分析保护剂对烟草香味成分的基质效应补偿

　　摘要：为了解决目前强极性分析保护剂在弱极性溶剂体系中不适用的问题，以乙腈׃二氯甲烷=2׃溶剂为弱极性溶剂体系，分别考察了23种化合物作为分析保护剂对31种香味成分色谱峰峰高和峰形的影响，并与烟草基质下各香味成分的色谱峰进行了对比。通过优化分析保护剂种类、组合及组合浓度，探索合适的分析保护剂组合，并另外选择15种烟草香味成分，对该分析保护剂组合的基质效应补偿效果进行验证。结果表明：①合适的分析保护剂组合为苹果酸+1,2‒十四碳二醇(浓度均为1000mg/L)。②在溶剂标准溶液中加入分析保护剂组合后，基质效应补偿效果良好，各香味成分标准曲线的线性得到了较大改善，其斜率及线性相关系数与基质匹配标准曲线基本一致。③加入分析保护剂可以补偿烟草香味成分GC‒MS分析中存在的基质效应。

　　关键词：烟草;气相色谱‒质谱;基质效应;分析保护剂;香味成分

　　GC‒MS法用于痕量分析时常存在基质效应[1‒2]，即样品中除待测物以外的其他基质成分对待测物测定的影响。由于GC进样口和色谱柱内存在金属离子和硅醇基活性位点，敏感性待测物在活性位点发生吸附作用或降解，导致待测物损失或色谱峰拖尾[3]。测定实际样品时，样品基质中的其他活性成分填充了GC活性位点，减少了待测物与活性位点的相互作用，改善了色谱峰形和峰高，导致相同质量分数待测物在实际样品中的响应值高于纯溶剂中，这种现象被称为“基质增强效应”[1]。

　　目前，对基质效应的补偿方法主要有基质匹配标准溶液校正法[4‒6]、同位素内标法[7]、多种内标校正法[8]、进样技术改进法[9‒10]、样品多次净化法[11‒12]、加入分析保护剂法[13‒22]等。其中，最常用的是基质匹配标准溶液校正法，即利用不含待测物的空白基质匹配标准溶液对样品溶液进行校准，从而补偿基质效应。然而，在实际分析检测中，采用基质匹配校正法主要存在以下点不足：一是不含待测物的空白基质不易获得，二是不同类型样品基质之间有差异，三是基质匹配标准溶液可使用的时间期限一般很短，需要现用现配，而基质匹配标准溶液的配制复杂且耗时。在标准溶液中加入分析保护剂(Analyteprotectant,AP)，使AP代替基质占据GC活性位点，从而改善溶剂标准溶液中待测物的响应及峰形，达到基质效应补偿的效果。

　　Anastassiades等[2]在2003年选择93种不同化合物作为AP，评估了其对提高30种农药残留分析质量的影响，结果表明，AP的氢键能力和挥发性是影响基质效应补偿效果的重要因素，其中L‒古洛糖酸γ‒内酯的整体补偿效果最好，然而，单一的AP并不能使30种农药残留的响应和峰形均达到最优。Mastovská等[13]在2005年评价了十几种AP组合，所选择的最佳组合为3‒乙氧基‒1,2‒丙二醇、L‒古洛糖酸γ‒内酯和D‒山梨醇，三者的挥发性由高到低，组合后可以满足挥发性差异较大的不同农残组分的分析。

　　但是，L‒古洛糖酸γ‒内酯和D‒山梨醇极性较大，配制溶液过程中一般需引入水，这样会影响GC系统的长期稳定性;同时受溶解性的影响，不适用于极性较弱的溶剂体系中待测物的测定。另外，目前关于AP补偿基质效应的研究主要针对农残化合物[13‒18]，对于香味成分在烟草中的基质效应研究尚未见报道。因此，本研究中选择乙腈׃二氯甲烷=2׃体系作为弱极性溶剂体系，开展了AP对烟草中香味成分的基质效应补偿研究，旨在为AP适用范围的扩展以及烟草香味成分分析中基质效应的补偿提供技术支撑。

　　1材料与方法

　　1.1材料、试剂和仪器

　　2019年云南产C3F中部烟叶样品。QuEChERS萃取试剂盒(4g硫酸镁+1g氯化钠，美国Agilent公司);46种香味成分标准品及内标己酸甲酯(>98%，美国Sigma公司、东京化成工业株式会社、加拿大TRC公司或北京百灵威科技有限公司等);23种分析保护剂(>95%，上海阿拉丁试剂有限公司、东京化成工业株式会社和北京百灵威科技有限公司等);磷酸(AR，天津市科密欧化学试剂有限公司);磷酸二氢钠(AR，国药集团化学试剂有限公司);乙腈和甲醇(色谱纯，美国JTBaker公司);二氯乙烷(色谱纯，美国OmniChem公司);二氯甲烷(色谱纯，德国Merck公司);超纯水(自制，电阻率18.2MΩ∙cm)。

