在线甲基衍生化-气相色谱-质谱法测定烟用香精香料中油酸

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(浙江中烟工业有限责任公司, 杭州 310024)

烟用香精香料是各种烟草制品加香使用的一种添加剂,其成分复杂,主要有醇类、酯类和酸类等物质。酸类物质主要包括非挥发的二元酸、三元酸及半挥发性的高级脂肪酸[1-2]。低相对分子质量的羧酸赋予烟气吸味和芳香特征,高相对分子质量的脂肪酸则更多使烟气柔和、适口[3-5]。因此,烟用香精香料中有机酸的测定对其品质控制有重要作用。

油酸是一种烟用香精香料中常见的有机酸,主要以甘油酯的形式存在。目前测定油酸的方法有气相色谱法[6-7]和高效液相色谱法[8-9]。气相色谱法是目前测定油酸的主要方法,但是该法需要经过水解、皂化、酯化、提取等繁琐的前处理过程,操作麻烦且费时;高效液相色谱法多采用将油酸衍生成为具有紫外吸收的物质后用紫外检测器进行检测,或采用荧光法进行检测。

热辅助在线甲基衍生化气相色谱技术是一种用甲基化试剂与目标物在高温辅助下瞬间衍生化成相应的甲基衍生物立即被载气带入毛细管柱进行分析的方法[10]。该法避免了样品衍生、纯化等繁琐的前处理步骤,具有样品用量少、操作简便、分析时间短、定量准确等优点,已被成功地应用于木质素和木质提取物[11-12]、饮料[13]、浮游生物[14-15]等天然产物和食品的分析中,目前尚未有文献报道在线甲基衍生化方法测定烟用香精香料中油酸。本工作建立了一种在线甲基衍生化-气相色谱-质谱法测定烟用香精香料中油酸的分析方法。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

Agilent 7890A/5975C型气相色谱-质谱联用仪;XP 205型电子分析天平。

四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液:100 g·L-1,以甲醇为介质。

内标(萘)溶液:100 mg·L-1,称取萘0.010 0 g,以乙酸乙酯为溶剂溶解、定容于100 mL容量瓶中。

标准储备溶液:1 000 mg·L-1,称取油酸100.0 mg,用乙酸乙酯定容于100 mL容量瓶中,于4 ℃冰箱中保存。

标准溶液:分别移取1 000 mg·L-1油酸标准储备溶液25,50,100,250,500,1 000 μL于6个10 mL容量瓶中,加入100 mg·L-1内标溶液100 μL,用乙酸乙酯定容,得油酸的质量分别为25,50,100,250,500,1 000 μg的标准溶液系列。

油酸、萘为分析纯,乙酸乙酯为色谱纯。

1．2 仪器工作条件

1) 色谱条件 DB-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm);载气为氦气,流量为1.0 mL·min-1;进样口温度为280 ℃;分流进样,分流比为10∶1,进样量为1 μL。程序升温:初始温度为50 ℃;以10 ℃·min-1速率升温至280 ℃,保持5 min。

2) 质谱条件 电子轰击离子源(EI),离子源温度为230 ℃;溶剂延迟5 min;电子碰撞能量为70 eV;四极杆温度为150 ℃,接口温度为280 ℃;选择离子监测(SIM)模式;萘特征离子m/z128*,油酸甲酯特征离子m/z296,264*,222,80,其中“*”表示定量离子。

1．3 试验方法

称取烟用香精香料试样1.000 g于50 mL锥形瓶中,加入乙酸乙酯(溶剂) 10 mL,振荡溶解,再加入100 mg·L-1内标溶液100 μL,100 g·L-1TMAH溶液(衍生化试剂) 100 μL,振荡摇匀,静置。取上清液过0.45 μm滤膜,按仪器工作条件进行测定。

2 结果与讨论

2．1 油酸的衍生化

样品与TMAH一起进入气相色谱仪进样口时,油酸在进样口的高温作用下瞬间发生甲基衍生化反应,过量的衍生化试剂立即分解为三甲基胺和甲醇。具体反应式如下:

