折光、旋光测定法用于香精香料质量的表征

作者：陈瑾，赵华英 （安东帕（上海）商贸有限公司，上海，200233 ）

摘要：在严格的质量标准要求下，香精香料生产商必须严格控制好合成、提取和生产的工艺，以确保香精香料产品的质量。这些高要求对生产商来说是一种挑战，如天然香精香料受植物品种，气候和农业条件等因素的影响而使香精香料产品质量各异。折光指数、旋光度是表征香精香料产品质量的两个重要参数。折光、旋光测定法具有快速，无损和样品用量小等优点，该方法广泛应用于香精香料合成、生产过程控制与成品质量控制。折光测定法符合GB/T 14454.4标准， 旋光测定法符合 GB/T14454.5，ISO 592等标准。

香精香料广泛用于食品，饮料，化妆品，各种化工品等。

香精香料产品的原材料大都为天然产物，如水果、果皮、花、植物的茎、叶、种子、根、草本植物、树脂、树皮等，这些材料经加工提取后得到香精油。

人工合成香精香料的化学成分与相应的天然香精香料一致，这些芳香物质采用高精度的制造工艺及综合的质量控制。

折光指数的测量

 手动阿贝折光仪

用手动阿贝折射计进行折光指数的检测，样品须放在双层棱镜之间，外接一个庞大的水浴循环进行恒温，调节到标准操作温度20℃或25℃，通过一个目镜观察一条窗口线，该窗口线显示彩色的狭缝，调整至最佳的对比度，旋转移动窗口线，使之与格子线的标线位置相一致。从刻度上就能读出折光指数，这种方法操作繁琐，测量结果因操作者目测的不同产生变化。

传统阿贝折光仪的折光率刻度值为0.001nD，而0.0002 nD是估读值。校准也应用同样的方法，读数的准确性限制在±0.0004 nD。

温度对样品折光指数的测定影响较大。样品必须平衡在标准参考温度（20℃或 25℃），其可接受的误差必须低于±0.1°C，而这种类型的仪器几乎达不到该要求。

这些误差导致样品测量结果偏离较大，严格的质量要求使手动阿贝折光仪逐渐退出了香精香料实验室。

Abbemat 系列全自动折光仪

自动数字折光仪检测折光指数是通过测量内部全反射的临界角，这样，样品颜色和浑浊度不影响测量结果。仪器几乎是无损运行，结果可直接从数字显示中读出。精密的光学和微处理机控制的数据处理功能使仪器精度达到0.00001nD，使用发光二极管（LED）作光源，平均寿命可达100000h。

新一代Abbemat 系列自动折光仪提供最高的准确度，具有下述独特特征：

- 内置帕尔贴控温，恒温样品温度，控温范围（10～85 ℃），控温准确度高达±0.03℃， 液体样品折光指数随温度的变化率为(1 ～ 8 )*10^-4nD/ ℃。

- 第二个内置帕尔贴控温光学部件，使折光仪整个光学部件恒定在20℃±0.03℃，不受测量和周围环境温度的影响。

- 折光指数不受样品颜色和浊度的影响。

- Abbemat系列自动折光仪的棱镜材质：YAG （用于激光发生器的钇铝石榴石），接近钻石硬度，长期使用无磨损，无划痕。

  4.  样品用量少，最小体积为0.2mL。

图1：Abbemat 自动折光仪测试主界面

旋光度/ 比旋度的测定

大部分香精香料具有光学活性，即线性偏振光通过这些物质时振动平面会发生旋转，旋转角度与旋光活性物质的浓度，测试波长，样品温度和光程长度有关。样品的比旋度、浓度可用毕奥（Biot）公式由测定的旋光度计算得到，每种物质的比旋度是特定的，可进行样品纯度，浓度等的表征。

α：旋光度

C：试样的质量浓度，单位 g/l (1000ml)，若试样为纯液体则为密度

l ：光程长度，单位 dm；T ：样品温度；λ：波长

传统旋光仪的精度限制在0.01° 旋光度，按照测试标准方法，使用100mm光程长度的旋光管，传统的这种旋光管体积为8～10ml，不适于贵重香精香料的测量。使用光程长度短的旋光管时，传统旋光仪的精度不足以达到旋光测量所需要求。

MCP 系列全自动旋光仪可直接恒温，快速、无损地测定样品的旋光度，测量精度高，旋光度最高精度可达0.0001° 。

香精香料旋光度受温度影响很大，如香精油等，内置的Peltier半导体控温系统，控制样品温度，控温范围15～45 ℃，最高控温精度达 0.01℃。

MCP系列旋光仪允许样品的光密度（OD）值为4 (589nm), 880nm下OD值可达6。对深色样品的测量，可得出稳定的旋光度及比旋度。

MCP系列旋光仪内置软件可支持直观的菜单导航，逐步引导客户。可触摸屏或按键操作使用旋光仪。MCP系列仪器配备RS232，CAN bus，VGA，以太网及4个USB连接口等。

根据ISO/DIN和欧盟EN标准的质量保障规则，提供出厂鉴定或PTB（德国国家标准研究院）鉴定的标准石英管，以检查旋光度，直接校正旋光仪。

全自动质量控制系统----折光、旋光仪联用测定技术

对于香精香料的质量控制，尤其合成香料，通常需要进行折光指数和旋光度测量，安东帕的Abbemat 系列自动折光仪与MCP 系列自动旋光仪可联用，组成一套全自动测量的组合系统。

 实例介绍：

合成香料通常按有机化合物的官能团分类，主要有烃类、醇类、醚类、酸类、酯类、内酯类、醛类、酮类、缩醛（酮）类、腈类、酚类、杂环类及其他各种含硫含氮化合物。各种合成香料的分子量一般不超过300，挥发度与香气的持久性相关。分子结构细微不同会导致香气的差异，如左旋香芹酮有留兰香的特征香气，而右旋体为葛缕子香，因此用途也不一样。

 使用旋光-折光联用系统，得出结果如下：

图3：旋光-折光联用系统

 图2：旋光、折光联用系统操作界面

结论：

  1. 本文简要的介绍了香精香料产品主要的质量表征参数，如折光指数，旋光度。结合香精香料的行业标准，利用现代化、高精度的折光仪，旋光仪设备对样品进行准确的测量表征与质量控制，并对一些测量参数进行阐述与分析。

  2. 对于有光学活性的香精香料的质量表征，需同时测定折光指数与旋光度，以鉴定样品的物理纯度与光学纯度。

  3. 随着生产过程控制的自动化，也可利用在线旋光仪、在线密度/ 浓度仪、在线折光仪对香精香料合成、生产过程进行实时在线监控与反馈。

安东帕（上海）应用实验室：Tel ：(+86) 21 64855000  E-mail: agatha.zhao@anton-paar.com