基于SPSS因子分析的α-烯烃磺酸盐中磺内酯影响因素的综合评价

徐坤华，黄建文，王东铭，陶华东，葛 赞，史立文

（1.赞宇科技集团股份有限公司，浙江 杭州 310030；2.浙江公正检测有限公司，浙江 杭州 310009）

α-烯烃磺酸盐（简称AOS），是α-烯烃经磺化、中和、水解等工艺制备的阴离子表面活性剂[1]。据文献[2]统计，2016年AOS的产、销量分别为6.9和6.8万t。由于AOS具有优良的抗硬水、去污和起泡性能，且生物降解性好[3，4]，被广泛地应用于日用洗涤产品和工业领域[5-7]。由于水解不完全，AOS可能会存在痕量的副产物磺内酯[8]，且该物质具有皮肤致敏性[9]，因此国内外研究机构对该物质均非常关注。Yoshimura等[10]利用NMR技术对AOS制备过程中磺内酯的形成机制进行了研究；Macmillan等[11]利用离子交换树脂分离，薄层色谱富集磺内酯，并使用高效液相色谱进行定量分析，检出限可达0.1 mg/kg；Liu等[12]评价了磺内酯存在的风险，呼吁建立原料和产品标准。但目前对磺内酯的研究主要集中在磺内酯的形成机理、安全性评价和分析检测技术等方面，而对AOS产品中磺内酯的变化趋势研究则较少。

本文以AOS为对象，研究时间、温度、pH和漂白剂等因素对AOS产品中磺内酯的影响，并运用因子分析法比较各个因素的权重，以期为AOS在下游产品中的应用提供实验数据和参考。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

AOS（活性物含量35%），赞宇科技集团股份有限公司；1，3-磺内酯标准品（C16），Sigma-Aldrich公司；氢氧化钠、盐酸、双氧水、次氯酸钠、三氯甲烷，均为分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司。

7890B-5977气质联用仪，美国Agilent公司；AL204分析天平、pH计，瑞士梅特勒-托利多公司；DCG-9240A电热鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；XT5202-R05C精密恒温液浴槽，杭州雪中炭恒温技术有限公司；R-100旋转蒸发仪，瑞士Buchi公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备

称取（500±0.01） g的AOS样品，添加一定量的漂白剂，用pH调节剂调至相应的pH，置于相应的温度下，贮存一定时间后进行磺内酯分析。

1.2.2 样品预处理

准确称取处理后的AOS样品（20±0.01） g，用50 mL乙醇（w=50%）溶解；溶液加两滴酚酞，并用0.1 mol/L的NaOH或HCl溶液中和至中性；将中和后的溶液转移至250 mL分液漏斗中，用30 mL石油醚萃取，振摇1 min，静置使分层。取下层液体至另一个分液漏斗中，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蒸馏水清洗，然后用无水硫酸钠脱水后过滤，所得液体用旋转蒸发仪蒸干，再用三氯甲烷溶液定容后进样。

1.2.3 仪器条件

色谱柱：HP-5，30 m×320 μm×0.25 μm ；柱温：初温100 ℃，20 ℃/min升温到200 ℃持续2 min，4 ℃/min升温到310 ℃；进样口温度：310 ℃；载气：He，流速1.0 mL/min；进样量：1 µL；分流比：10∶1；电子轰击电离方式，离子源温度230 ℃；电离能量70 eV。

1.3 数据处理

以第0天不做任何处理的AOS样品为参照，结果以磺内酯的相对含量（Y）表示，见下式。

式中，Y为磺内酯的相对含量；w为处理后的AOS样品中的磺内酯含量；w0为第0天未作任何处理的AOS样品中的磺内酯含量。

应用Orgin7.5和SPSS18对得到的数据进行处理。

2 结果与讨论

2.1 各因素对磺内酯含量的影响

2.1.1 时间对磺内酯含量的影响

在pH=11，温度为25 ℃，且不添加漂白剂的条件下，考察时间对磺内酯含量的影响。结果如图1所示，随着时间的增加，磺内酯的含量逐渐减小，这是由于磺内酯的结构不稳定，会发生水解反应，从而导致AOS中磺内酯的含量逐渐减少。

