-5ht毛細(xì)管柱（15 m×0.32 mm，0.10 μm）。甘油保留時(shí)間為6.791 min，十一酸甲酯保留時(shí)間為8.268 min，二聚甘油保留時(shí)間約為12 min，三聚甘油保留時(shí)間為16～17 min。

2 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)在低聚甘油氣相色譜檢測(cè)方法的研究上起步較晚，但隨著食品、日化和醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)Φ途鄹视彤a(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品質(zhì)量控制及合成工藝改進(jìn)方面的要求不斷提高，使得低聚甘油氣相色譜檢測(cè)方法成為研究熱點(diǎn)。

肖伊莎[11]用氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)器分析經(jīng)過(guò)120 ℃和210 ℃下二級(jí)分子蒸餾分離純化的產(chǎn)物中低聚甘油的組成。色譜柱為ATTM-Wax毛細(xì)管柱（15 m×0.32 mm，0.25 μm），載氣：高純氮?dú)?，進(jìn)樣口溫度：280 ℃，分流比為20∶1，檢測(cè)器溫度：280 ℃，升溫程序：以60 ℃/min的速率由100 ℃升溫至165 ℃保持5 min，以60 ℃/min的速率升溫至230 ℃保持3 min，以10 ℃/min的速率升溫至240 ℃保持1 min，以10 ℃/min的速率升溫至250 ℃保持1 min，以10 ℃/min的速率升溫至260 ℃保持2 min；甘油、直鏈二聚甘油和直鏈三聚甘油，保留時(shí)間分別為2.495 min、9.822 min、11.229 min。

王輝等[12]建立了氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)藥用甘油中二聚甘油醚進(jìn)行定性、定量分析。色譜柱：Rxi-5ms（30.0 m×0.25 mm，0.25 μm），載氣為高純氦氣，恒流速1.23 mL/min；進(jìn)樣口溫度200 ℃，升溫程序：起始溫度為100 ℃，保持4 min，然后以50℃/min的速度升至120 ℃，保持10 min，接著以50℃/min的速度升至200 ℃，保持6 min；不分流模式進(jìn)樣。質(zhì)譜條件：離子源溫度為200 ℃，溶劑延遲時(shí)間3 min，EI電離源，掃描范圍：35～300 amu。直鏈和環(huán)狀二聚甘油的保留時(shí)間分別為18.430 min、18.685 min和18.830 min，其含量按面積歸一法進(jìn)行計(jì)算。

《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 聚甘油蓖麻醇酸酯（PGPR）》（GB 1886.95—2015）[13]中用氫氧化鉀乙醇溶液皂化樣品中的聚甘油酯類，經(jīng)萃取除去脂肪酸。將多元醇轉(zhuǎn)化為三甲硅烷基衍生物，用氣相色譜法測(cè)定聚甘油酯類中的多元醇。檢測(cè)器為火焰離子化檢測(cè)器，色譜柱填充物為載有3%二甲基硅氧烷（OV-1）的120～150 μm硅藻土載體（Diatomite CQ）或120～150 μm經(jīng)二甲基二氯硅氧烷處理的酸和堿醇洗的白色硅藻土載體（Gaschrom Q）。色譜柱尺寸為（1.5 m×4 mm），柱溫90～330 ℃，以4～6 ℃/min的速度程序升溫。進(jìn)樣溫度為275 ℃，檢測(cè)器溫度為350 ℃，氮?dú)饬髁繛?6 mL/min，進(jìn)樣體積為2.0 μL。出峰順序?yàn)椋焊视?、環(huán)狀雙甘油類、雙甘油類、環(huán)狀三甘油類、三甘油類。聚甘油（二聚、三聚和四聚）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)通過(guò)對(duì)應(yīng)組分峰面積占所有組分峰面積來(lái)計(jì)算。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，關(guān)于低聚甘油氣相色譜檢測(cè)方法國(guó)內(nèi)外尚未得到統(tǒng)一，但可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）直鏈、支鏈和環(huán)狀二聚甘油的出峰順序既可以通過(guò)氣質(zhì)聯(lián)用進(jìn)行定性分析，也可以根據(jù)低聚甘油分子中伯羥基數(shù)量所決定（主要是由于在硅烷衍生化過(guò)程中伯羥基較仲羥基更容易發(fā)生反應(yīng)）。由于三聚甘油的同分異構(gòu)體結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，使得對(duì)其分離更為困難。

（2）大部分研究人員采用色譜柱為毛細(xì)管柱，檢測(cè)器為氫火焰離子化檢測(cè)器，程序升溫過(guò)程設(shè)置不同，造成出峰時(shí)間不同，三聚甘油保留時(shí)間從8.2 min到30.0 min不等。

（3）低聚甘油氣相色譜的定量方法中既有采用峰面積歸一化法，也有采用內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法。這主要是由于在制備二聚甘油、三聚甘油過(guò)程中的反應(yīng)不可控性，各種結(jié)構(gòu)低聚甘油的商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)品的缺乏，使得低聚甘油的定性和定量分析進(jìn)展緩慢。

（4）通過(guò)有機(jī)合成方法、新型催化劑或分離技術(shù)制備特定結(jié)構(gòu)的低聚甘油標(biāo)準(zhǔn)品，以及采用多種分析手段相結(jié)合，將成為低聚甘油定性定量分析未來(lái)的研究方向。