HS-LPME-GC法在煙用香精香料質量控制中的應用

鄭 曉， 楊 君， 蔣 健， 舒 明， 黃芳芳， 王麗麗

（1.浙江工業大學化學工程與材料學院，浙江 杭州 310014；2.浙江中煙工業有限責任公司，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合，是指當密閉的樣品瓶中待氣液或固液達到平衡后，將有機溶劑液滴懸于樣品的氣體空間或者采用吸有微量有機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、半揮發性成分的技術[1]，具有溶劑用量少、快速、廉價、靈敏度高等優點。目前HS-LPME技術在環境分析[2-3]、藥物分析[4]、食品分析[5-6]和生物樣品分析[7]等領域得到了廣泛應用。然而，有關HS-LPME技術在煙用香精香料這方面的應用鮮有報道，廖堃等[8]采用正丙醇為萃取溶劑，對XJ1煙用香精樣品進行HS-LPME前處理，結果發現HS-LPME萃取出的組分數是頂空-固相微萃?。℉S-SPME）的近4倍，峰面積是HS-SPME的10倍以上。HS-LPME技術主要是通過調節萃取溶劑的性質，實現對目標物的選擇性萃取，而煙用香精香料種類不一，含有的組分數量眾多，且各組分所屬的化學種類各異，目前尚未找到一種通用的有機溶劑對所有的煙用香精香料的有效成分進行萃取。該文采用正十二烷為萃取溶劑，對1148＃煙用香精進行HS-LPME前處理，并詳細探討了影響HS-LPME萃取效率的主要因素，對所建立的方法進行了考察，結果表明該法適用于1148＃煙用香精中的揮發性物質的提取。

1 實驗部分

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統計分析軟件。正丙醇（AR，上海凌峰化學試劑有限公司）；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＃，由浙江中煙工業有限責任公司提供）。

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，然后插入預先抽取4.0μL正十二烷的微量進樣器，小心按下進樣器的活塞，使十二烷形成一個小液滴懸掛在針尖上，頂空萃取10min，拉回活塞后進樣。

1.2.2 HS-SPME法

按照1.2.1中相同步驟將香精進行預處理，然后將65 μm PDMS/DVB萃取頭在頂空氣相中萃取45min，立即插入250℃氣相色譜進樣口中脫附 4min，進行分析。

1.2.3 摻兌實驗

在1148＃樣品中分別摻入其他（1115＃）香精樣品15%和30%（質量分數），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石英毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；進樣口溫度為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法所得的組分數目明顯比采用HS-SPME法所得的要多，通過GC-MS定性后發現在保留時間為0～15min時間內出峰的組分中多數為低級酯類、醇類、烯烴類、環氧烷烴類、雜環類化合物，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現的，可能正十二烷相比于65μm PDMS/DVB萃取頭對此類物質具有更強的富集作用；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時間內出峰的主要物質是反式橙花叔醇、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法的出峰強度要大，這是因為選用了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目上卻基本相同。由于HS-LPME在實驗成本和萃取溶劑多樣性等方面具有一定的優勢，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鍵，應遵循“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”的實驗條件下考察了甲苯、正丙醇、正十二烷3種萃取溶劑的萃取效果。由于甲苯揮發性強，萃取過程中液滴損失嚴重；而正丙醇溶劑峰拖尾嚴重，覆蓋邊上的組分；以正十二烷作為萃取劑時，所萃取到的組分數和總峰面積最大，重現性最好；因此，該實驗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℃時所萃取到的組分數和總峰面積最大，而到達80℃時卻迅速下降，這是由于在80℃時正十二烷液滴損失較嚴重，導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，有機溶劑的揮發會對萃取產生負效果，其結果如表1所示。從表1中可以看出，當萃取時間為10min時，所萃取到的組分數和總峰面積最大，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重現性的考察

在最佳實驗條件下，重復5次實驗，考察HS-LPME法在分析煙用香精香料揮發性物質的重現性。實驗結果表明：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法的分析重現性良好，可用于煙用香精1148＃的揮發性物質的分析。

表2 1148＃樣品色譜指紋圖譜數據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，因為此峰為所有批次的樣品所共有，其相對強度較大且較穩定。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，構成煙用香精1148＃的數字化氣相色譜指紋圖譜數據。

圖4 1148＃樣品的主成分分析散點圖

采用SPSS 11.5軟件對表2中X1～X8以及摻兌樣品A和B的S值進行主成分分析，分別求得對應于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量較穩定，而X1樣品卻與樣品X2～X8離得較遠，說明其質量存在較大的波動。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據投影點顯著分開。主成分分析結果表明，該法能將摻兌后樣品區別開來。

3 結束語

采用HS-LPME法和HS-SPME法對煙用香精香料1148＃樣品進行前處理分析，通過比較發現HS-LPME法對該種香精的揮發性物質的提取具有一定的優越性。該方法分析靈敏度高、重復性好、簡單快速、操作方便、基質干擾少、低消耗，且實驗表明該法結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性成分的分析及內在質量控制。然而，有關HS-LPME技術在這方面的應用還鮮有報道[8]，相信隨著理論研究和應用研究的不斷深入，HS-LPME技術有望在煙用香精香料成分分析和內在質量控制中得到廣泛的應用。

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