香水中挥发性有机物检测方案(气质联用仪)

典型色谱图要获取全球办事处的完整列表，请访问http：//www.perkinelmer.com.cn/AboutUs/ContactUs/ContactUs版权所有 C2013， PerkinElmer， Inc. 保留所有权利。PerkinElmer是PerkinElmer， Inc. 的注册商标。其士所有商标均为其各自持有者或所有者的财产。 应 用 文 章 Gas Chromatography/Mass Spectrometry 作者： Andrew TiplerSheila ElettoPerkinElmer，Inc.Shelton，CT 利用GC/MS， 捕集阱顶空和闻香仪对香水的特性描述 前言 香水的创造可以追溯至石器时代，发展至今其市场每年可达数十亿美元。人类利用香味物质作为医药和体味遮 掩剂有着悠久的历史。在现代社会，香水扮演了更为复杂的角色，且香水始终非常流行，不论对于男人还是女人。一款香水的质量现在主要取决于它香味的复杂性，而非强度，所以，对于香水组成的相关知识日渐引起人们的兴趣。 现代香水由天然与合成精油混合而成，香气成分基于适当的溶剂介质，例如乙醇或乙醇与水混合物。稀释后的款式被称为古龙香水和花露水。这些香味物质有着有机物的特性，必须在体温下挥发以产生作用。通过气相色谱(GC)来分离、鉴定、定量这些香水的主要成分是一种理想的方法。质谱普(MS)的运用进一步增加了气相色谱的定性能力。 这套系统的另一个关键部件是样品处理系统。本实验使用顶空进样法(HS))，，可以有效地将挥发性有机物(VOCs)输送进入气相色谱柱。样品的前处理只需简单地将已知量的样品放入适当的小瓶中，顶空进样器将会进行后续工作。传统顶空进样技术的潜在问题是只有小部分样品进入到GC柱。采用捕集阱顶空系统，可以大大提高挥发性物质的收集量和传输量，并对样品中低浓度的物质进行更好的检测和观察。 使用捕集阱顶空—气质联用系统，可以有效地分析香水的化学组成，但却不能深入分析每种化合物对整体香味的贡献。把一个闻香仪加入到这套系统中，则可以在用户分析样品的同时，得到每个化合物的感官特性数据。这使得用户可以获得更加丰富的数据，使生产者能够做出合理的关键决定。 这些信息可以帮助： p)原料的质量控制 最终产品的质量控制 ·产品研发 解决变味问题 ●i竞争产品的逆向解析工程 ●·贮藏研究 此应用说明月(文档))以古龙香水样品为例描述了香水的化学与嗅觉评价系统，方法和一些典型结果。 分析系统 分析系统由五部分组成。 HS Trap 静态顶空样品处理非常适合从香水中提取香味物质。相比于直接将古龙香水注射进GC系统，顶空进样法则更能精确还原实际使用时的效果。 定量移取少量香水置于玻璃样品瓶中并密封，如图1.所示。然后将玻璃样品瓶加热至一定温度并保持一定的时间。由于样品量非常少，小瓶中的可挥发化合物均已气化。接下来，顶空进样系统将瓶内的一部分气体抽出，转移至气相色谱系统进行下一步的分离和分析。 非常方便的是，静态顶空进样器只将很少的一部分顶空蒸汽转移进GC柱，所以这种方式最适合分析高浓度的化合物。在分析复杂样品时，发现低浓度的化合物通常是样品整体香味的关键组成。为了增加进入GC柱的样品量，我们使用了TurboMatrixTM的捕集阱顶空进样系统。 图1.一种古龙水样品放入HS小瓶 使用这种技术，大多数或者全部的顶空蒸汽都通过一个吸附捕集器，挥发性有机化合物在捕集器中被收集并富集。接着捕集器被迅速加热，被释放的化合物转移转移进GC柱。这样，进入GC柱的样品量可以增大100倍。 样品中的水一部分留在小瓶中，大部分的水气化为水蒸气，转移进捕集器中，随后会被吹干。这套捕集阱顶空进样系统可以相当有效地完成香水这类挥发性样品的进样工作，并且可以防止水分进入损坏GC柱和检测器。 图2.至图4.展示了捕集阱顶空系统的工作原理。 图2.捕集阱顶空系统展示样品瓶载气加压平衡的示意图 图3.