在線甲基衍生化-氣相色譜-質(zhì)譜法測定煙用香精香料中油酸

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(浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司, 杭州 310024)

煙用香精香料是各種煙草制品加香使用的一種添加劑,其成分復(fù)雜,主要有醇類、酯類和酸類等物質(zhì)。酸類物質(zhì)主要包括非揮發(fā)的二元酸、三元酸及半揮發(fā)性的高級脂肪酸[1-2]。低相對分子質(zhì)量的羧酸賦予煙氣吸味和芳香特征,高相對分子質(zhì)量的脂肪酸則更多使煙氣柔和、適口[3-5]。因此,煙用香精香料中有機酸的測定對其品質(zhì)控制有重要作用。

油酸是一種煙用香精香料中常見的有機酸,主要以甘油酯的形式存在。目前測定油酸的方法有氣相色譜法[6-7]和高效液相色譜法[8-9]。氣相色譜法是目前測定油酸的主要方法,但是該法需要經(jīng)過水解、皂化、酯化、提取等繁瑣的前處理過程,操作麻煩且費時;高效液相色譜法多采用將油酸衍生成為具有紫外吸收的物質(zhì)后用紫外檢測器進(jìn)行檢測,或采用熒光法進(jìn)行檢測。

熱輔助在線甲基衍生化氣相色譜技術(shù)是一種用甲基化試劑與目標(biāo)物在高溫輔助下瞬間衍生化成相應(yīng)的甲基衍生物立即被載氣帶入毛細(xì)管柱進(jìn)行分析的方法[10]。該法避免了樣品衍生、純化等繁瑣的前處理步驟,具有樣品用量少、操作簡便、分析時間短、定量準(zhǔn)確等優(yōu)點,已被成功地應(yīng)用于木質(zhì)素和木質(zhì)提取物[11-12]、飲料[13]、浮游生物[14-15]等天然產(chǎn)物和食品的分析中,目前尚未有文獻(xiàn)報道在線甲基衍生化方法測定煙用香精香料中油酸。本工作建立了一種在線甲基衍生化-氣相色譜-質(zhì)譜法測定煙用香精香料中油酸的分析方法。

1 試驗部分

1．1 儀器與試劑

Agilent 7890A/5975C型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀;XP 205型電子分析天平。

四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液:100 g·L-1,以甲醇為介質(zhì)。

內(nèi)標(biāo)(萘)溶液:100 mg·L-1,稱取萘0.010 0 g,以乙酸乙酯為溶劑溶解、定容于100 mL容量瓶中。

標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液:1 000 mg·L-1,稱取油酸100.0 mg,用乙酸乙酯定容于100 mL容量瓶中,于4 ℃冰箱中保存。

標(biāo)準(zhǔn)溶液:分別移取1 000 mg·L-1油酸標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液25,50,100,250,500,1 000 μL于6個10 mL容量瓶中,加入100 mg·L-1內(nèi)標(biāo)溶液100 μL,用乙酸乙酯定容,得油酸的質(zhì)量分別為25,50,100,250,500,1 000 μg的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

油酸、萘為分析純,乙酸乙酯為色譜純。

1．2 儀器工作條件

1) 色譜條件 DB-5MS毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為氦氣,流量為1.0 mL·min-1;進(jìn)樣口溫度為280 ℃;分流進(jìn)樣,分流比為10∶1,進(jìn)樣量為1 μL。程序升溫:初始溫度為50 ℃;以10 ℃·min-1速率升溫至280 ℃,保持5 min。

2) 質(zhì)譜條件 電子轟擊離子源(EI),離子源溫度為230 ℃;溶劑延遲5 min;電子碰撞能量為70 eV;四極桿溫度為150 ℃,接口溫度為280 ℃;選擇離子監(jiān)測(SIM)模式;萘特征離子m/z128*,油酸甲酯特征離子m/z296,264*,222,80,其中“*”表示定量離子。

1．3 試驗方法

稱取煙用香精香料試樣1.000 g于50 mL錐形瓶中,加入乙酸乙酯(溶劑) 10 mL,振蕩溶解,再加入100 mg·L-1內(nèi)標(biāo)溶液100 μL,100 g·L-1TMAH溶液(衍生化試劑) 100 μL,振蕩搖勻,靜置。取上清液過0.45 μm濾膜,按儀器工作條件進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2．1 油酸的衍生化

樣品與TMAH一起進(jìn)入氣相色譜儀進(jìn)樣口時,油酸在進(jìn)樣口的高溫作用下瞬間發(fā)生甲基衍生化反應(yīng),過量的衍生化試劑立即分解為三甲基胺和甲醇。具體反應(yīng)式如下:

