熱脫附-氣質(zhì)聯(lián)用法分析檀香及其燃香煙氣成分

涂永元黃玉香邱 飛

［1.國(guó)家燃香類產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（福建）， 福建 永春 362600； 2.永春縣產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)所，福建永春 362600； 3.福建省香產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中心，福建 永春 362600； 4.泉州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校，福建 泉州 362100； 5.華僑大學(xué)分子藥物研究院，福建 泉州 362021； 6.華僑大學(xué)生物醫(yī)學(xué)學(xué)院，福建 泉州 362021； 7.分子藥物教育部工程研究中心，福建 泉州362021］

檀香Santalum albumL.又稱真檀、旃檀、白檀香，是一種生長(zhǎng)極其緩慢的熱帶芳香植物。檀香經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，兼具多種用途，素有“香料之王”的美譽(yù)，作為一味芳香藥物具有調(diào)理脾胃、理氣溫中、消除風(fēng)腫之功效［1］；在宗教中，檀香質(zhì)地堅(jiān)硬、耐腐蝕，常用于佛像的雕造［2］；在民俗文化中，檀香因其焚燒時(shí)獨(dú)有的木香味，而被更多地用于傳統(tǒng)燃香產(chǎn)品的制香配方中，可令人身心放松、消弭焦慮、提振精神。

檀香市場(chǎng)供不應(yīng)求，價(jià)格常年居高不下，為迎合大眾對(duì)于檀香香氣的喜愛(ài)，近年來(lái)隨著上游產(chǎn)業(yè)香精香料合成技術(shù)的日趨成熟，模仿檀香香氣的合成香精越來(lái)越多地?fù)饺氲礁黝惾枷惝a(chǎn)品中，這些化工添加型的產(chǎn)品因其包含的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息不同，香氣仍有差異，混淆檀香功效價(jià)值，本質(zhì)上仍無(wú)法與天然成品檀香相比擬。前期初步研究表明［3］，檀香型燃香產(chǎn)品產(chǎn)生的煙氣中含有較多復(fù)雜未知成分，由于缺乏深入有效的化學(xué)分析和文獻(xiàn)報(bào)道，其煙氣對(duì)人體健康和環(huán)境的影響無(wú)從判斷，使得人們對(duì)于燃香產(chǎn)品的使用始終存在顧慮。因此，面對(duì)日趨混亂的燃香市場(chǎng)，為防止檀香類燃香產(chǎn)品質(zhì)量降低、防范市場(chǎng)未知風(fēng)險(xiǎn)，分析檀香原料及其燃燒煙氣成分將具有積極的意義。本研究以大量應(yīng)用于燃香產(chǎn)品的藥用原料檀香作為研究對(duì)象，采用熱脫附-氣質(zhì)聯(lián)用法（TD-GC／MS）分析檀香原料和燃燒檀香煙氣中的揮發(fā)性成分，探索建立快速分析檀香的新途徑、新方法，并比較分析檀香及其燃燒煙氣揮發(fā)性成分的信息，力圖真實(shí)地反映檀香燃燒后煙氣來(lái)源。

1 材料

UNITY-xr＋ULTRA-xr 熱脫附分析儀（英國(guó)Markes 公司）；7890B-5977B 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國(guó)Agilent 公司）；Tenax-TA 玻璃采樣管（英國(guó)Markes 公司）；2，6-二苯呋喃多孔聚合物（粒徑0.18～0.25 mm，60～80 目）；1.8 m×1.8 m×1.8 m 的密閉玻璃方箱（自制）。檀香對(duì)照品（批號(hào)121240-201002，中國(guó)食品藥品檢定研究院）；市售檀香樣品（產(chǎn)地云南，批號(hào)170101，安徽聚草中藥飲片有限公司，使用前將樣品粉碎后過(guò)30 目篩，收集粉末備用）；氮?dú)?、氦氣（質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.999%，佛山德力梅塞爾氣體有限公司）；正構(gòu)烷烴混標(biāo)（C7～C40，1 000 mg／L 于正己烷溶液，美國(guó)o2si 公司）。

2 方法

2.1 熱解析條件 采樣管脫附溫度250 ℃；采樣管脫附時(shí)間10 min；傳輸線溫度200 ℃；干吹時(shí)間1 min；冷阱初始溫度－20 ℃；冷阱脫附溫度300 ℃；冷阱脫附時(shí)間5 min；載氣為氮?dú)狻?/p>

