顶空进样-气相质谱法检测芳香纺织品中挥发性成分

胡剑灿,肖 敏,罗 峻

(广州纤维产品检测研究院,广东 广州511447)

随着社会的进步、经济的飞速发展,称为人类“第二皮肤”的纺织品,已经从过去的实用型向多功能化转变,其中,具有医疗保健功能的纺织品也应运而生。研究表明,许多芳香剂具有镇静、杀菌和保健的功效,香味还可以舒缓紧张情绪、缓解压力和催人兴奋[1-2],这些芳香药物以各种方式被应用到纺织品上,兴起了所谓的“芳香疗法”。例如,利用香味聚酯纤维制成的香味床上用品,具有树木精炼油的香味,能让使用者感到犹如置身于大森林,促进使用者安稳睡眠,被称之为“催眠商品”。芳香保健纺织品对提高产品附加值、创造经济效益,以及满足人类需求方面具有积极的意义,但同时也带来了新的问题。香精中成分复杂,往往包括十几种甚至几十种不同的化合物,加上纺织品各种染色和整理加工工艺,最终的产品是否仍含有医疗保健功效的有效成分是消费者首先会关注的问题。如果仅仅依靠嗅觉进行主观判断,测试结果往往会因人而异,带有主观成分且灵敏度低。而对于一些在香精中可能存在的限量使用的物质成分,仅仅通过嗅觉也难以进行辨别。本文拟利用顶空进样-气相质谱建立芳香纺织品挥发性物质的检验方法,以客观的方法对芳香纺织品进行分析评价。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:CDS8400大体积顶空进样器,安捷伦7890 A-5975C气相色谱-质谱联用仪。

试剂:无水乙醇(分析纯),玫瑰香精、茉莉香精、薰衣草香精、桂花香精(广州百花香料股份有限公司,均为日化香精等级)。

1.2 芳香纺织品的制备

将玫瑰香精、茉莉香精、薰衣草香精、桂花香精分别用乙醇稀释为0.1%的溶液。将稀释后的香精溶液喷洒到纯棉布上,待溶剂乙醇挥发干净后得到的样品作为芳香纺织品试样。将芳香纺织品试样剪碎至5 mm×5 mm以下,混合均匀后准确称取1.00 g,放入大体积顶空进样器中进行测试。

1.3 仪器条件

色谱柱:HP-5 MS,30 m×0.25 mm×0.25μm;载气:He,纯度≥99.999%,流量为1 ml/min;进样口温度:250℃;传输线温度:280℃;离子源:EI(源温230℃,电子能量70 e V);扫描方式:全扫描;扫描质量范围:50-550 a mu;溶剂延迟:7.5 min。

2 结果与讨论

2.1 顶空温度和顶空时间的确定

芳香剂的主要有效成分是一大批具有挥发性的化学物质,能对人体的嗅觉功能产生作用。总体来说芳香剂的化学组成十分复杂,即使是人工制备的香精也含有十几种,甚至几十种的化合物。这些化合物包括醇、酯、酮、醛等多种类型,其沸点一般在200～300℃之间,大多数具有良好的挥发性。以顶空进样的方式进行进样检测,前处理简单方便,无需溶剂,大大地减少了溶剂萃取过程中可能引入的杂质和溶剂,同时顶空进样能有效地模拟挥发性物质从纺织品上挥发逸散到空气中的过程,体现芳香纺织品实际使用过程中的变化。顶空进样的温度和时间是顶空进样的两个重要参数,以加入玫瑰香型的棉布为样品,对这两个参数进行研究。

2.1.1 顶空温度

分别研究了顶空温度为50、60、70、80、90、100、110℃条件下,色谱图上色谱峰的数目变化(见图1),以及色谱图中面积最大的组分(保留时间20.264 min,检索成分为二苯醚,CAS:101-84-8)的峰面积(见图2)。

由图1可知,顶空进样色谱图峰的数目随着顶空温度的增加而增加。与温度越高,有机物质越容易挥发的性质相符。在50℃的顶空条件下,色谱图上只有7个峰,当温度为100℃和110℃时,色谱图上检测到峰的数目均为41个,表明样品中的芳香挥发物质基本上已被检测。

由图2可知,色谱图中面积最大组分的峰面积首先随着顶空温度的增加而增加,而当温度升高至90℃后,峰面积的增加趋于平缓。考虑到实际样品成分复杂,为减少较高的温度对样品引起的变化,减少其他杂质峰,同时对芳香性物质保持较好的灵敏度,选择100℃作为试验的顶空温度。

图1 不同顶空温度下的色谱峰数目

图2 不同顶空温度下保留时间为20.264 min色谱峰的峰面积

2.1.2 顶空时间

针对顶空时间,在顶空温度为100℃下,分别研究了时间为5、7、10、15 min条件下对试验的影响。顶空时间的增加有利于更多的挥发性物质从样品中逸出从而被检测,因而增加顶空时间会使对应色谱峰的面积增加(见图3)。但是顶空时间的增加会使检测样品的总时间增加,综合考虑,选择10 min作为顶空时间。

图3 不同顶空时间下保留时间为20.264 min色谱峰的峰面积

2.2 芳香样品的检测结果

玫瑰、茉莉、薰衣草、桂花4种花香的棉布样品色谱图分别见图4～图7,可知在试验的顶空和色谱条件下,实现了对芳香纺织品中挥发性物质有效的分离和检测。利用质谱软件提供的功能,将色谱图各组分的质谱在标准谱图库NIST进行检索,结合文献进行人工谱图解析[3-7],对香味物质的化学成分进行大致的确认,运用峰面积归一化法进行分析,其中谱图的主要成分(面积百分比＞1%)结果分别见表1～表4。由表1～表4中数据可知,芳香纺织品中的挥发性物质成分比较复杂,不同香型的纺织品其包含的挥发性物质和比例存在着差异。利用色谱峰的差异和比例,可以作为芳香纺织品的“指纹”,对香型进行区分。对具有同类香型的样品谱图进行了分析,归纳得出该类香型具有的谱峰,进而建立不同香型的特征谱图库,可以实现对芳香纺织品香型的客观评价。

图4 玫瑰香味样品的色谱图

图5 茉莉香味样品的色谱图

图6 桂花香味样品的色谱图

图7 薰衣草香味样品的色谱图

3 结语

以顶空进样-气相质谱联用建立了芳香纺织品挥发性物质的检验方法,研究了顶空温度和顶空时间对试验结果的影响。结果表明:最佳顶空温度100℃,顶空时间为10 min,该方法能有效地对芳香纺织品中的挥发性物质进行分离和检测,可以实现对芳香纺织品客观分析评价。

表1 玫瑰香味纺织品色谱主要成分

表2 茉莉香味纺织品色谱主要成分

保留时间/min 检索物质 CAS号 百分比含量/%13.767 乙酸苄酯 140-11-4 32.82 14.946 癸醛 112-31-2 29.44 11.998 壬醛 124-19-6 10.25 9.761 双戊烯 138-86-3 6.13 10.882 苯乙酮 98-86-2 3.43 8.998 正辛醛 124-13-0 2.83 11.863 芳樟醇 78-70-6 2.43 8.657 β-蒎烯 127-91-3 2.23 17.75 乙酸松油酯 80-26-2 1.97 8.542 甲基庚烯酮 110-93-0 1.51 21.535 β-紫罗酮 79-77-6 1.06

表3 桂花香味纺织品色谱主要成分

表4 薰衣草香味纺织品色谱主要成分

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