HS-LPME-GC法在烟用香精香料质量控制中的应用

郑 晓， 杨 君， 蒋 健， 舒 明， 黄芳芳， 王丽丽

（1.浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江 杭州 310014；2.浙江中烟工业有限责任公司，浙江 杭州 310008）

0 引言

顶空-液相微萃取（HS-LPME）是顶空取样和液相微萃取的结合，是指当密闭的样品瓶中待气液或固液达到平衡后，将有机溶剂液滴悬于样品的气体空间或者采用吸有微量有机溶剂的微量注射器抽取样品的顶空气体来萃取样品中的挥发、半挥发性成分的技术[1]，具有溶剂用量少、快速、廉价、灵敏度高等优点。目前HS-LPME技术在环境分析[2-3]、药物分析[4]、食品分析[5-6]和生物样品分析[7]等领域得到了广泛应用。然而，有关HS-LPME技术在烟用香精香料这方面的应用鲜有报道，廖堃等[8]采用正丙醇为萃取溶剂，对XJ1烟用香精样品进行HS-LPME前处理，结果发现HS-LPME萃取出的组分数是顶空-固相微萃取（HS-SPME）的近4倍，峰面积是HS-SPME的10倍以上。HS-LPME技术主要是通过调节萃取溶剂的性质，实现对目标物的选择性萃取，而烟用香精香料种类不一，含有的组分数量众多，且各组分所属的化学种类各异，目前尚未找到一种通用的有机溶剂对所有的烟用香精香料的有效成分进行萃取。该文采用正十二烷为萃取溶剂，对1148＃烟用香精进行HS-LPME前处理，并详细探讨了影响HS-LPME萃取效率的主要因素，对所建立的方法进行了考察，结果表明该法适用于1148＃烟用香精中的挥发性物质的提取。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Thermo Trace GC Ultra气相色谱仪；BS-210-S型电子分析天平（北京赛多斯仪器系统有限公司）；手动SPME装置（美国Supelco公司），配有65μm PDMS/DVB纤维头；美国SPSS 11.5统计分析软件。正丙醇（AR，上海凌峰化学试剂有限公司）；正十二烷（AR，J＆K CHEMICA.Ltd）；甲苯（AR，衢州巨化试剂有限公司）；烟用香精香料样品（牌号为1148＃、1115＃，由浙江中烟工业有限责任公司提供）。

1.2 样品处理

1.2.1 HS-LPME法

取香精1.0g（精确到0.001 g）于8 mL SPME专用采样瓶（内有搅拌磁子）中，加入1.0mL饱和NaCl水溶液，置于磁力搅拌器（搅拌速度300r/min）上，在70℃下平衡 1.0h，然后插入预先抽取4.0μL正十二烷的微量进样器，小心按下进样器的活塞，使十二烷形成一个小液滴悬挂在针尖上，顶空萃取10min，拉回活塞后进样。

1.2.2 HS-SPME法

按照1.2.1中相同步骤将香精进行预处理，然后将65 μm PDMS/DVB萃取头在顶空气相中萃取45min，立即插入250℃气相色谱进样口中脱附 4min，进行分析。

1.2.3 掺兑实验

在1148＃样品中分别掺入其他（1115＃）香精样品15%和30%（质量分数），分别记为样品A和B。

1.3 分析条件

色谱条件：色谱柱为TEKNOKROMA TBR-5石英毛细管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；进样口温度为270℃；检测器（FID）温度为270℃；载气为N2，1.0mL/min；分流比为30∶1；程序升温中初始温度40℃，保持1min后，以5℃/min升到270℃，保持10min。

2 结果与讨论

2.1 HS-LPME法与HS-SPME法的比较

图1 烟用香精香料1148＃经不同萃取方法得到的色谱图

图1为1148＃样品分别采用HS-LPME法和HS-SPME法后所得到的色谱图。由图1可以看到，在保留时间为0～15min时，采用HS-LPME法所得的组分数目明显比采用HS-SPME法所得的要多，通过GC-MS定性后发现在保留时间为0～15min时间内出峰的组分中多数为低级酯类、醇类、烯烃类、环氧烷烃类、杂环类化合物，HS-LPME是靠分析物在气体空间和萃取溶剂液滴之间的分配平衡来实现的，可能正十二烷相比于65μm PDMS/DVB萃取头对此类物质具有更强的富集作用；从图1中a可以看出，采用HS-SPME法在保留时间约为5min时出现一个较大的“刀型”的1，2-丙二醇峰，此峰影响了有效致香成分的分离且会在一定程度上损害色谱柱，而采用HS-LPME则可避免此峰的干扰。在保留时间为20～40min时间内出峰的主要物质是反式橙花叔醇、苯甲酸苄酯、二氢香豆酯、苯乙酸苯乙酯、肉桂酸苄酯等极性较大的化合物。显然HS-SPME法较HS-LPME法的出峰强度要大，这是因为选用了65μm PDMS/DVB极性萃取头，而HS-LPME法选用的萃取剂为正十二烷，它的极性较弱；但两种方法在所得组分的数目上却基本相同。由于HS-LPME在实验成本和萃取溶剂多样性等方面具有一定的优势，故该文选择该法作为烟用香精香料1148＃的前处理方法并以此建立其色谱指纹图谱。

