气相色谱法测定石蜡油中柠檬醛组分含量的研究

(上海北裕分析仪器股份有限公司，上海 200431)

1 前言

我所开发的合成柠檬醛工艺路线是以石蜡油为溶剂，去氢芳樟醇为原料，在催化剂作用下重排得到柠檬醛。柠檬醛具有两种同分异构体，分别为香叶醛(α-柠檬醛)和橙花醛(β-柠檬醛)，是一种具有玫瑰花香的香精原料，在饮食、食品、日化高档香精的调配中被广泛使用；同时也是合成其它一些重要香料的中间品，且是合成这些重要香料的关键原料。

在石蜡油体系合成柠檬醛动力学研究中，样品溶在石蜡油中，石蜡油沸程在340℃以上，不宜直接采用气相色谱法分析。在计算物料衡算和动力学研究中，必须有一个快速准确的测定方法测定其反应过程中组分含量。从苍子油提取天然的柠檬醛的测定采用气相色谱法[1]；石蜡油体系中合成柠檬醛含量的直接测定，国内外未曾有报道，而是采用减压精馏，取馏分，气相色谱法分析馏分[2]；由于动力学试验，反应体系只有几十克的样品，不宜采用上述方法；同时由于该方法程序繁琐、分析时间长，耗力、耗材，误差大等缺点，在生产过程中也不宜采用。由于石蜡油不溶于水和低碳链数醇类，且随着碳数降低溶解度降低，而柠檬醛溶于醇类物质，故可以采用萃取技术，将石蜡油分离出去后，采用气相色谱法分析。本实验采用乙醇提取法，将去氢芳樟醇和柠檬醛从石蜡油中分离出来，取上层样，气相色谱分析。

本实验提出采用萃取法对样品进行前处理，处理后的样品采用气相色谱法分析。本方法解决了气相色谱法不能直接测定石蜡油体系中柠檬醛样品组分含量。在本方法提供的萃取条件和色谱条件下，分析速度快，样品组分分离完全，分析结果样品组分的精密度好、回收率高等特点，可用于石蜡油体系中柠檬醛含量的测定及柠檬醛产品组分分析。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

Agilent6890气相色谱仪，氢火焰离子检测器(FID)，Agilent 2070化学工作站；HP-5(30m×0.32mm i.d.×0.25μm)；电子天平(精确至0.0001g)；离心机(4000转/min)。

去氢芳樟醇(97.11%)，本研究所合成；柠檬醛(97.43%)，上海化学试剂公司；石蜡油(沸程340℃以上)，上海凌峰化学试剂有限公司；反应体系试样(石蜡油含量为50%) ，本单位提供。

2.2 色谱条件及离心条件

色谱：120℃初始温度，保留5min，15℃/min程序升温到200℃，保留2min，后运行温度为240℃保留4min。分流比为100∶1；气化温度为240℃；检测温度为250℃；载气(氮气)流量为0.8mL/min；进样量：0.4μL；积分最小峰面积：0.01%组分含量的峰面积；结果采用面积归一化法计算质量百分含量，乙醇峰不积分。

离心机：4000转/min，6min。

2.3 样品处理和试样分析

取0.5g反应体系试样于4mL离心管中，加入2.5g乙醇，充分摇动2min，离心分层，取上层溶液，在上述色谱条件下注射0.4μL进行分析。结果扣除乙醇峰，采用面积归一化法计算样品中组分的质量百分含量。

3 结果与讨论

3.1 色谱柱的选择及操作条件的优化

分别在50m和30m的HP-FFAP和HP-5色谱柱上试验，试验结果表明：样品组分在HP-5色谱柱上比在HP-FFAP色谱柱上分离效果好，在HP-FFAP色谱柱上，去氢芳樟醇与α-柠檬醛分离度较差，因而温度比极性对其分离度影响较大，本实验采用HP-5毛细管色谱柱；采用30m的HP-5色谱柱分析速度快、分离完全。图1为去氢芳樟醇合成柠檬醛过程中样品的典型标准图谱，由图1可以看出去氢芳樟醇和柠檬醛以及柠檬醛两个同分异构体的分离度非常好，分析速度快，分析时间仅12min。本方法为柠檬醛动力学研究提供及时、准确的实验数据。

图1 柠檬醛样品的典型气相色谱图

3.2 定性及定量分析

采用已知标准物质加入法或保留时间对试样中主要组分进行定性，面积归一化法进行定量分析。

3.2.1精密度试验

取1试样，称取相同量的该试样于6个离心管中，分别用相同量的乙醇萃取，进样分析，扣除乙醇峰，分别计算去氢芳樟醇和柠檬醛组分质量百分含量的相对标准偏差(RSD)，结果见表1。

表1 样品精密度实验数据(n=6)

由表1可以看出，本实验中的萃取条件和色谱条件对去氢芳樟醇和柠檬醛组分测定结果的RSD均小于0.7%，重复性良好。

3.2.2校正因子试验

准确称取乙醇、去氢芳樟醇和柠檬醛等标准溶液，配制成标准混合溶液，在上述色谱条件下进样分析，根据称取标样质量和对应的纯度计算出每个组分质量，并根据对应的峰面积计算绝对校正因子(Ki)和相对于柠檬醛的相对校正因子(Kr)，试验数据见表2。

表2 校正因子实验数据(n=6)