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH+(CH3)4NOH

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO(CH3)4N+H2O

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COO(CH3)4N

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOCH3+(CH3)3N

(CH3)4NOH(CH3)3N+CH3OH

2．2 衍生化温度的选择

温度对衍生化反应有显著影响。温度过低,衍生化反应不完全;温度过高,少量组分易分解损失。试验考察了进样口温度即衍生化温度依次为160,200,220,260,280,300,320 ℃时对油酸衍生化效果的影响。结果表明:进样口温度为160 ℃时,由于温度较低,衍生化不完全,油酸甲酯色谱峰响应较低;随温度的升高,油酸甲酯色谱峰的强度逐渐增强;进样口温度为230 ℃时,油酸已完全衍生化成油酸甲酯;继续增大进样口温度,油酸甲酯色谱峰的强度基本保持稳定。为了确保衍生化完全,同时减少过量的衍生化试剂残留,试验选择衍生化温度为280 ℃。

2．3 衍生化试剂与油酸的物质的量之比的选择

依据油酸衍生化生成油酸甲酯的机理来看,TMAH与油酸按照物质的量之比1∶1进行反应。试验考察了TMAH与油酸的物质的量之比分别为1∶4,1∶2,1∶1,2∶1,3∶1,4∶1时对实际反应的影响,结果见图1。

图1 TMAH与油酸的物质的量之比对峰面积的影响Fig. 1 Effect of the mol proportion of TMAH to oleic acid on peak area

由图1可知:当TMAH与油酸的物质的量之比为2∶1时,反应产物响应达到最大值;为确保反应完全,试验选择TMAH与油酸的物质的量之比大于2∶1。

2．4 混合溶液的稳定性

为了保证油酸和TMAH混合溶液的稳定性,试验考察了保存时间对油酸甲酯色谱峰的影响。结果表明:油酸甲酯的色谱峰在24 h内没有明显变化。因此,试验中油酸和TMAH混匀后即可进样分析,没有必要在室温下先反应一定时间。

2．5 标准曲线和检出限

加入100 g·L-1TMAH溶液100 μL和100 mg·L-1内标溶液100 μL于25,50,100,250,500,1 000 μg的油酸标准溶液10 mL中,振荡摇匀,静置,按仪器工作条件进行测定,并以目标化合物与内标峰面积比对质量分数比进行线性回归,得到油酸的标准曲线。结果表明:油酸的线性范围为25～1 000 mg·kg-1,线性回归方程为y=2.703×10-3x-4.304×10-2,相关系数为0.998 5。

以3倍标准偏差计算方法的检出限(3s)为0.35 mg·kg-1,以10倍标准偏差计算方法的测定下限(10s)为1.10 mg·kg-1。

2．6 方法的精密度和回收试验

按试验方法对空白烟用香精香料样品进行加标回收试验,平行测定6次,其结果见表1。

表1 精密度和回收试验结果(n=6)Tab. 1 Results of tests for precision and recovery(n=6)

2．7 样品分析

按试验方法对6个烟用香精香料样品进行测定,结果表明:6个样品中有4个样品检出油酸,测定值依次为26.89,72.62,30.25,386.52 mg·kg-1。由上述结果可知:烟用香精香料样品中油酸的测定值为26.89～386.52 mg·kg-1,远低于GB 2760-2011中规定的油酸在香辛料类中的最大使用量5 000 mg·kg-1的限量标准。典型样品的色谱图见图2。

(a) 油酸标准溶液

(b) 香精香料样品(未添加TMAH)

(c) 香精香料样品(添加TMAH)1-内标萘;2-油酸甲酯图2 色谱图Fig. 2 Chromatograms

由图2可知:油酸标准溶液的色谱图(a)中油酸甲酯的出峰时间为19.22 min;未添加TMAH时(b),保留时间19.22 min处,未观察到色谱峰;添加TMAH后(c),样品中油酸发生衍生化反应,生成了易于测定的甲基衍生物油酸甲酯。

本方法操作简单、灵敏度高、回收率好,适用于烟用香精香料中油酸含量的测定。

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