2.2 HS-LPME条件的优化

2.2.1 萃取溶剂的选择

选择合适的萃取溶剂是提高分析灵敏度的关键，应遵循“相似相溶”原理选择萃取溶剂，以保证分析物在溶剂中有较好的溶解性，提高富集能力。该文在“1.2.1”的实验条件下考察了甲苯、正丙醇、正十二烷3种萃取溶剂的萃取效果。由于甲苯挥发性强，萃取过程中液滴损失严重；而正丙醇溶剂峰拖尾严重，覆盖边上的组分；以正十二烷作为萃取剂时，所萃取到的组分数和总峰面积最大，重现性最好；因此，该实验选择正十二烷作为萃取剂。

2.2.2 萃取温度的选择

在萃取时间为10 min的相同条件下比较了40，60，70，80℃ 4个不同萃取温度的萃取效果，图2为1148＃样品的萃取效率随萃取温度变化的曲线。由图2可以看出，随着温度的升高，萃取效率也逐渐变好，在70℃时所萃取到的组分数和总峰面积最大，而到达80℃时却迅速下降，这是由于在80℃时正十二烷液滴损失较严重，导致组分在萃取过程中损失量较大；因此，选择70℃为最佳萃取温度。

2.2.3 萃取时间的选择

在萃取温度为70℃的相同条件下比较了5，10，15min 3个不同萃取时间的萃取效果。HS-LPME是一个样品富集过程，样品富集受时间影响较大，时间越长富集越接近平衡，萃取效率越高。但时间越长，有机溶剂的挥发会对萃取产生负效果，其结果如表1所示。从表1中可以看出，当萃取时间为10min时，所萃取到的组分数和总峰面积最大，因此，选取10min为最佳萃取时间。

图2 不同萃取温度对萃取效率的影响

表1 不同萃取时间对萃取效率的影响

2.3 HS-LPME重现性的考察

在最佳实验条件下，重复5次实验，考察HS-LPME法在分析烟用香精香料挥发性物质的重现性。实验结果表明：峰面积＞2%（占总峰面积）的组分的RSD为2.77%～7.64%；峰面积＜2%（占总峰面积）的组分的RSD为3.87%～10.80%。说明HS-LPME法的分析重现性良好，可用于烟用香精1148＃的挥发性物质的分析。

表2 1148＃样品色谱指纹图谱数据及掺兑样品的共有峰面积归一化值

图3 1148＃烟用香精香料1号样品色谱图

2.4 指纹图谱的主成分分析

采用优化后的HS-LPME法对烟用香精香料1148＃的8个不同批次（记为X1～X8）及掺兑后的样品（A和B）进行提取并通过气相色谱分析，从所得的色谱图上可观察到近35个色谱峰，其中22个峰为烟用香精香料1148＃的共有峰（图3），其峰面积占总峰面积的95%以上。选择保留时间为8.74min的10号色谱峰作为参考峰，因为此峰为所有批次的样品所共有，其相对强度较大且较稳定。以10号峰为参照峰求出各共有峰的α值（即该组分峰的保留时间与参照峰的保留时间的比值）和S值（即该组分峰面积占总共有峰面积的百分比），并按α值的大小顺序列于表2，构成烟用香精1148＃的数字化气相色谱指纹图谱数据。

图4 1148＃样品的主成分分析散点图

采用SPSS 11.5软件对表2中X1～X8以及掺兑样品A和B的S值进行主成分分析，分别求得对应于3个最大特征值的主成分PC1、PC2、PC3，并以此得到三维投影图（图4），样品越相似，在投影图上就处在越相近的位置。从图4中可以看出：X1～X8为不同批次的1148＃香精样品，除X1外，X2～X8在投影图上相对集中，说明X2～X8这7个批次的香精样品质量较稳定，而X1样品却与样品X2～X8离得较远，说明其质量存在较大的波动。此外，从图中可以看到，掺兑样品A和B与8个不同批次的样品的数据投影点显著分开。主成分分析结果表明，该法能将掺兑后样品区别开来。

3 结束语

采用HS-LPME法和HS-SPME法对烟用香精香料1148＃样品进行前处理分析，通过比较发现HS-LPME法对该种香精的挥发性物质的提取具有一定的优越性。该方法分析灵敏度高、重复性好、简单快速、操作方便、基质干扰少、低消耗，且实验表明该法结合色谱指纹图谱和主成分分析法适合于1148＃烟用香精香料中挥发性成分的分析及内在质量控制。然而，有关HS-LPME技术在这方面的应用还鲜有报道[8]，相信随着理论研究和应用研究的不断深入，HS-LPME技术有望在烟用香精香料成分分析和内在质量控制中得到广泛的应用。

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