烷基糖苷組成分析研究

梁 盟,王豐收,姚晨之

(1.中國日用化學工業研究院,山西太原030001;2.上海發凱化工有限公司,上海201505)

烷基糖苷組成分析研究

梁 盟1,王豐收2,姚晨之1

(1.中國日用化學工業研究院,山西太原030001;2.上海發凱化工有限公司,上海201505)

采用高效液相色譜法、氣相色譜法和液相色譜-電噴霧質譜法對烷基糖苷組成進行了分析。結果表明,氣相色譜法可以分離烷基單糖苷、二糖苷、三糖苷及四糖苷;高效液相色譜法可以將烷基單糖苷、烷基多糖苷分離,并計算烷基糖苷各組分的含量;液相色譜-電噴霧質譜法是分析烷基糖苷組成最有效的方法,既可以定性也可以定量。

烷基糖苷;高效液相色譜法;氣相色譜法;液相色譜-電噴霧質譜法

近20年來,烷基糖苷(APG)作為商品表面活性劑大規模生產,廣泛應用于工業和消費品。商品烷基糖苷是混合物,烷基單糖苷是烷基糖苷產品的主要組成成分,所占比例最高,一般超過50%,其它依次為烷基二糖苷到烷基七糖苷,可能還存在一些更高聚合度的烷基糖苷。一般常規方法檢測不到苷化程度在五以上的物質[1]。

為了適應烷基糖苷的發展,國內外研究者一直致力于尋求更簡便、快速、準確的分析方法。目前已經發展了一系列特定的實驗室常規檢測方法,尤其是色譜技術,如氣相色譜法(GC)、高效液相色譜法(HPLC)、液質聯用法(HPLC-ESI/MS)和薄層色譜法(TLC)等。色譜法是根據混合物的聚合度及烷鏈長度不同對烷基糖苷產物進行分離測定[2],可用于烷基糖苷原材料的鑒定、烷基糖苷生產質量的控制、配方產品中烷基糖苷的測定、環境基質中的痕量分析等[3]。

作者在此采用高效液相色譜法、氣相色譜法和液相色譜-電噴霧質譜法對烷基糖苷的組成進行了分析研究。

1 實驗

1.1 試劑與儀器

烷基糖苷樣品,上海發凱化工有限公司;甲醇,色譜純,天津科密歐化工有限公司;C8烷基單糖苷標準品、C10烷基單糖苷標準品,中國日用化學工業研究院。

電噴霧式檢測器,美國ESA;P230型高壓恒流泵,大連Elite;Dikma Diamonsil C18鍵合硅膠柱(250 mm×4.6 mm,5μm);AE200型分析天平,瑞士Mettler;GC-9A型氣相色譜儀、C-EIB微處理機,日本島津;6410型三重串聯四級桿液質聯用儀,美國安捷倫。

1.2 電噴霧質譜條件

ESI源,負離子掃描;電壓:300 e V;去溶劑化溫度:300℃;m/z掃描范圍:100～1000;溶劑:V(甲醇)∶V(水)=70∶30;流速:0.3 m L·min-1。

1.3 色譜條件

色譜柱:C18鍵合硅膠柱,柱溫25℃;檢測器:通高氮氣壓(35±1)psi,檢測范圍100 Pa,波峰過濾程度filter=none,增益范圍range=100 p A;流動相:甲醇-水,0.45μm微孔濾膜過濾,超聲脫氣20 min;流速1.00 m L·min-1;進樣量20μL;等度洗脫。

流動相1:V(甲醇)∶V(水)=80∶20(C12/14APG、C12/16APG)

流動相2:V(甲醇)∶V(水)=70∶30(C8/10APG、C8/14APG、C8/16APG)

1.4 C8烷基單糖苷、C10烷基單糖苷標準溶液的配制

分別稱取C8烷基單糖苷、C10烷基單糖苷標準品0.010 g,置于50 m L容量瓶中,用70%甲醇定容,配制成200 mg·L-1的C8/C10烷基單糖苷標準溶液。

1.5 烷基糖苷樣品溶液的配制

取一定量的烷基糖苷樣品,蒸干,稱取0.1 g置于100 m L容量瓶中,用流動相定容,搖勻使其溶解,進樣分析。

2 結果與討論

2.1 GC分析

烷基糖苷標準[4]附錄B規定了烷基糖苷的氣相色譜分析方法。標準中采用的氣相進樣口和色譜柱溫度均為350℃,采用面積歸一化法計算烷基糖苷各組分的含量,以確定其聚合度。圖1為C12/14APG的氣相色譜圖。