图1 时间对磺内酯含量的影响Fig.1 Effect of storage time on the content of sultone in AOS

图2 温度对磺内酯含量的影响Fig.2 Effect of temperature on the content of sultone in AOS

2.1.2 温度对磺内酯含量的影响

在pH=2，贮藏1 d，且不添加漂白剂的条件下，考察温度对磺内酯含量的影响。结果如图2所示，随着温度的升高，磺内酯的含量快速减少。因为磺内酯的水解属于吸热反应，升高温度有利于水解反应的进行；有研究[13]表明，γ-磺内酯在50 ℃的水解速率常数为1.44×10-4s-1，而70 ℃的水解速率常数为5.78×10-4s-1。

2.1.3 pH对磺内酯含量的影响

在温度为25 ℃，贮藏1 d，且不添加漂白剂的条件下，考察pH对磺内酯含量的影响，结果如图3所示。由图3可以看出，随着pH的升高，磺内酯的含量逐渐降低。这是由于磺内酯的水解按SN2-E1机理进行，生成羟烷基磺酸和烯基磺酸；且酯的水解是可逆反应，在酸性条件下，[H+]会抑制水解反应的进行，而在碱性条件下，水解产生的羟烷基磺酸或烯基磺酸则被中和成相应的盐，促进了水解反应朝正方向进行。因此pH越高，磺内酯含量下降得越多。

图3 pH对磺内酯含量的影响Fig.3 Effect of pH on the content of sultone in AOS

图4 漂白剂对磺内酯含量的影响Fig.4 Effect of bleach on the content of sultone in AOS

2.1.4 漂白剂对磺内酯含量的影响

在pH=2，温度为25 ℃，添加200 mg/kg漂白剂（有效氯或有效氧），并贮藏1 d的条件下，考察了漂白剂种类对磺内酯含量的影响，结果如图4所示。由图4可以看出，3个样品中磺内酯含量的排序为：次氯酸钠＜双氧水＜无漂白剂。即添加漂白剂的AOS样品中的磺内酯含量较未添加的低。可能是因为具有氧化性物质的加入促进了磺内酯的分解，且氧化性越强，越容易促进磺内酯的分解。

2.2 因子分析

在单因素实验的基础上，为了更好地了解各因素对AOS产品中磺内酯的影响权重，进行了大量补充实验，实验结果如表1所示。在对表1中的实验参数进行标准化处理后，应用SPSS软件进行因子分析[14]。SPSS因子分析是一种反映降维思想的多元统计分析方法，将众多原有变量提取成少数几个因子对结果进行解释，已成功应用于生物科技、医学、经济学等领域[15， 16]。

表1 不同条件下磺内酯的含量Tab.1 Changes of sultone content in different situations

续表

2.2.1 KMO和Bartlett检验

对数据进行KMO检验法和Bartlett球形度检验法检验，结果如表2所示，KMO检验结果为0.695，Bartlett检验的近似卡方为25.573，Sig为0（小于显著水平0.01），拒绝原假设，认为各个变量之间不是独立的，变量间的相关矩阵不是单位阵，适合做因子分析。

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

2.2.2 碎石图

在整个曲线下降的过程中，会存在一点，该点处曲线出现明显的弯折，该点对应的X轴的数字即为应保留的因子数[17]。图5为SPSS软件输出的碎石图。由图5可知，第2个因子以后较为平坦，且依据特征值大于1的原则，只提取了一个因子。第1个因子的特征值最大，为1.924，即该因子对原有变量的解释贡献也最大；而第2，3和4因子的特征值均小于1，对原有变量的解释贡献较小。

图5 碎石图Fig.5 Scree plot

2.2.3 总方差解释

表3为SPSS因子分析法采用主成分分析的总方差解释，是因子分析后因子提取和因子旋转的结果。由表3可知，第一主成分的特征根为1.924，方差贡献率为48.108%，依据特征值大于1的原则，只提取了1个因子，与碎石图的分析结果相一致。

从4个成分的方差贡献率可知，成分1＞成分2＞成分3＞成分4，方差贡献率分别为48.108%，19.310%，18.791%和13.791%，即这4个成分的权重大小排序为：漂白剂＞pH＞温度＞时间。

表3 总方差解释Tab.3 Total variance explanations

3 结论

1）AOS产品中的磺内酯含量与时间、温度和pH存在负相关，即随着时间的延长、温度的升高和pH的增大，AOS产品中的磺内酯含量均会减少。

2）漂白剂的增加会导致AOS产品中磺内酯含量的降低，且氧化性越强，磺内酯含量下降得越多。

3）4个因素对磺内酯含量的下降影响权重大小为：漂白剂＞pH＞温度＞时间。