基于SPSS因子分析的α-烯烴磺酸鹽中磺內酯影響因素的綜合評價

徐坤華，黃建文，王東銘，陶華東，葛 贊，史立文

（1.贊宇科技集團股份有限公司，浙江 杭州 310030；2.浙江公正檢測有限公司，浙江 杭州 310009）

α-烯烴磺酸鹽（簡稱AOS），是α-烯烴經磺化、中和、水解等工藝制備的陰離子表面活性劑[1]。據文獻[2]統計，2016年AOS的產、銷量分別為6.9和6.8萬t。由于AOS具有優良的抗硬水、去污和起泡性能，且生物降解性好[3，4]，被廣泛地應用于日用洗滌產品和工業領域[5-7]。由于水解不完全，AOS可能會存在痕量的副產物磺內酯[8]，且該物質具有皮膚致敏性[9]，因此國內外研究機構對該物質均非常關注。Yoshimura等[10]利用NMR技術對AOS制備過程中磺內酯的形成機制進行了研究；Macmillan等[11]利用離子交換樹脂分離，薄層色譜富集磺內酯，并使用高效液相色譜進行定量分析，檢出限可達0.1 mg/kg；Liu等[12]評價了磺內酯存在的風險，呼吁建立原料和產品標準。但目前對磺內酯的研究主要集中在磺內酯的形成機理、安全性評價和分析檢測技術等方面，而對AOS產品中磺內酯的變化趨勢研究則較少。

本文以AOS為對象，研究時間、溫度、pH和漂白劑等因素對AOS產品中磺內酯的影響，并運用因子分析法比較各個因素的權重，以期為AOS在下游產品中的應用提供實驗數據和參考。

1 實驗部分

1.1 主要試劑與儀器

AOS（活性物含量35%），贊宇科技集團股份有限公司；1，3-磺內酯標準品（C16），Sigma-Aldrich公司；氫氧化鈉、鹽酸、雙氧水、次氯酸鈉、三氯甲烷，均為分析純，上海凌峰化學試劑有限公司。

7890B-5977氣質聯用儀，美國Agilent公司；AL204分析天平、pH計，瑞士梅特勒-托利多公司；DCG-9240A電熱鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；XT5202-R05C精密恒溫液浴槽，杭州雪中炭恒溫技術有限公司；R-100旋轉蒸發儀，瑞士Buchi公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備

稱取（500±0.01） g的AOS樣品，添加一定量的漂白劑，用pH調節劑調至相應的pH，置于相應的溫度下，貯存一定時間后進行磺內酯分析。

1.2.2 樣品預處理

準確稱取處理后的AOS樣品（20±0.01） g，用50 mL乙醇（w=50%）溶解；溶液加兩滴酚酞，并用0.1 mol/L的NaOH或HCl溶液中和至中性；將中和后的溶液轉移至250 mL分液漏斗中，用30 mL石油醚萃取，振搖1 min，靜置使分層。取下層液體至另一個分液漏斗中，再用30 mL石油醚萃取，共萃取3次。合并萃取所得的上清液，依次用50 mL乙醇溶液（w=50%）、50 mL蒸餾水清洗，然后用無水硫酸鈉脫水后過濾，所得液體用旋轉蒸發儀蒸干，再用三氯甲烷溶液定容后進樣。

1.2.3 儀器條件

色譜柱：HP-5，30 m×320 μm×0.25 μm ；柱溫：初溫100 ℃，20 ℃/min升溫到200 ℃持續2 min，4 ℃/min升溫到310 ℃；進樣口溫度：310 ℃；載氣：He，流速1.0 mL/min；進樣量：1 μL；分流比：10∶1；電子轟擊電離方式，離子源溫度230 ℃；電離能量70 eV。

1.3 數據處理

以第0天不做任何處理的AOS樣品為參照，結果以磺內酯的相對含量（Y）表示，見下式。

式中，Y為磺內酯的相對含量；w為處理后的AOS樣品中的磺內酯含量；w0為第0天未作任何處理的AOS樣品中的磺內酯含量。

應用Orgin7.5和SPSS18對得到的數據進行處理。

2 結果與討論

2.1 各因素對磺內酯含量的影響

2.1.1 時間對磺內酯含量的影響

在pH=11，溫度為25 ℃，且不添加漂白劑的條件下，考察時間對磺內酯含量的影響。結果如圖1所示，隨著時間的增加，磺內酯的含量逐漸減小，這是由于磺內酯的結構不穩定，會發生水解反應，從而導致AOS中磺內酯的含量逐漸減少。

