CN109975451A - 一种萃取分析植物挥发性成分的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红外辅助低共熔溶剂结合顶空固相微萃取分析植物挥发性成分的方法,该方法首次将低共熔溶剂与红外辅助固相微萃取技术结合,具有创新性,且该技术具有普适性,利于推广到其他植物挥发性成分的测定,本发明采用低共熔溶剂作为绿色萃取溶剂,减少对环境的污染,萃取装置简单、便宜,操作简单,结合红外灯照射,有利于更多挥发性及半挥发性物质的从植物中释放,应用本发明能结合实际,为植物挥发性成分提供了一种检测手段。
Description
(一)技术领域
本发明涉及植物挥发性成分的分析方法,具体涉及一种红外辅助低共熔溶剂-固相微萃取分析植物挥发性成分的方法。
(二)背景技术
与植物中的主要成分相比,挥发性和半挥发性化合物的浓度在植物中非常低,并且植物基质非常复杂。目前,用于挥发性成分的大量样品预处理方法,例如水蒸气蒸馏、同时蒸馏、索氏萃取和加速溶剂萃取已用于萃取植物中的精油。水蒸气蒸馏方法简单,但耗时较长且效率低。同时蒸馏、索氏萃取和加速溶剂萃取在萃取效率上有了较大的改进,但过程中所使用的有毒溶剂对环境或许有潜在的威胁。因此,有必要开发一种具有高灵敏度、高富集因子、短时间、容易操作且环境友好的分析方法来获得准确的化合物信息。
根据吸附(吸附-吸附)理论,Pawliszyn的小组在1990年开发了一种基于待测物在萃取涂层与样品分配平衡的无溶剂萃取技术-固相微萃取。这个技术最大的特点是集萃取、浓缩和净化在同一步骤中,极大缩短了操作时间和人力。近三十年的发展,固相微萃取技术已经有了商业化的产品并得到广泛的应用,包括环境中污染物分析、危险物质分析以及植物中挥发性成分的分析。同时,固相微萃取技术还可与其他技术结合对待测分析物进行分离萃取。
红外辐射是介于可见光与微波之间的电磁波,其波长范围在750nm-1mm,频率从4×104到 3×1011HZ,具有穿透性强、安全、操作简单、低能耗、加热快等优点。由于大多数活性化合物和提取溶剂水、有机溶剂的吸收光谱均在2.5μm到25μm之间,处于红外辐射的范围内,当红外辐射的波长与被加热物的吸收波长一致时,该物质易于吸收红外线。物质的分子在吸收红外能后,可使光子的能量转变成分子的振动或转动能量。并且振动光谱有一种加宽振动、转动的作用,能扩大以平衡位置为中心的振幅,加剧其内部的振动。由于电子的运动和分子的振动是处在极高的速度下,这种运动不断地使晶格、键团振动,并在其相互间产生碰撞,从而促使待测的活性成分从样品基质中溶出。因此红外辐射可到达植物物料内部,使基质内部温度迅速上升,增大被分离物质在介质中的溶解度。同时红外辐射还可加速被萃取成分向溶剂的扩散,从而缩短提取时间,提高提取效率。与此同时,在优化条件下,红外所需照射时间较短,提取率随着红外灯功率的增大而增大。因此,与微波相比,红外更具有可操纵性,低辐射性,以及较高的性价比。
离子液体是一类“绿色溶剂”,由于其不挥发、不可燃、导电性强等特点已获得相当多的关注。但是随着毒理学研究的深入,离子液体的生物降解性差,已对环境造成污染。2003年,低共熔溶剂的研究受到众多学者的关注,其与离子液体性质相似,但生物降解性强,对环境造成的污染较小。其中,研究最多的一类是由四价的氮、膦盐作为氢键受体和Lewis酸或酸作为氢键给体组成。由于存在大量氢键,溶剂也具有一定的极性。在植物萃取方面,一些化合物例如酚类、黄酮类、胺和酸类已从复杂样品中被低共熔溶剂所萃取和分离。氯化胆碱与不同醇类化合物组成的一系列低共熔溶剂,可用于扁柏中杨梅素和黄酮的提取以及夏枯草中迷迭香酸和丹参皂苷的提取低共熔溶剂;利用有机酸、醇、糖和尿素作为氢键供体与氯化胆碱不同比例混合组成的低共熔溶剂能够从萃取原生橄榄油中提取酚类化合物。Tang等将氯化胆碱-乙二醇类低共熔溶剂扩展为单滴微萃取技术中的萃取溶剂,并将其应用于扁柏中萜类化合物的分析。最近,有研究表明低共熔溶剂对生物聚合物具有良好的溶解性,如α-几丁质、纤维素、木质素,这些化合物可能与溶剂之间形成新的氢键而溶解在低共熔溶剂中。其中纤维素和木质素是细胞壁的主要成分,因此,低共熔溶剂也可作为一种溶解细胞壁的溶剂。
