香精样品中复杂成分检测方案(气相色谱仪)

应用简报 Agilent香精与香料Trusted Answers 采用 GC-FID 对香精品品进行质量控制：将方法从 Agilent 7890 GC 转移全 Agilent Intuvo 9000 GC Frank David， Tatiana Cucu， 精油、香精和香水的质量控制通常采用 GC-FID 进行。重要的气相色谱性能标准包括分离度、保留时间和保留指数的稳定性以及样品通量。本应用简报介绍了将在Agilent 7890 GC 上开发的参考方法转移至 Agilent Intuvo 9000 GC 上，同时比较了分析典型香精样品和精油样品获得的数据。结果证明， Intuvo 9000 GC 保持了出色的数据质量，同时使用较短的窄径色谱柱可以提高样品通量。 Christophe Devos色谱研究所Pres. Kennedypark 26，B-8500 Kortrijk， Belgium Rebecca Veeneman 博士 安捷伦科技有限公司 前言 香精香料行业中的质量控制(QC)通常采用气相色谱 (GC)完成1.2。对于指纹图谱分析和研发，通常使用气相色谱-质谱(MS) 联用系统。但是，在QC环境中，GC-FID 分析是首选方法3。将得到的精油、香水或香精油生产样品的 GC-FID 谱图与组分已知的批准样品的参比谱图进行比较。相对样品组成(峰面积%)以及存在的污染物或杂质均得到验证。产品真伪和原产地真伪可以通过标记化合物是否存在或其相对浓度来控制。 香精是精油和合成香料化合物的混合物，因此产品中通常含有100多种化学成分。为了实现准确分析，需要使用高分离度气相色谱方法。色谱分离度以及保留时间或保留指数(RI)的重现性是最重要的系统适用性标准A。在 QA/QC环境中，效率和样品通量也同样重要，因此使用了多种方法来缩短气相色谱的运行时间，包括采用较短的窄径色谱柱、氢气载气和快速的程序升温。但是，无论采用何种方法都应保留足够的色谱分离度。 香精和精油还有一个特征，就是成分的浓度范围很宽，某些成分含量较高(1%-50%)，而某些溶质的含量则在0.01%-0.1%水平。由于这些痕量化合物对于香精质量可能十分重要，因此高分离度气相色谱方法还应具备较宽的动态范围，且所选的气相色谱柱必须具有足够的溶质容量。 因此，用于香精、香水和精油 QA/QC 的高性能 GC-FID 方法的色谱分离度、分析速度(样品通量)和溶质容量(灵敏度)之间需要微妙的平衡。使用最先进的气相色谱柱技术可以实现这一目标，该技术采用150-250 pm 内径的色谱柱，并以氢气作为载气。将其用于最先进的气相色谱仪，可实现快速加热和冷却循环，使实验室在保持方法性能的同时提高效率。 本应用简报介绍了使用 Intuvo 9000 GC对某些典型的香精和精油样品进行气相色谱分析。首先在 7890 GC 上使用标准方法分析样品，然后将方法转移至 Intuvo9000 GC。此外，利用仪器的快速加热功能，通过方法转换将分析速度提高至原来的2-4倍。 实验部分 样品前处理 香精油购自家用产品生产商，两种精油样品购自当地药店。从香水商店购买了一款市售香水样品。采用丙酮稀释样品，浓度在25-100 mg/mL 之间，具体取决于初始稀释度。用于生产家用产品(如洗涤剂和表面清洁剂)的香精油成分非常复杂，通常超过100种。为了进行气相色谱分析，将这种香精油稀释40倍(浓度为2.5%，用丙酮稀释)。市售香水样品成分较为复杂，采用丙酮稀释10倍。 两种精油样品为柠檬油(产地：美国加利福尼亚)，主成分为柠檬烯；以及复杂檀香油，主成分为倍半萜类。精油样品采用丙酮稀释至5%。 上述样品仅用于仪器和方法验证。未尝试对上述样品进行完整表征，也未验证其产地、质量和组成。 气相色谱参数 采用 7890B GC 和 Intuvo 9000 GC 进行GC-FID 分析。两种系统均配有分流/不分流进样口、火焰离子化检测器以及配备10 pL 进样针的 Agilent 7693 自动液体进样器(ALS)。 在参考方法中，使用 Agilent J&W DB-HeavyWAX色谱柱 (30 mx0.25 mm，0.25 um)。该极性色谱柱比经典 PEG 或WAX 色谱柱具有更高的热稳定性，尤其适用于分析在庚烷 (RI 700)和三十烷 (RI3000)之间洗脱的香精成分。表1汇总了参考方法的参数。 在 Intuvo 9000 GC 上使用了两种高通量方法，速度增益因子分别为1.79和4.27。表2中列出了使用方法转换软件(用于采集和数据分析的 Agilent OpenLab 2.2软件的一部分)获得的方法参数((未修改的参数没有列出)。 