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獨立柱溫控制的二維氣相色譜分析香水中可疑的香料香味過敏原
閱讀：609 發布時間：2023-3-12摘要：按照歐盟 2003/15/EC 指令，采用幾種不同的 GC/MS氣質聯用 分析方法，測定原料和化妝品中的香料和香味過敏原。對復雜香水而言，目標化合物可能與其他溶質一起流出，推薦使用配置中心切割的二維氣相色譜。在這篇應用中，介紹了一個配置 Deans switch 中心切割和低熱容(LTM)柱模塊的 GC/MS多維毛細管氣相色譜方法，以優化分離和定量分析復雜樣品中的控制過敏原。方法用于測定含有幾個控制過敏原的香水樣品。通過 LTM 柱模塊，第二根柱的溫度就可與主柱溫箱中第一根柱的溫度單獨控制。50 °C 下，將過敏源中心切割到 LTM ，經過富集，然后在獨立的溫度程序下分離，對樣品基質中目標化合物能得到優的選擇性和更好的分離度。
前言近來歐洲規定要求對香味產品中的過敏原化合物進行控制[1]。目標化合物包括一些常見的有機化合物，如檸檬油精, 檸檬醛和肉桂醛。這些天然產物中的化合物會刺激敏感皮膚。按照規定，化妝品需要在其標簽上標明所含的過敏原物質濃度是否在規定的濃度之上(在涂敷類產品中不高于 10 ppm，在沖洗類產品中不超過100 ppm)。因此，需要開發有效的方法對這些復雜基質中的目標化合物進行定性與定量。正式的目標化合物目錄包括 24 種化合物。其中一些包含不止一個化學特性。檸檬醛有兩個異構體: 橙花醛(Z 檸檬醛)和香葉醛(E 檸檬醛)。Lyral 也有兩個異構體: (3- 和 4- (4-羥基-4-甲基戊基)-3-環己烯-1-羧基乙醛)。金合歡醇至少包含四個可能異構體，其中 Z,E(金合歡醇 1) 和 E,E 異構體 (金合歡醇 2)為主要需要檢測的化合物。此外，還需監控一些相關化合物，如草蒿腦，甲基2-nonynoate，和甲基丁香油酚 [2]。一共要分析 31 個目標化合物。溶質的列表見表 1，一維分離見圖 1。
被測定目標化合物的基質范圍非常廣泛，包括天然香精油, 合成香料、香味化合物，天然產物萃取物和最終產品，如肥皂，發膠，沐浴露，口紅，和其它化妝品。此外，這些基質中香味化合物的濃度范圍非常寬（從高 ppb 級至百分級)。有一點非常明確，想用單一方法分析所有種類基質中的所有目標化合物是不可能的。因此我們建議將不同的基質歸為四類[3]。對每一類，開發并確證專用的分析方法。采用一維 GC/MS 的“scan"模式[4] 或“選擇性離子監測(SIM) "模式直接進樣一個稀釋的樣品分析，如果樣品不復雜，分析物的濃度范圍變化不大，不存在揮發性的樣品基質，對含有在非極性柱上出峰順序在十一烷(保留指數 1000)到二十二烷 (保留指數 2200)之間組分的樣品非常有效[2]。開發這樣的分析方法可采用安捷倫 J&W HP-5MS (非極性)柱。條件和相應的鎖定保留時間信息[5]以及可使用峰解卷積功能德的完整過敏原解卷積報告軟件 (DRS) 數據庫都可以在安捷倫科技網站上查詢的到。
對只含有揮發性或半揮發性的高度復雜樣品 (> 100 組分) ，或組分濃度范圍很寬的樣品 (如：在很基質濃度很高化合物中，目標化合物的含量很低)，僅靠一維 GC 分離效果不高。對這些樣品，使用二維毛細管氣相色譜 (GC/GC, 2D GC) 進行分離效果很好[3]。采用多級中心切割可將目標化合物從一級非極性切至二級極性柱上，使目標化合物與干擾樣品組分法靈活性和分離能力，第二維柱可安裝在低熱容(LTM) 柱溫模塊內，以單獨控制柱溫。采用該配置，多級中心切割可富集在冷的第二維分析柱上，然后采用獨立的溫度程序，獨立優化條件，使目標化合物與復雜樣品基質達到最佳分離。
實驗部分用丙酮將香水樣品稀釋至 5% (50 mg/mL)。用丙酮將標準純化合物稀釋至 100 ng/µL。采用 7890A GC/5975 MSD 聯用儀，進行樣品分析。氣相色譜配置SSL 進樣口，FID 檢測器，基于 Deans switching 系統 (部件號G2855B) 的微板流路控制技術，PCM 流量模塊（選件#309), 和一個 LTM 系統控制包 (部件號 G6579A)。如圖 2 所示，一級柱安裝在 GC 柱箱內，連接分流/不分流進樣口和 Deans switch。調整 LTM 的柱子時，需要“長管線"，以便進樣口末端能與 Deans switch 直接相連。柱子的出口靠近柱模塊，用安捷倫 Ultimate 接頭 (部件號 G3182-61580)將未涂層但去活的石英毛細管連接到 MSD 上。這種配置比柱子出口有較長的管線更易于轉換方法的條件，這是因為較長的管線 1 m 柱子延伸到 GC 柱箱內，成為使峰展寬的等溫（第三個）分離區，可改變相對保留和 LTM 模塊出口的分離度。在 Deans switch 的第二個輸出和 FID檢測器間連接一個限流器（未涂層但去活的保留間隙柱）。條件見表 2。