本发明致力于建立一种红外辅助低共熔溶剂萃取结合固相微萃取技术用于分析植物挥发性成分测定的方法。该方法利用红外提供温度及辐射,通过低共熔溶剂破坏细胞壁结构的溶剂,然后通过顶空固相微萃取装置吸附植物中的挥发性成分。
(三)发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明提供了一种红外辅助低共熔溶剂结合顶空固相微萃取分析植物挥发性成分的方法,本发明方法所需设备简单,操作简便且操作时间短,可以适用于不同植物挥发性及半挥发性成分的分析测定。
本发明的技术方案如下:
一种红外辅助低共熔溶剂结合顶空固相微萃取分析植物挥发性成分的方法,所述方法包括如下步骤:
(1)低共熔溶剂的制备
将氢键受体、氢键供体混合,升温至90℃搅拌反应0.5~1h,形成均一、稳定的液体,即得低共熔溶剂;
所述氢键受体与氢键供体的物质的量比为1:2~3;
所述氢键受体为氯化胆碱;
所述氢键供体为葡萄糖、乳酸、乙二醇或者乳酸和乙二醇物质的量比1:2的混合物;
最优选的,所述氢键受体为氯化胆碱,所述氢键供体为乳酸和乙二醇,并且氯化胆碱、乳酸、乙二醇的物质的量之比为1:1:2;
(2)样品萃取
取待测的植物样品于顶空瓶中,加入低共熔溶剂,将固相微萃取的萃取纤维头暴露于样品上方的顶部空间并用红外灯照射,完成样品萃取;
所述植物例如:孜然、桂花或郁金;
所述待测的植物样品与低共熔溶剂的质量比为1:2~7,优选1:5;
所述萃取纤维头的类型为:PDMS、PDMS-CAR或PDMS-DVB-CAR,优选PDMS-DVB-CAR;
所述红外灯与顶空瓶的距离为5~25cm,优选5cm;红外照射的时间为10~60min,优选40min;红外灯瓦数为175W、200W或275W,优选275W;
(3)样品检测
将完成样品萃取的萃取纤维头插入气相色谱-质谱联用仪的进样口进行检测,得到样品气相色谱图和质谱图,通过对照标准物质谱图对样品中所含挥发性成分进行定性;
气相色谱条件:色谱柱为DB-5MS(30m×0.25mmi.d.,0.25μm);进样量:1.0μL,进样口温度为250℃,不分流进样,萃取纤维头在进样口脱附5min后拔出;柱温的起始温度40℃保留3min 后以5℃/min升到90℃,在此温度下保持1min;最后以3℃/min升到250℃后保持5min;载气为高纯氦气(99.999%),流速为0.8mL/min;
质谱条件:电子轰击离子源(EI),电子能量为70eV;采用全扫描模式,扫描范围在45~550m/z;离子阱温度为180℃,传输线温度为250℃,箱体温度为50℃;扫描速度3scans/s,溶剂延迟为5min。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
1、本发明提供了萃取分析植物挥发性成分的有效方法;
2、首次将低共熔溶剂与红外辅助固相微萃取技术结合,具有创新性,且该技术具有普适性,利于推广到其他植物挥发性成分的测定;
3、采用低共熔溶剂作为绿色萃取溶剂,减少对环境的污染;
4、萃取装置简单、便宜,操作简单;
5、结合红外灯照射,有利于更多挥发性及半挥发性物质的从植物中释放;
6、应用本发明能结合实际,为植物挥发性成分提供了一种检测手段。
(四)附图说明
图1为本发明建立的基于低共熔溶剂-红外辅助固相微萃取过程的示意图;
图2a、2b、2c、2d、2e、2f分别为实施例1中的低共熔溶剂类型、低共熔溶剂与孜然粉末比例、萃取纤维头类型、红外灯瓦数、照射时间和红外灯距离的结果;
图2a中的DES-1、DES-2、DES-3、DES-4分别为氯化胆碱(氢键受体):葡萄糖(氢键供体) =1:2(摩尔比)、氯化胆碱(氢键受体):乳酸(氢键供体)=1:3(摩尔比)、氯化胆碱(氢键受体):乙二醇+乳酸(氢键供体)=1:1:2(摩尔比)、氯化胆碱(氢键受体):乙二醇(氢键供体) =1:2(摩尔比);