由表2可以看出，去氢芳樟醇和柠檬醛的校正因子比较接近，因而当乙醇不积分在内时，可以采用面积归一化法表示各组分的质量百分含量。

3.2.3回收率试验

准确称取去氢芳樟醇和柠檬醛标样配制成6个不同浓度的标准溶液，并计算出每个组分的质量百分含量，分别加入等质量的石蜡油；分别采用2倍和10倍溶质量的乙醇萃取，离心分层，取上层液，在上述色谱条件下，分别注射0.4μL进行分析，面积归一化法计算含量，分别计算去氢芳樟醇和柠檬醛在2倍和10倍量的萃取剂下的平均回收率R1和R2及对应的RSD，试验结果见表3。

表3 两种不同量萃取剂下柠檬醛样品组分的回收率实验数据(n=6)

3.3 萃取剂的选择及用量

石蜡油不溶于水和醇类，故可以采用水、醇等溶剂做萃取剂；去氢芳樟醇和柠檬醛在水中的溶解度很小，不宜采用水做萃取剂；根据相似相容原理，石蜡油在低碳链数醇类中溶解度最小，甲醇、乙醇可以作为萃取剂，由于甲醇易挥发且毒性大，故采用乙醇比较理想。去氢芳樟醇与柠檬醛的密度相较接近，可以用柠檬醛近似表示，上述溶液近似为理想溶液[3]，混合后体积为柠檬醛和乙醇二者体积的简单相加，分层后乙醇在上层有利于取样分析；乙醇在上层必须满足混合后乙醇相的密度小于石蜡油的密度，因而满足下式:

(1)

其中，柠檬醛、石蜡油和乙醇的密度分别为0.89、0.83和0.80，代入(1)式，得到m乙>1.8m柠；乙醇越多，密度越小，越容易分层；乙醇越多石蜡油中的溶质就越少，溶质萃取率越高，但柠檬醛含量太低，不利于气相色谱分析；实验在分析样品时采用10倍溶质量的乙醇，萃取率较高，测定结果回收率较高。

在计算分配系数时，分配系数取决于两相的相对浓度，石蜡油中溶质的浓度不容易测定，而是通过乙醇相中溶质在萃取前后减少量Δm计算，Δm越大，测定误差越小，为此要保证石蜡油中含有尽可能高的溶质，采用2倍溶质量的乙醇。

3.4 去氢芳樟醇与柠檬醛在石蜡油-乙醇中的分配系数

取去氢芳樟醇和柠檬醛混合样品气相色谱分析后加入石蜡油摇均匀，加乙醇萃取，离心，分层，取上层样分析扣除乙醇峰，比较两次测定结果，发现去氢芳樟醇浓度增加，去氢芳樟醇含量的增加量小于柠檬醛含量的减少量，说明其它组分的总含量也相应增加了，因而柠檬醛的分配系数小于去氢芳樟醇的分配系数和其它组分的平均分配系数；只要计算出最小组分的分配系数，确保其萃取率大于98%，其余组分的萃取率肯定也大于98%。

称取1g柠檬醛于样品瓶中，加入2g乙醇，充分摇匀后，总质量为m0，在上述色谱条件下注射0.4μL色谱分析测得浓度为C1，然后加入1g石蜡油，充分摇匀后离心，取乙醇相0.4μL进样分析，浓度为C2，根据柠檬醛的含量变化计算出柠檬醛减少量Δm，进而计算出柠檬醛在石蜡油中的浓度C3，平行做5次，结果见表4。

表4 柠檬醛分配系数实验数据(n=5)

由表4看出，柠檬醛的平均分配系数为5.5。去氢芳樟醇的分配系数必定大于5.5，这是由于去氢芳樟醇属于醇类，在石蜡油中的溶解度要小于柠檬醛在石蜡油中的溶解度，故分配系数比较大。因而只要保证分配系数最小的组分的萃取率大于98%，就可以保证样品总量的萃取率大于98%。如果采用10倍的乙醇萃取，柠檬醛单次萃取率为98.2%(10×5.5/(10×5.5+1)=98.2%)， 两次萃取时，萃取率大于99.9%，但由于费时、麻烦，所以实验采用单次萃取。本条件可用于在石蜡油体系中以去氢芳樟醇为原料合成柠檬醛的动力学研究中样品组分含量的测定。

3.5 微量石蜡油对分析结果的影响及消除

石蜡油不溶于乙醇，但会有微量的石蜡油保留在乙醇相里，柱温最高只有240℃，由于毛细管色谱柱是空心柱，最后还会流出来，以及进样口衬管内壁残留的石蜡油液体，都会使得基线噪音增大；可以采用注射1μL正庚烷启动程序升温，冲洗色谱柱以及超声衬管的方法除去基线噪音，保证分析工作顺利进行。

4 结论

综上所述，在确定的萃取和色谱条件下，石蜡油体系中柠檬醛样品可以采用气相色谱法测定,每个组分分离完全，分析速度快，分析周期仅12min；以乙醇峰不积分在内的面积归一化法计算样品中各组分的质量百分含量，去氢芳樟醇和柠檬醛等组分的精密度相对标准偏差小于0.7%，平均回收率在98.7～100.9%范围内；柠檬醛的分配系数为5.5，采用10倍溶质量的乙醇萃取,单次萃取率大于98.2%。本方法可以用于以石蜡油为溶剂，去氢芳樟醇为原料合成柠檬醛的动力学研究中的样品组分及柠檬醛产品组分分析。