将方法从7890 GC 转移至 Intuvo 9000GC 图1A和1B分别展示了在7890 GC 和Intuvo 9000 GC 上使用参考方法获得的结果。如图所示，色谱分离度得到保持，在两台仪器上获得了相同的谱图。对于选定成分，在每台仪器上确定RI 和峰面积%(排除溶剂峰后进行归一化)。表3为汇总的结果，表明两台仪器的RI 值相同(△RI<2RI单位)。如果要比较在不同仪器上采集的数据，Rl值很重要。结果还表明， Intuvo 9000 GC 中的芯片式保护柱不会影响相对溶质保留值。表3中的相对峰面积%数据表明，采用两种仪器获得的定量结果相差无几。 表 1. Agilent 7890 GC 和 Agilent Intuvo 9000 GC 上参考方法的 GC-FID 参数 参数 值 进样口 分流(1/50)-250℃，超高惰性分流衬管(部件号5190-2295) 进样量 1pL 色谱柱 Agilent J&W DB-HeavyWAX， 30 m x0.25 mm，0.25 pm (部件号122-7132 或122-7132-INT) 色谱柱流速 1.8 mL/min氢气，恒流模式 柱温程序 50℃(1 min)-5℃/min -250℃(10min) Intuvo 芯片式保护柱温度 柱温箱跟踪模式 Intuvo总线温度 250°℃ Intuvo 检测器尾部 300°C 检测器 火焰离子化检测器300℃， 40 mL/min 氢气， 400 mL/min 空气 表2. Agilent Intuvo 9000 GC 的高通量 GC-FID 参数 速度增益1.79 参数 值 色谱柱 Agilent J&W DB-HeavyWAX， 20mx0.18 mm，0.18pm (部件号121-7122) 色谱柱流速 1.3 mL/min 氢气，恒流模式 柱温程序 50°℃ (0.56 min)-8.93°℃/min- 250 ℃ (5.6 min) 速度增益4.27 参数 值 色谱柱 Agilent J&W DB-HeavyWAX， 10 mx0.18 mm，0.18pm (部件号121-7112) 色谱柱流速 1.3 mL/min 氢气， 恒流模式 柱温程序 50℃(0.23 min) -21.37 °C/min -250 ℃ (2.34 min) 表 3.在 Agilent 7890 GC 和 Agilent Intuvo 9000 GC 上采用参考方法测得的香精油成分的RI和峰面积% 化合物 Agilent 7890 GC Agilent Intuvo 9000 GC RI 峰面积% RI 峰面积% 乙酸芳樟酯 1559 4.02 1559 3.92 乙酸异冰片酯 1579 3.12 1579 3.04 乙酸苄酯 1699 2.22 1699 2.14 乙酸二甲基苄基原酯 1764 3.47 1765 3.43 a-异甲基紫罗兰酮 1843 2.70 1841 2.71 苯乙醇 1898 3.59 1897 3.55 反式-β-紫罗兰酮 1921 4.70 1921 4.71 B-甲基紫罗兰酮 2039 7.86 2038 7.75 水杨酸己酯 2194 2.87 2193 2.86 戊基肉桂醛 2237 3.38 2236 3.42 4-己烯基苯 2293 2.76 2293 2.85 牡丹腈 2516 1.93 2518 1.95 水杨酸苄酯 2753 2.32 2751 2.37 檀香油样品的分析结果证明了这两种系统的等效性。檀香油是通过对各种檀香树(例如檀香和澳洲檀香)的木片进行水蒸汽蒸馏而获得的。檀香油主要为倍半萜醇，包括a-檀香醇和β-檀香醇。油的成分取决于树种、产地、树龄、季节和提取工艺。檀香醇异构体和其他倍半萜类的相对浓度常用于真伪鉴定和 QC 验证6。 图1A.在配备30mx0.25 mm， 0.25 pm Agilent J&W DB-HeavyWAX色谱柱的 Agilent 7890 GC 上使用参考方法进行香精油 GC-FID分析 图1B.在配备30 mx0.25 mm， 0.25 pm Agilent J&W DB-HeavyWAX 色谱柱的 Agilent Intuvo 9000 GC 上使用参考方法进行香精油GC-FID分析 图2A 和2B分别显示了采用7890 GC 和Intuvo 9000 GC 分析市售檀香油样品获得的 GC-FID 谱图。在将方法从7890转移到 Intuvo 之后，获得了相似的谱图，RI保持不变。 图 2A. 