自動頂空進樣-氣相色譜-質(zhì)譜法測定薰衣草中揮發(fā)性成分

李紫薇, 李 芳, 粟有志, 管永正,羅新澤, 韓凱樂, 張學(xué)超

(1.伊犁師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆伊寧 835000；2.伊寧海關(guān)技術(shù)中心，新疆伊寧 835000; 3.伊犁紫蘇麗人生物科技有限公司，新疆伊寧 835000；4.伊犁州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆伊寧 835000)

薰衣草(Lavandulapedunculata)是一種唇形科薰衣草屬的植物。薰衣草中的芳香成分十分復(fù)雜，現(xiàn)代研究表明薰衣草及其精油中的芳香成分具有抗菌、抗焦慮、抗氧化、抗突變[1 - 5]等功效，其被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域。目前，薰衣草中的芳香成分普遍采用氣相色譜、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)進行分析[6，7]。與直接進樣氣相色譜法相比，頂空氣相色譜法更具優(yōu)勢[8]。自動頂空進樣-氣相色譜(HS-GC-MS)技術(shù)是將頂空樣品預(yù)處理系統(tǒng)和氣相色譜相結(jié)合，通過加壓加溫使揮發(fā)性成分溢出，富集在頂空瓶上層氣體中達(dá)到氣-液或氣-固兩相平衡，自動定量取上層氣體進樣[9，10]。自動頂空進樣-氣相色譜技術(shù)具有簡單、迅速、準(zhǔn)確和自動化的特點，在食品、藥品等檢驗中發(fā)揮重要作用[10 - 14]。目前，國內(nèi)關(guān)于自動頂空進樣結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法直接測定薰衣草中揮發(fā)性成分的研究鮮有報道。

本研究采用自動頂空進樣-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定薰衣草中揮發(fā)性成分，以歸一化法定量。實驗考察了薰衣草花樣品前處理方法、制備溶劑、水浴溫度、鹽效應(yīng)、程序升溫等因素對結(jié)果的影響。本方法操作簡單，快速、高效、自動化程度高，為薰衣草的開發(fā)利用研究提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

7890A氣相色譜-5975C質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國，Agilent公司)；AutoHS?頂空自動進樣器(成都科林公司)；HP-INNOWAX毛細(xì)色譜柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm；美國，HP公司)；氮氣發(fā)生器、零空氣發(fā)生器、氫氣發(fā)生器(英國，Parker公司)；MAXQ7000水浴搖床，帶冷卻循環(huán)水裝置(美國，Thermo公司)。

苧烯(≥95%)、1,8-桉葉素(≥99%)、3-辛酮(≥95%)、D-樟腦(≥97%)、芳樟醇(≥98%)、乙酸芳樟酯(≥95%)、4-松油醇(≥95%)、龍腦(≥98%)標(biāo)準(zhǔn)品，均購自上海士峰生物科技有限公司。丙酮(色譜純，天津市化學(xué)試劑研究院)，NaCl(≥99.8%，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司)。本實驗所用的水均為一級水。

薰衣草樣品由伊犁州農(nóng)業(yè)科技研究所提供，共采集白花(A)、雜選(B)、70-1(C)、法國藍(lán)(D)4個品種薰衣草花，采摘地點為新疆伊犁，采樣時間為2018年6月。

1.2 樣品前處理

稱取0.5 g(精確至0.01 g)花樣于研缽中，加入1.0 g NaCl，研磨充分，混合均勻后完全轉(zhuǎn)移至20 mL頂空瓶中，加入10 mL水，立即鉗緊頂空瓶，于100 ℃水浴10 min后，置于頂空自動進樣器中。

1.3 頂空自動進樣條件

自動頂空進樣是在頂空自動進樣器內(nèi)自動加壓加溫使揮發(fā)性成分溢出，富集在頂空瓶上層氣體中達(dá)到氣-液或氣-固兩相平衡，自動定量取上層氣體進行分析。本實驗室中樣品按1.2前處理后，立即鉗緊頂空瓶，頂空自動進樣器加壓-置換時間2 min，為使薰衣草揮發(fā)性成分揮發(fā)達(dá)到平衡，平衡時間設(shè)為60 min，爐溫80 ℃，為防止揮發(fā)成分冷凝，自動頂空進樣器進樣口傳輸線溫度設(shè)置為105 ℃，進樣針溫105 ℃，載氣壓力120 kPa。

1.4 色譜-質(zhì)譜條件

色譜條件：進樣口220 ℃，檢測器220 ℃，柱箱初始溫度45 ℃，以2 ℃/min升溫至180 ℃后再以5 ℃/min升溫至200 ℃，分流比100∶1。

質(zhì)譜條件：離子源溫度230 ℃，四極桿溫度150 ℃，傳輸線溫度280 ℃，掃描范圍m/z50～500。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜柱的選擇

色譜柱作為分離待檢樣品的最關(guān)鍵部分，色譜柱的固定相、長度都會對檢測具有一定的影響。本實驗根據(jù)薰衣草中揮發(fā)性成分的極性，選擇固定相為聚乙二醇(極性)的HP-INNOWAX毛細(xì)管色譜柱，實驗比較了30 m和60 m的INNOWAX柱的分離效果。薰衣草揮發(fā)性組分復(fù)雜，相對分子質(zhì)量相近，結(jié)構(gòu)相似，分離較困難，實驗選取色譜柱長度為60 m。