　　7890N气相色谱‒5975C质谱联用仪(美国Agilent公司);MultiReax试管震荡器(德国Heidolph公司);Sigma3‒30KS高速冷冻离心机、CPA225D电子分析天平(感量0.0001)(德国Sartorius公司);Milli‒Q超纯水仪(美国Millipor公司);Sigmole‒NYL1111A有机相滤膜(尼龙，13mm0.22µm，上海科醚化学科技有限公司)。

　　1.2方法

　　1.2.1溶液配制

　　内标工作溶液：准确称取100mg己酸甲酯(精确至±0.1mg)，用二氯乙烷溶解并定容至10mL，配制成浓度为10000mg/L的内标储备液，于4℃下储存;准确移取0.1mL内标储备液于10mL容量瓶中，用乙腈׃二氯甲烷=2׃的溶剂定容，配制成浓度为100mg/L的内标工作溶液。

　　混合标准工作溶液：准确称取各香味成分标准品100mg(精确至±0.1mg)，用二氯乙烷溶解并定容至10mL，配制成质量浓度为10000mg/L的单标储备液。准确移取0.1mL各单标储备液于同一个50mL容量瓶中，用乙腈׃二氯甲烷=2׃的溶剂定容，配制成浓度均为20mg/L的混合标准工作溶液。

　　单一分析保护剂溶液：准确称取200mg各分析保护剂(精确至±0.1mg)，选用合适的溶剂溶解并定容至10mL，配制成质量浓度均为20000mg/L的单一分析保护剂溶液。种溶剂体系下的香味成分标准溶液：①溶剂标准溶液：采用乙腈׃二氯甲烷=2׃的混合溶剂配制一定浓度的香味成分标准溶液;移取1mL该标准溶液后，加入50μL如前的混合溶剂。②“溶剂+AP”标准溶液：采用乙腈׃二氯甲烷=2׃的溶剂配制一定浓度的香味成分标准溶液;移取1mL该标准溶液后，加入50μLAP溶液(20000mg/L)。

　　③烟草基质匹配标准溶液：采用烟草基质提取液为溶剂，配制一定浓度的香味成分标准溶液;移取1mL该标准溶液后，加入50μL如①中的混合溶剂。磷酸盐缓冲溶液：准确称取2.80g磷酸以及10.00g磷酸二氢钠，加入100mL超纯水，超声、搅拌至溶解，常温放置。色谱、质谱条件：色谱柱：DB‒5MSUI弹性石英毛细管色谱柱(60m×0.25mmi.d.×0.25μmd.f.);进样口温度：290℃;程序升温：40℃(3min)210℃290℃(10min);进样模式：不分流进样;不分流时间：1min;隔垫吹扫流速：3mL/min;载气：氦气(99.999%);恒流流速：1.5mL/min;进样量：0.5μL。电离模式：电子轰击(EI);电离能量：70eV;灯丝电流：35μA;离子源温度：230℃;四极杆温度：150℃;传输线温度：280℃;检测方式：选择离子监测(SIM)模式。

　　2结果与讨论

　　2.1分析保护剂的选择

　　通常，一种理想的分析保护剂(或组合)的选择需要考虑的主要因素有：①在溶液中和GC系统中与待测物不发生反应;②不干扰待测物的检测;③不影响GC系统和检测器的性能;④无毒、廉价且实用性高。本研究中初选了23种分析保护剂，主要包括类：①文献中常用的对敏感性化合物色谱峰有良好保护效果的种化合物(‒乙氧基‒1,2‒丙二醇、‒古洛糖酸γ‒内酯和‒山梨醇);②在烟叶中质量分数较高的部分化合物(果糖、葡萄糖、绿原酸、烟碱、草酸、苹果酸、柠檬酸、棕榈酸);③含不同碳原子数的二元及三元碳醇类化合物(1,2‒戊二醇、1,2‒己二醇、1,2‒庚二醇、1,2‒辛二醇、1,2‒壬二醇、1,2‒癸二醇、1,2,8‒辛三醇、1,2‒十二碳二醇、1,2,10‒癸三醇、1,2‒十四碳二醇、1,2‒十六碳二醇、3,7,11,15‒四甲基‒1,2,3‒十六碳三醇)。根据分析保护剂的溶解性，选择合适的有机溶剂配制成浓度为20000mg/L的单一分析保护剂溶液(配制溶剂见表)。由于‒古洛糖酸γ‒内酯和葡萄糖的极性较强，采用乙腈配制的同时引入了一定量水进行助溶。

　　2.2分析保护剂对香味成分色谱峰的影响

　　2.2.1香味成分基质效应考察

　　选择31种香味成分，种类包括醇、酚、醚、醛、酮、酯内酯、烷烃和含氮化合物等，沸点为162~360℃，覆盖了GC可测化合物的挥发性范围。为了便于基质效应考察以及分析保护剂效果评价，这31种香味成分在所选烟草样品中为未检出。对比了0.2mg/L各香味成分在乙腈׃二氯甲烷=2׃溶剂与烟草基质中的色谱峰，以峰高[23](己酸甲酯为内标进行校正，己酸甲酯基本不受基质效应影响)和对称因子为评价指标，考察其受基质效应的影响。