圖1 C12/14APG的氣相色譜Fig.1 GC Chromatogram of C12/14APG

由圖1可知,聚合度在4以內的烷基糖苷出峰較好,而聚合度在5以上的烷基糖苷均未出峰,且不同物質對檢測器的響應不同,因此不可采用面積歸一化法計算烷基糖苷各組分的含量,而采用校正因子的方法計算烷基糖苷各組分的含量比較準確。周卯星等[5]采用二十二烷為內標物,對十二烷基單糖苷的校正因子進行測定。由于很難得到烷基二糖苷、三糖苷、四糖苷的標準品,因此,通常以單糖苷的校正因子代替多糖苷的校正因子,對烷基糖苷樣品組分進行測定。

2.2 HPLC分析

C8、C10烷基單糖苷和C8/10APG的高效液相色譜見圖2。

通過比較圖2中單糖苷標準品和樣品中峰的保留時間可知,C8烷基單糖苷和多糖苷、C10烷基單糖苷和多糖苷能夠完全分離。液相色譜是通過聚合度及烷鏈長度進行分離的,烷鏈越長,極性越弱,保留時間越長;聚合度越高,極性越強,保留時間越短。

以甲醇-水作為流動相,考察了甲醇體積分數在60%～90%之間、流速在0.8～1.5 m L·min-1之間時烷基糖苷各組分峰型及保留時間的變化。結果表明,當V(甲醇)∶V(水)=80∶20時,C12/14APG和C12/16APG單糖苷與多糖苷可以清晰地分開,V(甲醇)∶V(水)=70∶30時,C8/10APG單糖苷與多糖苷分離較好。由于C8/14APG是C8/10APG與C12/14APG的混合物,C8/16APG是C8/10APG與C12/16APG的混合物,因此C8/14APG和C8/16APG的最佳流動相比例為V(甲醇)∶V(水)=70∶30。在此流動相比例下,烷基單糖苷與多糖苷分離清晰,但烷基二糖苷、三糖苷、四糖苷仍未能清晰地分開。由于電噴霧式檢測器具有信號響應一致性的特點,可以采用外標法或面積歸一化法對烷基單糖苷和多糖苷定量。

圖2 烷基單糖苷(a)和C8/10APG(b)的HPLC圖譜Fig.2 HPLC Chromatograms of monoglycosides(a)and C8/10APG sample(b)

按照面積歸一化法計算烷基糖苷樣品組成的高效液相色譜測定結果如表1所示。

表1 高效液相色譜法測定烷基糖苷樣品組成/%Tab.1 Components of alkyl polyglycoside samples determined by HPLC/%

從表1可知,幾種烷基糖苷樣品的單糖苷含量均超過50%,表明烷基糖苷活性成分含量高。

2.3 HPLC-ESI/MS分析

電噴霧質譜(ESI/MS)技術在20世紀90年代初興起,對鑒定難揮發甚至不揮發的熱不穩定的大分子化合物非常有效。在ESI離子化過程中,烷基糖苷很少產生碎片峰,只呈現試樣本身的分子離子峰,ESI/ MS可直接測定烷基糖苷樣品。實驗采用負離子模式對烷基糖苷進行分析,各組分主要以脫質子離子[MH]-形式被質譜檢測到。經過對ESI/MS譜圖的解析,對保留時間對應的質譜峰進行歸屬,從而對液相色譜圖中各個峰進行定性。

負離子模式下C12/14APG的電噴霧質譜(ESI/ MS)總離子流色譜圖見圖3。

m/z 347、509、671、833依次相差162,分別為C12烷基單糖苷、二糖苷、三糖苷、四糖苷的分子離子峰; m/z 375、537、699、861依次相差162,分別為C14烷基單糖苷、二糖苷、三糖苷、四糖苷的分子離子峰。由于烷基糖苷是混合物,出峰較多,因此選擇其中具有代表性的質譜圖進行分析。

圖3 負離子模式下C12/14APG的總離子流色譜Fig.3 HPLC-ESI/MS Total ion current chromatogram of C12/14APG in negative mode

保留時間為4.883 min、11.127 min、50.788 min對應的電噴霧質譜圖見圖4。

圖4 保留時間為4.883 min(a)、11.127 min(b)、50.788 min(c)的電噴霧質譜圖Fig.4 ESI/MS Spectra of eluate at retention time 4.883 min(a),11.127 min(b),50.788 min(c)

圖4a中m/z 833.50為C12烷基四糖苷的分子離子峰;圖4b中m/z 509.30和671.40對應的是C12烷基二糖苷和三糖苷的分子離子峰,說明二糖苷、三糖苷的色譜峰發生了重疊;圖4c中m/z 375.00為C14烷基單糖苷的分子離子峰。

對不同保留時間的質譜峰進行歸屬,進而判斷圖3中各個峰的組成為:1為C12烷基多糖苷,2為C12烷基單糖苷,3為C14烷基多糖苷,4、5為C14烷基單糖苷。

2.4 討論

(1)氣相色譜法是分析烷基糖苷組成比較成熟的方法,已經寫出國家標準。為確保聚合度高的物質能被氣化,氣相色譜法柱溫在400℃以上。為了防止樣品在高溫下分解,在進樣分析之前要將樣品硅烷化,使烷基糖苷中的羥基轉變成甲硅烷基醚[1]。氣相色譜技術的優點是分離效率高,可以將殘余脂肪醇、烷基單糖苷、二糖苷甚至聚合度更高的糖苷完全分離,缺點是需要對樣品進行硅烷化處理,且聚糖不出峰。