在配备30mx0.25 mm， 0.25 pm Agilent J&W DB-HeavyWAX 色谱柱的 Agilent 7890 GC 上使用参考方法进行檀香油 GC-FID分析 图2B.在配备 30mx0.25 mm， 0.25 pm Agilent J&W DB-HeavyWAX 色谱柱的 Agilent Intuvo 9000 GC 上使用参考方法进行檀香油 GC-FID分析 不影响分离度的方法转换 接下来，将使用30mx0.25 mm， 0.25 umDB-HeavyWAX 色谱柱的参考方法转换为使用 20 mx0.18 mm， 0.18 pmDB-HeavyWAX 色谱柱。使用较短的窄径色谱柱，可以在保持色谱分离度的同时缩短气相色谱运行时间同。使用OpenLabGC 软件内置的方法转换计算器，计算出更快速的气相色谱方法的方法参数。计算器预测速度增益因子为1.79。 通过分析市售香水样品对方法转换加以说明。图3A和3B分别显示了了 30m×0.25 mm， 0.25 um DB-HeavyWAX 色谱柱和20 mx0.18 mm， 0.18 pmDB-HeavyWAX色谱柱上获得的 GC-FID 谱图。 两幅谱图相似，且色谱分离度保持不变。在30m色谱柱上使用参考方法时，最后一个峰在36.85分钟处洗脱，而在20m色谱柱上使用转换后的方法时，该峰在21.15分钟处洗脱。实测速度增益因子1.74与预测速度增益因子(1.79)非常接近。另外发现，峰的RI非常相似，差值在10个LRI单位内，考虑到使用的是极性WAX色谱柱，这一结果非常不错4。 图 3A.在配备 30mx0.25 mm， 0.25 pm Agilent J&W DB-HeavyWAX 色谱柱的 Agilent Intuvo 9000 GC 上使用参考方法进行香水 GC-FID分析 图3B.在配备20mx0.18 mm， 0.18 pm Agilent J&W DB-HeavyWAX 色谱柱的 Agilent Intuvo 9000 GC 上使用转换后的方法进行香水 GC-FID 分析。 将方法转换为快速气相色谱方法，分离度降低 最后，采用高通量筛选方法分析柠檬油样品。图4A所示为在7890 GC 上使用30 mx0.25 mm， 0.25 pm DB-HeavyWAX色谱柱获得的参比谱图。图4B所示为在Intuvo 9000 GC 上使用10mx0.18 mm，0.18 pm DB-HeavyWAX 色谱柱从相同样品获得的谱图。使用方法转换工具计算高通量方法的方法参数，预测速度增益因子为4.27。表4所示为主峰归属以及实测 RI 和峰面积%(排除溶剂峰后进行归一化)。 图4A和4B 所示的 GC-FID 曲线十分相似。使用短色谱柱降低了色谱分离度，如a-蒎烯/a-侧柏烯(快速气相色谱方法为0.69分钟，图4B)和β-红没药烯/香叶醛(快速气相色谱方法为2.50分钟，图4B)的分离度有所降低。对于大多数其他溶质，包括重要的质量标记物，例如β-月桂烯、对异丙基甲苯、橙花醛、香叶醛和β-红没药烯，都可以保持足够的色谱分离度，从而可以准确定量》。使用参考方法时，香叶醛在10.47分钟分脱； 在 Intuvo9000 GC 上使用10m色谱柱的快速气相色谱方法时在2.51分钟洗脱。实测速度增益因子为4.17，与预测速度增益因子很接近。o气相色谱运行时间为3分钟，因此分析周期小于5分钟。 pA 图 4A.在配备 30mx0.25 mm， 0.25 pm Agilent J&W DB-HeavyWAX 色谱柱的 Agilent 7890 GC 上使用参考方法进行柠檬油GC-FID 分析 图4B.在配备10mx0.18 mm，0.18 um Agilent J&W DB-HeavyWAX色谱柱的 Agilent Intuvo 9000 GC 上使用转换后的方法进行柠檬油 GC-FID分析 所选的180 um 内径色谱柱还提供了足够高的溶质容量，能够避免严重的前延峰和高丰度柠檬烯峰过载(柠檬烯的相对浓度=60%)。进一步减小色谱柱直径(例如减小为100 um 内径色谱柱)将需要减少进样量或增加分流比，这可能会降低微量溶质的可检测性，并降低分析准确性和稳定性。因此，150-180 pm 内径色谱柱可在分离度、分析速度和定量分析之间取得最佳平衡。 可将用于香精、香水和精油质量控制的高分离度 GC-FID 方法从 Agilent 7890 GC转移到 Agilent Intuvo 9000 GC， 同时保持色谱图谱和分离度、RI和峰面积%保持不变。使用长径比与参比柱相似的较短窄径色谱柱可以将气相色谱运行时间缩短一半，同时保持原有的色谱分离度。