图3分别为实施例1中的孜然中挥发性成分的气相色谱质谱总离子流图,A为传统的固相微萃取;B为红外-固相微萃取;C为低共熔溶剂-固相微萃取;D为基于低共熔溶剂-红外辅助固相微萃取。
(五)具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1:孜然中挥发性成分的分析方法
(1)低共熔溶剂的制备
将氢键供体和氢键受体在90℃下混合置于圆底烧瓶中搅拌反应1h,直到形成均一、稳定的液体。表1列出了所有制备的低共熔溶剂及其摩尔比。反应之后,将产物保持干燥直到被用于下一步实验;
表1用于制备低共熔溶剂的试剂
(2)样品前处理及检测
样品前处理:首先,取待测孜然样品(0.5g)于20ml顶空瓶中,加入2.5g的低共熔溶剂(氯化胆碱:乳酸:乙二醇,摩尔比为1:1:2),用PDMS/DVB/PDMS(50/30μm,2cm)的固相微萃取杆通过顶空瓶的密封垫片插入萃取瓶中,并将其纤维暴露于样品上方的顶部空间用275w的红外灯照射40min,距离为5cm;萃取完成后,将固相微萃取杆拔出并直接插入气相色谱-质谱联用仪的进样口进行检测,得到样品气相色谱图和质谱图,通过对照标准物质谱图对样品中所含挥发性成分进行定性;
气相色谱条件:色谱柱为DB-5MS(30m×0.25mm i.d.,0.25μm);进样量:1.0μL,进样口温度为250℃,不分流进样,SPME纤维头在进样口脱附5min后拔出;柱温的起始温度40℃保留 3min后以5℃·min-1升到90℃,在此温度下保持1min;最后以3℃·min-1升到250℃后保持5min;载气为高纯氦气(99.999%),流速为0.8mL·min-1。
质谱条件:电子轰击离子源(EI),电子能量为70eV;采用全扫描模式,扫描范围在45-550m/z;离子阱温度为180℃,传输线温度为250℃,箱体温度为50℃;扫描速度3scans·s-1,溶剂延迟为 5min。
成分定性通过采集所得到的质谱图利用NIST(2011版本)谱库检索完成;同时采用Kovats保留指数定性的方法来辅助质谱检索定性。研究证实,质谱检索与保留指数相结合的二维定性是一种可信度较高的定性方法。在进行保留指数定性时,参考色谱柱选用DB-5MS或DB-5的文献值,而实验值与文献值的差异一般以1%作为检索尺度。研究中所用的正构烷烃标准样品为C8-C16,利用峰面积归一化方法进行相对含量的定量分析。
为了评估方法,与其他方法进行对比,其实验条件如下:
固相微萃取法:将孜然样品(0.5g)放入20mL顶空玻璃萃取瓶中在水温为60℃水浴,用PDMS/ DVB/PDMS(50/30μm,2cm)的固相微萃取杆通过顶空瓶的密封垫片插入萃取瓶中,并将其纤维暴露于样品上方的顶部空间30分钟;萃取完成后,将SPME萃取杆拔出并直接插入气相色谱-质谱联用仪的进样口。
红外-固相微萃取法:将孜然样品(0.5g)放入20mL顶空玻璃萃取瓶中,用PDMS/DVB/PDMS (50/30μm,2cm)的固相微萃取杆通过顶空瓶的密封垫片插入萃取瓶中,并将其纤维暴露于样品上方的顶部空间用275w红外灯照射40min,距离为5cm;萃取完成后,将固相微萃取杆拔出并直接插入气相色谱-质谱联用仪的进样口。
低共熔溶剂-固相微萃取法:将孜然样品(0.5g)和低共熔溶剂(氯化胆碱:草酸:乙二醇,摩尔比为1:1:2)放入20mL顶空玻璃萃取瓶中在水温为60℃水浴,用PDMS/DVB/PDMS(50/30 μm,2cm)的固相微萃取杆通过顶空瓶的密封垫片插入萃取瓶中,并将其纤维暴露于样品上方的顶部空间30分钟;萃取完成后,将固相微萃取杆拔出并直接插入气相色谱-质谱联用仪的进样口。