結果與討論首先，對濃度為 100 ng/µL 的所有目標化合物的標準混合樣品進行分析。不使用中心切割技術。使用 J&W HP-5MS 柱和 FID 檢測器進行分離的結果見圖 2。得到了良好的分離。一些共流出對可通過質譜的解卷積(特殊離子)有效地分離,就像 DRS 方法一樣。接著，以相同的條件測定香水樣品。從 FID 檢測器得到的色譜圖見圖 3A，表明香水的基質非常復雜，難以測定目標化合物。一些目標組分，如芳樟醇 (峰 4) 和 a-異甲基紫羅(蘭)酮 (峰 20) 分離，可進行測定。但是，從 22 到 24.5 分鐘的流出窗,成分非常復雜。在這個窗口內，若干目標過敏原流出,包括戊基肉桂醛，lyral (兩個異構體)，戊基肉桂醇(相關雜質)，金合歡醇(兩個異構體)，己基肉桂醛，苯(甲)酸芐酯。在相同窗口內，干擾的過敏原如二羥基茉莉酮酸甲酯，紫羅(蘭)酮和倍半萜烯流出物。多數上述化合物的具有很強的碎片質譜圖，產生許多非特定的低質量離子，明顯干擾目標離子譜圖和離子比。因此采用傳統的 SIM 數據或從 DRS 解卷積掃描數據，檢測和定量簡單的樣品非常有效，對于這樣復雜的樣品就出現問題了。例如采用簡單方法，確認上述樣品中 lyral 的存在非常困難。采用GC-SIM-MS，不可能準確對 lyral 定量,特征離子不會落在特定的范圍之內。掃描數據清晰表明共流出物的干擾。然后,重復運行樣品，對包括 22 到 24.5 分鐘在內的問題區,進行三次中心切割到第二根柱上。在一些過敏原中作為保護劑的丙二醇，在第一個窗口，可能干擾檸檬油精，苯甲醇等。在第二個中心切割窗口定性與定量羥基香茅醛是另一方面，存在干擾物質，有時采用標準方法定量也存在問題。采用監控檢測器得到的色譜圖見圖 3B，其中三個中心切割窗口在基線的平滑部分顯示。
lyral 片段在第二維柱上分離的總離子流圖 (中心切割 3 ) 見圖 4A。首先，在第二根柱上的分析采用與在第一根柱上相同的溫度程序(LTM 程序=7890A 柱溫程序), 這顯示了如果將第二根柱安裝在GC 柱箱內 (傳統 2D GC 配置) 的分離情況。可檢測到至少 8 個峰。lyral 異構體在 25.4 和 25.5 分鐘流出。然而，第二個異構體與其它組分共流出，不可能確認和定量。這種情況下 lyral 異構體的流出溫度約為 240 °C。在該溫度下保留和選擇性均較低。重復實驗，次級分離柱采用 J&W DB-17ms，在 50 °C 至最后一次中心切割完成, 然后溫度以 6 °C/min 升高。采用這個方法，組分首先富集到 LTM 柱頭, 然后在該程序升溫中以較低的溫度 200 °C 流出，保證保留和選擇性均起作用。另一個優點：由于富集原因，使峰寬變窄，分離度提高。在此條件下，異構體在 49.25 和 49.4 分鐘流出，定量不受干擾。中心切割片段 3 (柱 1，22 至 24.5 min)見圖 4B。與圖 4A 相比, 至少寬濃度范圍的 20 個峰分離。因此，樣品中 lyral 異構體可準確確認和定量。
通過比較圖 4 中的色譜圖，顯而易見，2D GC 中第二根柱的獨立溫度控制大大提高了優化分離度和選擇性的能力。這點在采用手性第二維色譜柱，分析對映體時得到證實[6]。除香水樣品之外，本文的方法也適用于產品中香料香味過敏原的測定。在這些應用中，任何非揮發性或不易流出的基質化合物可從第一維柱上反吹出，在較早的應用文章中已進行過相似討論[7]。
結論采用 Deans switch 中心切割的二維 GC-MS 聯用技術，可用于復雜香水和化妝品中香料和香味過敏原的測定。采用 LTM 技術，第二維柱可與第一根柱獨立，優化柱溫度，可提高從基質干擾物種分離目標組分的選擇性和分離度。使用 LTM 模塊是較合算的、方便的配置，比用獨立的 GC 節省空間。