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH+(CH3)4NOH

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO(CH3)4N+H2O

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO(CH3)4N

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOCH3+(CH3)3N

(CH3)4NOH(CH3)3N+CH3OH

2．2 衍生化溫度的選擇

溫度對衍生化反應(yīng)有顯著影響。溫度過低,衍生化反應(yīng)不完全;溫度過高,少量組分易分解損失。試驗考察了進(jìn)樣口溫度即衍生化溫度依次為160,200,220,260,280,300,320 ℃時對油酸衍生化效果的影響。結(jié)果表明:進(jìn)樣口溫度為160 ℃時,由于溫度較低,衍生化不完全,油酸甲酯色譜峰響應(yīng)較低;隨溫度的升高,油酸甲酯色譜峰的強度逐漸增強;進(jìn)樣口溫度為230 ℃時,油酸已完全衍生化成油酸甲酯;繼續(xù)增大進(jìn)樣口溫度,油酸甲酯色譜峰的強度基本保持穩(wěn)定。為了確保衍生化完全,同時減少過量的衍生化試劑殘留,試驗選擇衍生化溫度為280 ℃。

2．3 衍生化試劑與油酸的物質(zhì)的量之比的選擇

依據(jù)油酸衍生化生成油酸甲酯的機理來看,TMAH與油酸按照物質(zhì)的量之比1∶1進(jìn)行反應(yīng)。試驗考察了TMAH與油酸的物質(zhì)的量之比分別為1∶4,1∶2,1∶1,2∶1,3∶1,4∶1時對實際反應(yīng)的影響,結(jié)果見圖1。

圖1 TMAH與油酸的物質(zhì)的量之比對峰面積的影響Fig. 1 Effect of the mol proportion of TMAH to oleic acid on peak area

由圖1可知:當(dāng)TMAH與油酸的物質(zhì)的量之比為2∶1時,反應(yīng)產(chǎn)物響應(yīng)達(dá)到最大值;為確保反應(yīng)完全,試驗選擇TMAH與油酸的物質(zhì)的量之比大于2∶1。

2．4 混合溶液的穩(wěn)定性

為了保證油酸和TMAH混合溶液的穩(wěn)定性,試驗考察了保存時間對油酸甲酯色譜峰的影響。結(jié)果表明:油酸甲酯的色譜峰在24 h內(nèi)沒有明顯變化。因此,試驗中油酸和TMAH混勻后即可進(jìn)樣分析,沒有必要在室溫下先反應(yīng)一定時間。

2．5 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

加入100 g·L-1TMAH溶液100 μL和100 mg·L-1內(nèi)標(biāo)溶液100 μL于25,50,100,250,500,1 000 μg的油酸標(biāo)準(zhǔn)溶液10 mL中,振蕩搖勻,靜置,按儀器工作條件進(jìn)行測定,并以目標(biāo)化合物與內(nèi)標(biāo)峰面積比對質(zhì)量分?jǐn)?shù)比進(jìn)行線性回歸,得到油酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明:油酸的線性范圍為25～1 000 mg·kg-1,線性回歸方程為y=2.703×10-3x-4.304×10-2,相關(guān)系數(shù)為0.998 5。

以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法的檢出限(3s)為0.35 mg·kg-1,以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法的測定下限(10s)為1.10 mg·kg-1。

2．6 方法的精密度和回收試驗

按試驗方法對空白煙用香精香料樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗,平行測定6次,其結(jié)果見表1。

表1 精密度和回收試驗結(jié)果(n=6)Tab. 1 Results of tests for precision and recovery(n=6)

2．7 樣品分析

按試驗方法對6個煙用香精香料樣品進(jìn)行測定,結(jié)果表明:6個樣品中有4個樣品檢出油酸,測定值依次為26.89,72.62,30.25,386.52 mg·kg-1。由上述結(jié)果可知:煙用香精香料樣品中油酸的測定值為26.89～386.52 mg·kg-1,遠(yuǎn)低于GB 2760-2011中規(guī)定的油酸在香辛料類中的最大使用量5 000 mg·kg-1的限量標(biāo)準(zhǔn)。典型樣品的色譜圖見圖2。

(a) 油酸標(biāo)準(zhǔn)溶液

(b) 香精香料樣品(未添加TMAH)

(c) 香精香料樣品(添加TMAH)1-內(nèi)標(biāo)萘;2-油酸甲酯圖2 色譜圖Fig. 2 Chromatograms

由圖2可知:油酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖(a)中油酸甲酯的出峰時間為19.22 min;未添加TMAH時(b),保留時間19.22 min處,未觀察到色譜峰;添加TMAH后(c),樣品中油酸發(fā)生衍生化反應(yīng),生成了易于測定的甲基衍生物油酸甲酯。

本方法操作簡單、靈敏度高、回收率好,適用于煙用香精香料中油酸含量的測定。

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