2.2 氣質(zhì)聯(lián)用儀條件 HP-5 ms Ultra Inert 色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；初始溫度50 ℃，以5 ℃／min 升至250 ℃；載氣氦氣，載氣體積流量1 mL／min；離子源溫度230 ℃，傳輸線溫度280 ℃，四級(jí)桿溫度150 ℃；電離方式為EI；電離能量70 eV；溶劑延遲1 min，掃描范圍m／z40～450。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 定性定量分析 所得數(shù)據(jù)經(jīng)NIST 17［NIST／EPA／NIH Mass Spectral Library（EI）］、NIST Standard Reference Database 1 A v17 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和https：／／webbook.nist.gov／chemistry／數(shù)據(jù)檢索，參照上述譜庫(kù)非極性或弱極性氣相色譜柱保留指數(shù)數(shù)據(jù)，給出差異小于1%的保留指數(shù)鑒定結(jié)果；采用峰面積歸一化法。

2.3.2 保留指數(shù)計(jì)算 單一線性程序升溫的條件下保留指數(shù)計(jì)算式為

式中，RI 為測(cè)組分的保留指數(shù)；Ti為待測(cè)組分的保留時(shí)間，單位min；Tn、Tn＋1為待測(cè)組分前后正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間，單位min；n為正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)。

2.4 樣品前處理及采集方法

2.4.1 檀香對(duì)照品、樣品前處理 取微量粉碎過(guò)的檀香樣品置于空玻璃管中間，用適量石棉封堵樣品兩端，石棉外側(cè)再分別用U 型別針固定，最后用進(jìn)樣密封帽套緊玻璃管，放入熱脫附儀中，在“2.1”“2.2”項(xiàng)條件下于氮?dú)夥諊兄苯訜崦摳?，進(jìn)樣至GC／MS 分析獲得數(shù)據(jù)；同法分析檀香對(duì)照品。

2.4.2 檀香樣品燃燒后煙氣成分的采集 參照GB／T 26393—2011［4］TVOC 采樣模型，取0.6 g 粉碎好的檀香樣品置于1.8 m×1.8 m×1.8 m 密閉玻璃采樣室中點(diǎn)燃，再用連有Tenax-TA 采樣管的大氣采樣儀，以0.2 L／min 速率收集25 min 檀香燃燒產(chǎn)生的煙氣。采樣結(jié)束后，將Tenax-TA采樣管放入熱脫附儀中，在“2.1”“2.2”項(xiàng)條件下進(jìn)行脫附，進(jìn)樣至GC／MS 分析獲得數(shù)據(jù)；采集樣品前以同樣方法收集上述玻璃采樣室空白空氣，以扣除空白數(shù)據(jù)干擾。

3 結(jié)果與討論

3.1 熱脫附條件優(yōu)化

3.1.1 采樣管脫附溫度的優(yōu)化 將1.5 mg 樣品按“2.4.1”項(xiàng)下方法處理，放入待脫附的玻璃管中，脫附溫度分別設(shè)置為200、225、250、275、300 ℃，發(fā)現(xiàn)樣品脫附后的化合物個(gè)數(shù)和總峰面積呈上升趨勢(shì)。當(dāng)樣品脫附溫度為275、300 ℃時(shí)，與250 ℃化合物個(gè)數(shù)、總峰面積趨于相同，化合物為120 個(gè)左右，總峰面積在3.1×109左右，并且低沸點(diǎn)化合物個(gè)數(shù)增多，樣品在高溫解析時(shí)可能有部分化合物降解，因此選擇250 ℃較為適宜。不同采樣管脫附時(shí)間（5、10、15 min）對(duì)樣品脫附也有一定的影響，達(dá)到10 min 時(shí)已基本能夠保證樣品脫附完全。

3.1.2 冷阱脫附溫度優(yōu)化 在上述優(yōu)化的采樣管脫附溫度條件下，設(shè)置不同冷阱捕集溫度（－30、－20、－10、0、10 ℃），當(dāng)溫度低于－20 ℃時(shí)檢出化合物個(gè)數(shù)、總峰面積趨于穩(wěn)定，因此選擇－20 ℃作為冷阱捕集溫度。在此條件下設(shè)置不同冷阱脫附溫度（225、250、275、300 ℃）和冷阱脫附時(shí)間（2、5、10 min），考察檢出化合物個(gè)數(shù)及總峰面積變化情況，并且在每次實(shí)驗(yàn)后用空白采樣管2 次熱脫附檢查冷阱是否有殘留化合物。結(jié)果表明，當(dāng)冷阱脫附溫度為300 ℃，脫附時(shí)間為5 min 時(shí)，總峰面積趨于平穩(wěn)，化合物個(gè)數(shù)最多。