使用较短的气相色谱柱和 Intuvo 9000 GC 的快速加热和冷却功能，可以进一步提高样品通量，从而实现分析周期仅5分钟的快速筛选方法。 www.agilent.com 仅限研究使用。不可用于诊断目的。 本文中的信息、说明和指标如有变更，恕不另行通知。 ( @安捷伦科技(中国)有限公司，2020 ) 表 4. 在 Agilent 7890 GC 上使用参考方法以及在 Agilent Intuvo 9000 GC 上采用快速气相色谱方法测得的柠檬油成分的RI和峰面积% 化合物 Agilent 7890 GC 参考方法 Agilent Intuvo 9000 GC 快速方法 RT(min) RI 峰面积% RT (min) RI 峰面积% a-蒎希 2.25 1021 2.78 0.69 1021 2.82 a-侧柏烯 2.30 1027 0.65 0.69 1021 一 β-蒎烯 3.05 1109 16.40 0.85 1107 16.63 桧烯 3.19 1120 2.09 0.88 1119 2.11 β-月桂烯 3.68 1165 1.13 0.98 1167 1.19 柠檬烯 4.12 1204 59.43 1.08 1200 60.65 y-松油烯 4.64 1243 6.52 1.19 1241 6.65 对异丙基甲苯 4.95 1267 3.08 1.26 1266 3.16 橙花醛 9.91 1683 0.83 2.38 1679 0.81 β-红没药烯 10.43 1720 1.34 2.50 1718 1.40 香叶醛 10.47 1725 2.00 2.51 1722 2.13 ( 1. van Asten， A. The Importance of GCand GC-MS in Perfume Analysis，Trends Analyt. Chem. 2002，21， 698-708 ) ( 2. C hisvert， A. et al. Chapter 1 0 ：Perfumes in Cosmetics： RegulatoryAspects a nd Analytical Methods.In Analysis of Cosmetic Products(Second Edition)； Salvador， A.；Chisvert， A.， Eds.，Elsevier， 2018， pp 225-248， ISBN 9780444635082 ) ( Cachet，T. et al. IOFI Recommended Practice For The Use Of Predicted R elative-Response Factors For T heRapid Q uantification Of VolatileFlavoring Compounds by GC-FID，Flavor Fragr.J . 2016，31，191-194 ) 4. ( dAcampora Zellner， B. et al. Linear Retention Indices In Gas Chromatographic Analysis： A Review，Flavor Fragr. J. 2008，23，297-314 ) ( 5. David， F . et al. Instrumentation and applications of fast high-resolutioncapillary gas chromatography， J. Chrom.A 1999，842，309-319 ) ( 6. ISO 3518：2002E， Oil of sandalwood (Santalum album L.)， InternationalOrganization for Standardization ) ( 7. ISO 855：2003， Oil of lemon [Citruslimon (L.) Burm. f.]，InternationalOrganization f or Standardization ) 精油、香精和香水的质量控制通常采用 GC-FID 进行。重要的气相色谱性能标准包括分离度、保留时间和保留指数的稳定性以及样品通量。本应用简报介绍了将在Agilent 7890 GC 上开发的参考方法转移至 Agilent Intuvo 9000 GC 上，同时比较了分析典型香精样品和精油样品获得的数据。结果证明，Intuvo 9000 GC 保持了出色的数据质量，同时使用较短的窄径色谱柱可以提高样品通量。