高效液相色譜法是分析烷基糖苷較為理想和有效的方法,該法操作簡單,不破壞樣品,直接進樣,分析時間短,所有物質均可出峰。缺點是只能將烷基單糖苷與多糖苷分開,而無法將聚合度不同的多糖苷完全分離開,分離效率不如氣相色譜法,但液相色譜法可以對烷基糖苷直接進行定量分析。

液質聯用技術是分析烷基糖苷最有效的方法,既可以對其定性也可以對其定量。但液相色譜-質譜儀價格昂貴,一般實驗室不具備條件,因此液質聯用技術不常用。

(2)實驗中氣相色譜使用的檢測器為FID(氫火焰離子檢測器),高效液相色譜法使用的檢測器為CAD(電噴霧檢測器),由于兩種檢測器原理不同,因此測定結果不同。氣相色譜法由于色譜柱和柱溫限制使得聚糖和一部分聚合度高的烷基糖苷未出峰,因此不能采取面積歸一化計算烷基糖苷各組分含量。液相色譜使用的CAD檢測器是將分析物質轉化成溶質顆粒,再與帶正電荷的氮氣顆粒相撞使電荷轉移到溶質顆粒上,溶質顆粒再將電荷轉移到收集器上,產生的信號電流與物質的含量成正比且響應一致。因此可以采用面積歸一化法計算烷基糖苷各組分含量。

(3)通過氣相色譜法、液相色譜法和液相色譜-電噴霧質譜法對烷基糖苷進行分析。按照目前烷基糖苷標準中的色譜條件測定烷基糖苷,發現聚合度在4以內的烷基糖苷出峰良好,而聚合度在5以上的烷基糖苷和聚糖無法出峰,因此氣相色譜用面積歸一化法無法計算烷基糖苷各組分含量,只能采用校正因子法;通過液相色譜分離烷基單糖苷與多糖苷,并用面積歸一化法計算出了烷基單糖苷和烷基多糖苷的含量;采用液相色譜-電噴霧質譜法對烷基糖苷進行定性分析,驗證了液相色譜各組分組成。

3 結論

采用高效液相色譜法、氣相色譜法和液相色譜-電噴霧質譜法對烷基糖苷組成進行分析。結果表明,氣相色譜法可以分離烷基單糖苷、二糖苷、三糖苷及四糖苷;高效液相色譜法可以將烷基單糖苷、烷基多糖苷分離,并計算烷基糖苷各組分的含量;液相色譜-電噴霧質譜法是分析烷基糖苷組成最有效的方法,既可以定性也可以定量。

[1] Karlheinz Hill,Wolfgang von Rybinski,Gerhard Stoll.Alkyl Polyglycosides-Technology,Properties and Applications[M]. New York:VCH,Weinheim,1997.

[2] 金欣,張淑芬,楊錦宗.烷基多苷高效液相色譜-電噴霧質譜行為的研究[J].質譜學報,2007,28(3):179-184.

[3] 海因里?！の譅柕禄舴?朱迪思·謝爾勒,邁克爾·施米特,著.蕭安民,譯.烷基聚葡糖苷的分析[J].日用化學品科學,1999, (5):9-10.

[4] GB/19464-2004,烷基糖苷[S].

[5] 周卯星,黃利群.烷基糖苷的氣相色譜分析[J].日用化學工業, 1991,(6):39-42.

Research on Composition Analysis of Alkyl Polyglycosides

LIANG Meng1,WANG Feng-shou2,YAO Chen-zhi1
(1.China Research Institute of Daily Chemical Industry,Taiyuan 030001,China; 2.Shanghai Fine Chemical Co.Ltd.,Shanghai 201505,China)

The components of alkyl polyglycosides(APG)are analyzed by high performance liquid chromatography(HPLC),gas chromatography(GC)and high performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry(HPLC-ESI/MS).It is proved that the peaks of monoglycosides,diglycosides,triglycosides,tetraglycosides can be separated completely by GC,the peaks of monoglycosides and polyglycosides can be separated completely by HPLC and the content of each component of APG can be obtained by area normalization method.HPLC-ESI/MSis the most efficient analysis method for APG because it can both qualification and quantification.

alkyl polyglycosides;HPLC;GC;HPLC-ESI/MS

O 657.7

A

1672-5425(2013)07-0088-04

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.07.024

2013-04-24

梁盟(1987-),女,陜西西安人,碩士研究生,研究方向:烷基糖苷組成分析,E-mail:aillance@163.com;通訊作者:姚晨之,正高職高級工程師,E-mail:13835158254@163.com。