3.1.3 采樣管吸附時(shí)間優(yōu)化 在恒溫恒濕條件下，將兩根老化好的Tenax-TA 采樣管首尾串聯(lián)，分別以0.2 L／min 采樣速率收集采樣室樣品燃燒氣體15、25、35 min，當(dāng)采樣25 min 時(shí)第一根檢出化合物個(gè)數(shù)、總峰面積趨于平穩(wěn)，采樣35 min 時(shí)第二根開(kāi)始檢出化合物，證明此時(shí)第一根管采樣管已接近飽和，并且部分化合物穿透現(xiàn)象明顯增加，因此選擇25 min 采樣時(shí)間較為適宜。

3.1.4 對(duì)面積歸一化法結(jié)果的影響 取上述1.5 mg 樣品，按“3.1”項(xiàng)下方法重復(fù)熱脫附6 次，樣品總峰面積RSD為8.35%，主要成分α-檀香醇峰面積RSD 為3.79%，β-檀香醇峰面積RSD 為2.97%；按“2.4.2”項(xiàng)下條件用Tenax-TA 采管采樣6 次燃燒后煙氣成分，樣品總峰面積RSD 為6.2%，主要成分α-檀香醇峰面積RSD 為7.26%，β-檀香醇峰面積RSD 為9.33%。由此可知，樣品總峰面積以及主要化合物峰面積RSD 值都小于10%，因此該方法重復(fù)性較好，對(duì)檀香成分面積歸一化產(chǎn)生的結(jié)果影響較少，并可大致獲得樣品主成分含有量信息。

3.2 實(shí)際樣品分析 檀香對(duì)照品、檀香樣品燃燒前后總離子流圖（TIC）見(jiàn)圖1，可知檀香燃燒前后色譜峰保留時(shí)間基本一致，但燃燒后雜峰變多。以面積歸一化法計(jì)算各組分含有量，結(jié)果見(jiàn)表1。

3.3 檀香對(duì)照品、樣品及燃燒煙氣化學(xué)成分分析

3.3.1 檀香對(duì)照品、樣品揮發(fā)性成分 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道［5-8］，α-檀香醇和β-檀香醇是賦予檀香獨(dú)特香氣、發(fā)揮多種生物活性的特征性、有效成分。由于目前尚無(wú)法通過(guò)工藝合成的方式實(shí)現(xiàn)檀香醇工業(yè)量產(chǎn)，也無(wú)相關(guān)對(duì)照品，因此本研究以上述檀香對(duì)照品作為參考物質(zhì)，以是否含有主成分α-檀香醇、β-檀香醇作為判斷檀香真?zhèn)蔚年P(guān)鍵性指標(biāo)。結(jié)果表明，檀香對(duì)照品和檀香樣品中識(shí)別的揮發(fā)性成分分別有27 種和24 種，占比分別為63.48% 和75.91%，大部分物質(zhì)保留時(shí)間都集中分布在24～30 min，主要由酚類、醇類、萜類、醛類、酸類組成；對(duì)照品和樣品的主成分都為α-檀香醇和β-檀香醇，其中含有量最高的是α-檀香醇，在對(duì)照品和樣品中為21.46%、23.19%，其次是β-檀香醇，分別為16.35%、14.56%；除上述2 種主成分外，含有量較多的共有成分有反式-α-香檸檬醇（對(duì)照品和樣品含有量分別為6.12%、5.59%）、（Z）-表-β-檀香醇（分別為4.18%、4.10%）。