圖1 時間對磺內酯含量的影響Fig.1 Effect of storage time on the content of sultone in AOS

圖2 溫度對磺內酯含量的影響Fig.2 Effect of temperature on the content of sultone in AOS

2.1.2 溫度對磺內酯含量的影響

在pH=2，貯藏1 d，且不添加漂白劑的條件下，考察溫度對磺內酯含量的影響。結果如圖2所示，隨著溫度的升高，磺內酯的含量快速減少。因為磺內酯的水解屬于吸熱反應，升高溫度有利于水解反應的進行；有研究[13]表明，γ-磺內酯在50 ℃的水解速率常數為1.44×10-4s-1，而70 ℃的水解速率常數為5.78×10-4s-1。

2.1.3 pH對磺內酯含量的影響

在溫度為25 ℃，貯藏1 d，且不添加漂白劑的條件下，考察pH對磺內酯含量的影響，結果如圖3所示。由圖3可以看出，隨著pH的升高，磺內酯的含量逐漸降低。這是由于磺內酯的水解按SN2-E1機理進行，生成羥烷基磺酸和烯基磺酸；且酯的水解是可逆反應，在酸性條件下，[H+]會抑制水解反應的進行，而在堿性條件下，水解產生的羥烷基磺酸或烯基磺酸則被中和成相應的鹽，促進了水解反應朝正方向進行。因此pH越高，磺內酯含量下降得越多。

圖3 pH對磺內酯含量的影響Fig.3 Effect of pH on the content of sultone in AOS

圖4 漂白劑對磺內酯含量的影響Fig.4 Effect of bleach on the content of sultone in AOS

2.1.4 漂白劑對磺內酯含量的影響

在pH=2，溫度為25 ℃，添加200 mg/kg漂白劑（有效氯或有效氧），并貯藏1 d的條件下，考察了漂白劑種類對磺內酯含量的影響，結果如圖4所示。由圖4可以看出，3個樣品中磺內酯含量的排序為：次氯酸鈉＜雙氧水＜無漂白劑。即添加漂白劑的AOS樣品中的磺內酯含量較未添加的低。可能是因為具有氧化性物質的加入促進了磺內酯的分解，且氧化性越強，越容易促進磺內酯的分解。

2.2 因子分析

在單因素實驗的基礎上，為了更好地了解各因素對AOS產品中磺內酯的影響權重，進行了大量補充實驗，實驗結果如表1所示。在對表1中的實驗參數進行標準化處理后，應用SPSS軟件進行因子分析[14]。SPSS因子分析是一種反映降維思想的多元統計分析方法，將眾多原有變量提取成少數幾個因子對結果進行解釋，已成功應用于生物科技、醫學、經濟學等領域[15， 16]。

表1 不同條件下磺內酯的含量Tab.1 Changes of sultone content in different situations

續表

2.2.1 KMO和Bartlett檢驗

對數據進行KMO檢驗法和Bartlett球形度檢驗法檢驗，結果如表2所示，KMO檢驗結果為0.695，Bartlett檢驗的近似卡方為25.573，Sig為0（小于顯著水平0.01），拒絕原假設，認為各個變量之間不是獨立的，變量間的相關矩陣不是單位陣，適合做因子分析。

表2 KMO和Bartlett檢驗Tab.2 KMO and Bartlett’s test

2.2.2 碎石圖

在整個曲線下降的過程中，會存在一點，該點處曲線出現明顯的彎折，該點對應的X軸的數字即為應保留的因子數[17]。圖5為SPSS軟件輸出的碎石圖。由圖5可知，第2個因子以后較為平坦，且依據特征值大于1的原則，只提取了一個因子。第1個因子的特征值最大，為1.924，即該因子對原有變量的解釋貢獻也最大；而第2，3和4因子的特征值均小于1，對原有變量的解釋貢獻較小。

圖5 碎石圖Fig.5 Scree plot

2.2.3 總方差解釋

表3為SPSS因子分析法采用主成分分析的總方差解釋，是因子分析后因子提取和因子旋轉的結果。由表3可知，第一主成分的特征根為1.924，方差貢獻率為48.108%，依據特征值大于1的原則，只提取了1個因子，與碎石圖的分析結果相一致。

從4個成分的方差貢獻率可知，成分1＞成分2＞成分3＞成分4，方差貢獻率分別為48.108%，19.310%，18.791%和13.791%，即這4個成分的權重大小排序為：漂白劑＞pH＞溫度＞時間。

表3 總方差解釋Tab.3 Total variance explanations

3 結論

1）AOS產品中的磺內酯含量與時間、溫度和pH存在負相關，即隨著時間的延長、溫度的升高和pH的增大，AOS產品中的磺內酯含量均會減少。

2）漂白劑的增加會導致AOS產品中磺內酯含量的降低，且氧化性越強，磺內酯含量下降得越多。

3）4個因素對磺內酯含量的下降影響權重大小為：漂白劑＞pH＞溫度＞時間。