捕集阱顶空系统展示--加压的顶空气体从瓶中释放到吸附阱的示意图 图4.捕集阱顶空系统展示吸附阱中VOCs被热解吸并送入气相色谱柱的示意图 图2-4是HS Trap系统运行的简化图(实际运行需要其他的阀门和管路来保证样品气体能够输送到指定位置而不是其他地方)。捕集阱顶空进样系统与传统的静态顶空法基本原理非常相似，只是向样品瓶中输入载气加压，达到平衡状态后，被加压的蒸汽全部排出至捕集器收集。这个过程可以被重复至全部顶空蒸汽都有效地通过捕集器收集。捕集器装载样品完成之后便被迅速加热，挥发 性有机物解吸附，转移至GC柱中。 The Clarus 680 GC 可靠耐用的Clarus@ 680 GC气相系统完美胜任接下来的工作。色谱的柱容量和分辨率高，所以可以使用简单的方法。对于嗅觉识别来说，两个相邻的峰之间有足够的时间间隔非常重要，因为使用者需要充足的时间来区分两个峰。在不过载的情况下，进入GC柱的样品量越大，使用者的鼻子检测到化合物的机会就越大。由于这些原因，需要使用长的气相色谱柱，并有厚的固定相。因为香水中许多化合物都是高极性的，所以本实验使用一种高极性Carbowax@型号固定相的色谱柱。 The S-Swafer System 色谱柱的流出物需要同时进入质谱检测器与闻香仪，在这种情况下需要一种分流装置。这种装置不能影响气相色谱的功能，而且是化学惰性的，且死体积要小。在分流器中使用尾吹气可以提供额外的控制能力，并且能使分流率更加稳定。 S-SwaferTM是一款有着出色性能的分流装置，并且非常适用于本研究。图6.显示了S-Swafer在MS检测器和GCSNFRTM闻香仪之间分流工作的配置图。MS检测器与闻香仪之间的分流比由安装在Swafer出口与MS和SNFR一者之间的限流管路决定。 Swafer系统包括了Swafer Utility Software软件，此软件可以计算常用的分流比。图7.显示了这个软件如何建立S-Swafer分流器应用的工作条件。 Olfactory Port 图6.使用Clarus SQ 8 GC/MS和GC SNFR闻香仪的S-Swafer配置 图7.Swafer系统实用软件界面展示香水及精油特性分析的参数设置 The Clarus SQ 8 Mass Spectrometer 质谱检测器是香味物质鉴定系统的重要一部分。将GC柱分离流出的各个化合物组份定性鉴定是很重要的工作。ClarusSQ 8四级杆质谱仪非常适合这方一工作，通过将谱图与仪器配置的NIST数据库进行比对，可以快速地对化合物进行定性与定量分析。NIST数据库软件也可以与下文即将描述的嗅觉信息相互配合。 图8.显示了GC SNFR配件的外观。它通过一根灵活的加热传输线连接到GC上。色谱柱后流出组份分流后通过钝化的熔融石英管传输到玻璃嗅闻口。 当监测从GC柱洗脱出的香味化合物时，使用者可以通过内置的麦克风记录香味的特点，通过调整遥感记录香味的强度。 图8.GC SNFR闻香仪配件 分析条件 表1.捕集阱顶空井条件 顶空系统 TurboMatrix 110 HS Trap样品平衡 80°C保持15分钟进样针 120°C传输线 140 °C， 色谱柱直接连接 HS Trap载气 氦气，压力25 psig干燥排空 5分钟阱 Air Toxics， 30°C到300°C，保持5 min萃取循环 萃取1次，压力40 psig 表2.GC条件 气相色谱/质谱 Clarus SQ8 色谱柱 60 m x0.32 mm x 1.0 um Elite-5MS 直接 接入HS Trap 柱温 40°C保持2分钟，4°C/分钟升温至240°C，保持8分钟 载气 Swafer分流阀压力为13 psig 进样口 PSS 温度300°C，载气关毕 表3.MS条件 扫描范围 m/z 35至350 扫描时间 0.8秒 扫描间隔 0.1秒 离子源温度 250°C 进样线温度 250°C 表4.