圖1 各樣品揮發(fā)性成分的總離子流色譜圖

3.3.2 燃燒煙氣成分 以市售檀香樣品作為燃燒煙氣研究對(duì)象，表明它能被Tenax-TA 采樣管吸附并被識(shí)別出的成分共有37 種，相對(duì)含有量占64.54%，成分分布較為分散，由酚類、醇類、萜類、醛類、酮類、酸類等復(fù)雜物質(zhì)組成。對(duì)于保留時(shí)間在25 min 以后的識(shí)別成分，樣品燃燒前后數(shù)量基本相同，但該時(shí)間段總含有量由燃燒前的72.71%降至燃燒后的43.83%，其中除酚類成分外各成分相較于燃燒前均有所下降，關(guān)鍵物質(zhì)α-檀香醇和β-檀香醇總含有量則由燃燒前37.75%降至燃燒后的24.05%，但仍為檀香燃燒后最高；對(duì)于保留時(shí)間在25 min 之前的識(shí)別成分，煙氣中種類、含有量增加明顯，化合物由11 個(gè)增加至25 個(gè)，總含有量由燃燒前3.01%升高至燃燒后的20.71%，該段時(shí)間新增物質(zhì)主要為酚類，由燃燒前的4 種增至17 種，相對(duì)含有量達(dá)17.89%。整體上看，煙氣中酚類總含有量由燃燒前的5.68%上升到25.50%，約為燃燒前的4.5 倍，是檢出煙氣中種類最多、含有量增加最大的一類組分，這很可能是由于其本身特有的木脂素類化合物在高溫下熱裂解結(jié)果所致［9］。2 段保留時(shí)間物質(zhì)比較的結(jié)果表明，燃燒作用有使檀香中高沸點(diǎn)、大分子的化合物分解成低沸點(diǎn)、結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定、小分子物質(zhì)的趨勢(shì)。

3.4 燃燒煙氣中含有的生物活性物質(zhì) 檀香樣品燃燒后煙氣成分雖然復(fù)雜，但其含有的生物活性物質(zhì)眾多，藥用潛力大，可供后續(xù)該類產(chǎn)品的生物醫(yī)學(xué)研究參考。檀香集藥用、香料、收藏價(jià)值于一身，離不開(kāi)其物質(zhì)基礎(chǔ)α-檀香醇和β-檀香醇，α-檀香醇具有化學(xué)預(yù)防作用，被廣泛應(yīng)用

于抗輻射、抗腫瘤尤其是抗皮膚癌的治療中［10］，并具有抗氧化、抗高血糖［11］以及鎮(zhèn)靜作用［12］，而β-檀香醇具有抗癌［13］、抗病毒、抗流感［14］作用。燃燒后煙氣中的酚類物質(zhì)眾多，酚類化合物普遍具有消毒防腐作用［15］，可用于環(huán)境消毒，其中相對(duì)含有量最高的丁香醛具有清除電離自由基、抗輻射、抗氧化損傷、抗凋亡作用［16］；其他酚類物質(zhì)（如愈創(chuàng)木酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚、丁香酚、5-叔丁基連苯三酚等）也都具有很強(qiáng)的抗菌、抗氧化活性［17-20］，并且具有芳香氣息，常用于日用品的調(diào)香，可以平衡或提高檀香燃燒后整體香氣，使得香氣層次更加豐富［21］。

表1 各樣品揮發(fā)性成分及其相對(duì)含有量

4 結(jié)論

由于檀香的特征性成分α-檀香醇、β-檀香醇具有揮發(fā)性，可采用直接熱脫附法分析鑒別，樣品僅需簡(jiǎn)單粉碎后直接放入脫附管，經(jīng)加熱元件高溫解析，可使樣品中揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)物直接析出并用于氣質(zhì)檢測(cè)。所得數(shù)據(jù)經(jīng)NIST 17 標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫(kù)比對(duì)、保留指數(shù)判斷，結(jié)合對(duì)照品揮發(fā)性成分信息，測(cè)得α-檀香醇、β-檀香醇相對(duì)含有量分別為23.19%、14.56%，識(shí)別的樣品化合物與對(duì)照品主成分信息基本相符，并且相較于顯微鑒定法、薄層色譜法［22］、水蒸氣蒸餾法、溶解提取法［5-7］等通用的檀香鑒定方法，該方法幾乎無(wú)樣品前處理過(guò)程，操作快捷簡(jiǎn)便，實(shí)用性強(qiáng)，僅需提供微量樣品便可辨識(shí)出大部分主要揮發(fā)性成分，應(yīng)用于檀香快速鑒別時(shí)有參考價(jià)值；在煙氣成分檢測(cè)方面，通過(guò)熱脫附Tenax-TA 采樣管收集后分析出占總含有量64.54%的37 種復(fù)雜物質(zhì)，并且由于木脂素、纖維素等熱解，致使酚類成分種類和相對(duì)含有量增加最多，這也使得檀香煙氣在原有生物活性的基礎(chǔ)上具有更強(qiáng)的殺菌潛力。因此，檀香作為常見(jiàn)香料，對(duì)其深入研究將有利于燃香產(chǎn)品的質(zhì)量提升和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，也可為后期該類產(chǎn)品開(kāi)發(fā)利用提供有價(jià)值的參考信息。