2.2 程序升溫的優(yōu)化

實驗以50 ℃為起始溫度，分別考察了以2 ℃/min升溫至180 ℃保持2 min；及以1 ℃/min升溫至90 ℃保持1 min后，再以5 ℃/min升溫至150 ℃兩種程序升溫，薰衣草揮發(fā)性成分集中于0～10 min，溫度范圍在50～60 ℃。綜合各方面因素，實驗降低初始溫度，考察程序升溫速率對實驗結(jié)果的影響，提高最終溫度至200 ℃。即起始溫度45 ℃，保持1 min，以2 ℃/min升溫至180 ℃，再以5 ℃/min升溫至200 ℃保留5 min，響應(yīng)值有明顯提高，分離效果較好。

2.3 溶劑的選擇

將0.5 g薰衣草白花干花和10 mL制備溶劑，置于20 mL頂空瓶中，25 ℃水浴恒溫10 min。頂空進樣條件見1.3，色譜條件按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 12653-2008)，分別考察了水、丙酮、乙醇作為溶劑對薰衣草花揮發(fā)性成分分離效果的影響。結(jié)果如圖1，水為提取溶劑時，薰衣草花揮發(fā)性成分分離效果最佳，添加適量的水促進分析物從基質(zhì)向頂空空間轉(zhuǎn)移，這可能是由于水作為溶劑比其他兩種有機溶劑高，揮發(fā)性組分更容易揮發(fā)到頂空上層氣體部分，圖1b、1c主要是溶劑峰。

圖1 溶劑對分離的影響Fig.1 Effect of solvent on seperationa： Water；b：Acetone；c：Ethanol.

2.4 溫度的選擇

保持其他條件不變，討論了提取溫度分別為25、50、70、90、100 ℃對薰衣草花樣品前處理的影響。結(jié)果表明，溫度升高，分析物的數(shù)目明顯增多，響應(yīng)值也顯著提高。這是由于溫度升高，加速了傳質(zhì)，有助于分析物從樣品溶液擴散至氣相，揮發(fā)組分蒸氣壓升高，響應(yīng)隨之提高。但100 ℃時，大量水蒸汽在頂空部分從而進入色譜柱，影響色譜柱使用壽命，故實驗選擇提取溫度為90 ℃。

2.5 樣品前處理方法的選擇

在0.5 g薰衣草白花干花中加入10 mL水，比較了超聲(10 min)、均質(zhì)、研磨等樣品前處理方式對實驗結(jié)果的影響。結(jié)果顯示，保留時間在10～30 min處，由均質(zhì)和研磨方式處理樣品較超聲法出現(xiàn)的色譜峰多、峰信號強，尤其是研磨處理樣品峰信號變化更明顯。實驗采用研磨方法處理樣品。

2.6 鹽效應(yīng)

研究了加入不同質(zhì)量NaCl(0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 g)時的鹽效應(yīng)對白花干花中的亞甲基環(huán)丁烷(No.1)、1,8-桉葉素(No.15)、辛烯-1-乙酸乙酯(No.25)、順式氧化芳樟醇(No.27)、反式氧化芳樟醇(No.29)、芳樟醇(No.31)、4-松油醇(No.36)的影響。如圖2所示，加入固體NaCl研磨后，色譜峰的響應(yīng)值均有明顯提高。這是由于在樣品中加入NaCl固體，可降低目標(biāo)物與基質(zhì)的親和力，加速“逸出”。但當(dāng)使用NaCl量過高時，分析物在水中溶解度減小，與基質(zhì)之間的親和力增加，不利于擴散。綜合考慮，實驗選擇加入1.0 g NaCl。

圖2 鹽效應(yīng)對揮發(fā)性成分影響Fig.2 Effect of salt effect on volatile components

2.7 樣品分析

采用7890A氣相色譜-5975C質(zhì)譜聯(lián)用儀，按1.4實驗方法測定白花(A)、雜選(B)、70-1(C)、法國藍(lán)(D)4種薰衣草花中的揮發(fā)性成分。通過NIST質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫檢索對薰衣草花中的揮發(fā)成分進行定性分析，如圖3所示。采用面積歸一化法定量，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2%～1.9%(n=6)，花中揮發(fā)性成分的相對含量見表1。

圖3 白花中揮發(fā)性成分的總離子流(TIC)色譜圖Fig.3 TIC chromatogram of volatile components of white flowersNote：Number of components are identical to table 1.

表1 薰衣草花中揮發(fā)性成分的GC-MS分析結(jié)果(n=6)

(續(xù)表1)

3 結(jié)論

研究了自動頂空進樣-氣相色譜-質(zhì)譜法測定薰衣草花中揮發(fā)性成分的新方法，考察了樣品預(yù)處理方法和鹽效應(yīng)的影響，優(yōu)化了程序升溫。采用新建方法測定白花、雜選、70-1、法國藍(lán)4個品種薰衣草花中的40種揮發(fā)性成分，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2%～1.9%(n=6)。自動頂空進樣-氣相色譜-質(zhì)譜法用于薰衣草花中揮發(fā)性成分分析，操作過程簡單，分析效果好，適合批量花香氣成分分析，研究結(jié)果可為薰衣草的綜合開發(fā)利用提供技術(shù)依據(jù)。