　　31种香味成分基质溶剂峰高比范围为0.99~8.27，在溶剂和烟草基质中的对称因子范围分别为0.96~6.52和0.90~1.52。其中，10种香味成分基本不受基质效应影响，基质溶剂峰高比小于1.20;21种香味成分受基质效应影响，基质溶剂峰高比大于1.20。特别地，有10种香味成分受基质效应影响比较明显，在溶剂中色谱峰较低，拖尾较严重;而在基质中峰形较好(基质溶剂峰高比大于，溶剂中对称因子大于1.9，基质中对称因子趋于)，分别为3,4‒二甲酚、大茴香醛、α‒甲基肉桂醛、δ‒壬内酯、β‒萘甲醚、异丁酸‒‒苯基丙酯、丙烯基乙基愈创木酚、δ‒十二内酯、苯乙酸对甲苯酯、δ‒十四内酯。

　　2.2.2单一分析保护剂对香味成分色谱峰的影响

　　以上述受基质效应影响(基质溶剂峰高比大于1.20)的21种香味成分为分析对象，采用峰高为评价指标[23]，考察在0.2mg/L香味成分标准溶液中加入1000mg/L单一AP后色谱峰的变化，并与烟草基质匹配标准溶液中的色谱峰进行对比。通常当待测物在基质中的响应与在溶剂中的响应相比超过定量方法要求的回收率上限时，认为有基质效应存在[23]。

　　GB/T27404—2008[24]中对于待测物回收率范围要求：当待测组分质量分数为0.1~1.0mg/kg时，回收率范围为80%~110%;当待测组分质量分数小于0.1mg/kg时，回收率范围为60%~120。综合考虑，本研究中以±20%作为判断基质效应补偿效果的标准，即当“溶剂+AP”标准溶液中香味成分色谱峰高大于溶剂标准溶液中峰高的20%及以上，认为AP对香味成分有一定的基质效应补偿效果;而达到基质中峰高的80%及以上，认为有比较显著的基质效应补偿效果。

　　23种单一化合物作为分析保护剂的基质效应补偿效果见表。‒乙氧基‒1,2‒丙二醇、‒古洛糖酸γ‒内酯和‒山梨醇为文献中常见的对敏感性化合物色谱峰有良好基质效应补偿效果的分析保护剂[2‒3]。本研究结果显示，‒乙氧基‒1,2‒丙二醇的保留时间为19.8min，对保留时间范围为28.345.5min的16种香味成分具有一定的基质效应补偿作用(受到基质效应影响的21种香味成分的保留时间范围为28.364.2min)，但并未显示出显著的补偿效果，‒乙氧基‒1,2‒丙二醇的加入不会干扰香味成分的测定。于1mL0.2mg/L香味成分标准溶液中加入50μL‒古洛糖酸γ‒内酯或‒山梨醇溶液后，溶液出现分层现象，‒古洛糖酸γ‒内酯和‒山梨醇极性较强，不适用于当前乙腈׃二氯甲烷=2׃的弱极性溶剂体系。

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　　3结论

　　①在乙腈׃二氯甲烷=2׃的弱极性溶剂体系下，于溶剂标准溶液中加入分析保护剂，改善了敏感性香味成分的色谱峰形，提高了峰强度。②通过优化分析保护剂种类、组合及组合浓度，找到了补偿烟草香味成分基质效应的分析保护剂组合苹果酸+1,2‒十四碳二醇(浓度均为1000mg/L)。③验证结果显示，加入所选分析保护剂组合后，各烟草香味成分标准曲线的线性得到了较大改善，其斜率及线性相关系数与烟草基质匹配标准曲线基本一致，基质效应补偿效果良好。

　　参考文献

　　[1]ErneyDR,GillespieAM,GilvydisDM,etal.Explanationofthematrixinducedchromatographicresponseenhancementoforganophosphoruspesticidesduringopentubularcolumngaschromatographywithsplitlessorhotoncolumninjectionandflamephotometricdetection[J].JournalofChromatographyA,1993,638(1):57‒63.

　　[2]AnastassiadesM,MaštovskáK,LehotaySJ.Evaluationofanalyteprotectantstoimprovegaschromatographicanalysisofpesticides[J].JournalofChromatographyA,2003,1015(1/2):163‒184.

　　[3]Maštovská,K,LehotaySJ,AnastassiadesM.CombinationofanalyteprotectantstoovercomematrixeffectsinroutineGCanalysisofpesticideresiduesinfoodmatrixes[J].AnalyticalChemistry,2005,77(24):8129‒8137.

　　作者：史天彩，潘立宁，王晓瑜，秦亚琼，郭琼，谢飞，谢复炜，刘惠民

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