通过质谱图利用NIST(2011版本)谱库检索和Kovats保留指数定性的方法进行成分定性,比较采用基于低共熔溶剂-红外辅助固相微萃取、传统的固相微萃取、红外-固相微萃取以及低共熔溶剂-固相微萃取所得的4个谱图,分别鉴定出61种,42种,48种和51种的挥发性组分。各组分的相对含量是通过峰面积归一化方法计算所得。采用基于低共熔溶剂-红外辅助固相微萃取孜然挥发性成分,其主要成分为枯茗醇(38.47%)、枯茗醛(15.85%)、γ-萜品烯(10.1%);采用传统的固相微萃取得到的主要成分为枯茗醇(36.23%)、枯茗醛(13.31%)、γ-萜品烯(16.77%);红外-固相微萃取得到的主要成分为枯茗醇(38.59%)、枯茗醛(14.65%)、α-蒎烯(14.75%);低共熔溶剂 -固相微萃取得到的主要成分为枯茗醇(32.51%)、α-蒎烯(16.71%)、枯茗醛(9.38%)。
通过挥发性成分总离子流图比较,采用基于低共熔溶剂-红外辅助固相微萃取测定得到的孜然中挥发性成分比采用传统的固相微萃取、红外-固相微萃取以及低共熔溶剂-固相微萃取法测定孜然样品中挥发性成分更为复杂,且低共熔溶剂起到了最主要的作用。总体来说,该方法作为是一种快速、简单、环保、可靠的分析孜然中挥发性成分的新方法,有适用于提取其他植物挥发性成分。
Claims (6)
1.一种红外辅助低共熔溶剂结合顶空固相微萃取分析植物挥发性成分的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)低共熔溶剂的制备
将氢键受体、氢键供体混合,升温至90℃搅拌反应0.5~1h,形成均一、稳定的液体,即得低共熔溶剂;
所述氢键受体与氢键供体的物质的量比为1:2~3;
所述氢键受体为氯化胆碱;
所述氢键供体为葡萄糖、乳酸、乙二醇或者乳酸和乙二醇物质的量比1:2的混合物;
(2)样品萃取
取待测的植物样品于顶空瓶中,加入低共熔溶剂,将固相微萃取的萃取纤维头暴露于样品上方的顶部空间并用红外灯照射,完成样品萃取;
所述待测的植物样品与低共熔溶剂的质量比为1:2~7;
所述萃取纤维头的类型为:PDMS、PDMS-CAR或PDMS-DVB-CAR;
所述红外灯与顶空瓶的距离为5~25cm;红外照射的时间为10~60min;红外灯瓦数为175W、200W或275W;
(3)样品检测
将完成样品萃取的萃取纤维头插入气相色谱-质谱联用仪的进样口进行检测,得到样品气相色谱图和质谱图,通过对照标准物质谱图对样品中所含挥发性成分进行定性;
气相色谱条件:色谱柱为DB-5MS;进样量:1.0μL,进样口温度为250℃,不分流进样,萃取纤维头在进样口脱附5min后拔出;柱温的起始温度40℃保留3min后以5℃/min升到90℃,在此温度下保持1min;最后以3℃/min升到250℃后保持5min;载气为高纯氦气,流速为0.8mL/min;
质谱条件:电子轰击离子源,电子能量为70eV;采用全扫描模式,扫描范围在45~550m/z;离子阱温度为180℃,传输线温度为250℃,箱体温度为50℃;扫描速度3scans/s,溶剂延迟为5min。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述氢键受体为氯化胆碱,所述氢键供体为乳酸和乙二醇,并且氯化胆碱、乳酸、乙二醇的物质的量之比为1:1:2。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述植物为:孜然、桂花或郁金。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述待测的植物样品与低共熔溶剂的质量比为1:5。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述萃取纤维头的类型为PDMS-DVB-CAR。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中,所述红外灯与顶空瓶的距离为5cm;红外照射的时间为40min;红外灯瓦数为275W。
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