闻香仪条件 Olfactory Port iPerkinElmer GC SNFR 传输线 225 cm x0.250mm，240°C 潮湿空气 500 mL/min，温度37°C 表5. Swafer条件 Swafer PerkinElmer 在 S1配置中的S-Swafer 设置 使用Swafer Utility Software软件设置参数方法-见图7. 表6.样品细节 样品前处理 每种样品各使用微量注射器吸取25uL，分别注射到进样瓶中并立即盖上盖子 样品瓶 标准的22mL样品瓶，铝制螺纹冒，聚四氟乙烯衬里硅胶隔垫 图9.显示了三种香水样品的总离子流色谱图(TIC)，图中标注了一些通过MS鉴定出的关键化合物。香水A色谱图的一部分被高亮标注，并在图10.中展开。质谱分析的特点是可以通过鉴定质谱图(如图11.)来确定一个特定的峰的成分，随Clarus SQ 8系统一起提供的NIST数据库中包括了大量的标准质谱图，通过对比可以快速鉴定待测组份的分子结构。本研究的结果在图12.中给出。结果明确指出，保留 时间44.46分钟的物质是a-甲基-乙酸苯甲酯，又称乙酸苏合香酯。乙酸苏合香酯是非常有特色的香味物质，有一种类似于栀子花般强烈的、放射性的、水果般的花香。乙酸苏合香酯的含量(或者其他任意鉴定出的化合物)通过混合标准品标准曲线来确定。进一步鉴定其他色谱峰，可以给出香水组成的轮廓。 图9.三种香水样品的典型总离子流色谱图 图10.图9中节选的某一组份总离子流色谱图 图11.图10组份的质谱图 图12.图11中质谱图谱库检索结果表明存在α-甲基-乙酸苯甲酯，又叫乙酸苏合香酯 图12.图11中质谱图谱库检索结果表明存在α-甲基-乙酸苯甲酯，又叫乙酸苏合香酯 图13.显示了香水专家使用GC SNFROlfactory Port的情况。 操作者可以看到SNFR装置后方显示屏上色谱图的变化。在此情况下，头戴耳机上的自动拾音器记录下操作者的描述，手边的操纵杆则可以输入香味的强度。 图14.显示了由色谱图、声音描述和强度记录三种信号的叠加。声音文件储存为标准的WAV格式，操作者在这个屏幕上轻点鼠标即可重放。WAV记录的声音描述还可以通过多种媒体应用来打开，包括Windows@操作系统自带的Microsoft@ Media Player媒体播放器。 声音数据还可以在记录的同时转换成为文字。GC SNFR产品自自带的Nuance@ Dragon@Naturally Speaking Software软件可以实现这一功能。 结论 在添加了闻香仪之后， GC/MS系统在香味物质(诸如香水等样品)检测上应用空间被延伸了。依靠相关的直接感官知觉，再加上硬性的分析数据，两者合一所带来的数据说服力无可比拟。 图14.色谱图示例，使用TurboMass软件将声音描述与香味强度描述叠加到色谱图上 珀金埃尔默仪器(上海)有限公司 地址：上海张江高科技园区张衡路1670号邮编：201203电话：021-60645888传真：021-60645999www.perkinelmer.com.cn 011482_CHN_01  The S-Swafer System色谱柱的流出物需要同时进入质谱检测器与闻香仪，在这种情况下需要一种分流装置。这种装置不能影响气相色谱的功能，而且是化学惰性的，且死体积要小。在分流器中使用尾吹气可以提供额外的控制能力，并且能使分流率更加稳定。S-Swafer™是一款有着出色性能的分流装置，并且非常适用于本研究。图6.显示了S-Swafer在MS检测器和GCSNFR™闻香仪之间分流工作的配置图。MS检测器与闻香仪之间的分流比由安装在Swafer出口与MS和SNFR三者之间的限流管路决定。Swafer系统包括了Swafer Utility Software软件，此软件可以计算常用的分流比。图7.显示了这个软件如何建立S-Swafer分流器应用的工作条件。