烷基糖苷组成分析研究

梁 盟,王丰收,姚晨之

(1.中国日用化学工业研究院,山西太原030001;2.上海发凯化工有限公司,上海201505)

烷基糖苷组成分析研究

梁 盟1,王丰收2,姚晨之1

(1.中国日用化学工业研究院,山西太原030001;2.上海发凯化工有限公司,上海201505)

采用高效液相色谱法、气相色谱法和液相色谱-电喷雾质谱法对烷基糖苷组成进行了分析。结果表明,气相色谱法可以分离烷基单糖苷、二糖苷、三糖苷及四糖苷;高效液相色谱法可以将烷基单糖苷、烷基多糖苷分离,并计算烷基糖苷各组分的含量;液相色谱-电喷雾质谱法是分析烷基糖苷组成最有效的方法,既可以定性也可以定量。

烷基糖苷;高效液相色谱法;气相色谱法;液相色谱-电喷雾质谱法

近20年来,烷基糖苷(APG)作为商品表面活性剂大规模生产,广泛应用于工业和消费品。商品烷基糖苷是混合物,烷基单糖苷是烷基糖苷产品的主要组成成分,所占比例最高,一般超过50%,其它依次为烷基二糖苷到烷基七糖苷,可能还存在一些更高聚合度的烷基糖苷。一般常规方法检测不到苷化程度在五以上的物质[1]。

为了适应烷基糖苷的发展,国内外研究者一直致力于寻求更简便、快速、准确的分析方法。目前已经发展了一系列特定的实验室常规检测方法,尤其是色谱技术,如气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、液质联用法(HPLC-ESI/MS)和薄层色谱法(TLC)等。色谱法是根据混合物的聚合度及烷链长度不同对烷基糖苷产物进行分离测定[2],可用于烷基糖苷原材料的鉴定、烷基糖苷生产质量的控制、配方产品中烷基糖苷的测定、环境基质中的痕量分析等[3]。

作者在此采用高效液相色谱法、气相色谱法和液相色谱-电喷雾质谱法对烷基糖苷的组成进行了分析研究。

1 实验

1.1 试剂与仪器

烷基糖苷样品,上海发凯化工有限公司;甲醇,色谱纯,天津科密欧化工有限公司;C8烷基单糖苷标准品、C10烷基单糖苷标准品,中国日用化学工业研究院。

电喷雾式检测器,美国ESA;P230型高压恒流泵,大连Elite;Dikma Diamonsil C18键合硅胶柱(250 mm×4.6 mm,5μm);AE200型分析天平,瑞士Mettler;GC-9A型气相色谱仪、C-EIB微处理机,日本岛津;6410型三重串联四级杆液质联用仪,美国安捷伦。

1.2 电喷雾质谱条件

ESI源,负离子扫描;电压:300 e V;去溶剂化温度:300℃;m/z扫描范围:100～1000;溶剂:V(甲醇)∶V(水)=70∶30;流速:0.3 m L·min-1。

1.3 色谱条件

色谱柱:C18键合硅胶柱,柱温25℃;检测器:通高氮气压(35±1)psi,检测范围100 Pa,波峰过滤程度filter=none,增益范围range=100 p A;流动相:甲醇-水,0.45μm微孔滤膜过滤,超声脱气20 min;流速1.00 m L·min-1;进样量20μL;等度洗脱。

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

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

1.4 C8烷基单糖苷、C10烷基单糖苷标准溶液的配制

分别称取C8烷基单糖苷、C10烷基单糖苷标准品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烷基单糖苷标准溶液。

1.5 烷基糖苷样品溶液的配制

取一定量的烷基糖苷样品,蒸干,称取0.1 g置于100 m L容量瓶中,用流动相定容,摇匀使其溶解,进样分析。

2 结果与讨论

2.1 GC分析

烷基糖苷标准[4]附录B规定了烷基糖苷的气相色谱分析方法。标准中采用的气相进样口和色谱柱温度均为350℃,采用面积归一化法计算烷基糖苷各组分的含量,以确定其聚合度。图1为C12/14APG的气相色谱图。

图1 C12/14APG的气相色谱Fig.1 GC Chromatogram of C12/14APG

由图1可知,聚合度在4以内的烷基糖苷出峰较好,而聚合度在5以上的烷基糖苷均未出峰,且不同物质对检测器的响应不同,因此不可采用面积归一化法计算烷基糖苷各组分的含量,而采用校正因子的方法计算烷基糖苷各组分的含量比较准确。周卯星等[5]采用二十二烷为内标物,对十二烷基单糖苷的校正因子进行测定。由于很难得到烷基二糖苷、三糖苷、四糖苷的标准品,因此,通常以单糖苷的校正因子代替多糖苷的校正因子,对烷基糖苷样品组分进行测定。

2.2 HPLC分析

C8、C10烷基单糖苷和C8/10APG的高效液相色谱见图2。

通过比较图2中单糖苷标准品和样品中峰的保留时间可知,C8烷基单糖苷和多糖苷、C10烷基单糖苷和多糖苷能够完全分离。液相色谱是通过聚合度及烷链长度进行分离的,烷链越长,极性越弱,保留时间越长;聚合度越高,极性越强,保留时间越短。

以甲醇-水作为流动相,考察了甲醇体积分数在60%～90%之间、流速在0.8～1.5 m L·min-1之间时烷基糖苷各组分峰型及保留时间的变化。结果表明,当V(甲醇)∶V(水)=80∶20时,C12/14APG和C12/16APG单糖苷与多糖苷可以清晰地分开,V(甲醇)∶V(水)=70∶30时,C8/10APG单糖苷与多糖苷分离较好。由于C8/14APG是C8/10APG与C12/14APG的混合物,C8/16APG是C8/10APG与C12/16APG的混合物,因此C8/14APG和C8/16APG的最佳流动相比例为V(甲醇)∶V(水)=70∶30。在此流动相比例下,烷基单糖苷与多糖苷分离清晰,但烷基二糖苷、三糖苷、四糖苷仍未能清晰地分开。由于电喷雾式检测器具有信号响应一致性的特点,可以采用外标法或面积归一化法对烷基单糖苷和多糖苷定量。

图2 烷基单糖苷(a)和C8/10APG(b)的HPLC图谱Fig.2 HPLC Chromatograms of monoglycosides(a)and C8/10APG sample(b)

按照面积归一化法计算烷基糖苷样品组成的高效液相色谱测定结果如表1所示。

表1 高效液相色谱法测定烷基糖苷样品组成/%Tab.1 Components of alkyl polyglycoside samples determined by HPLC/%

从表1可知,几种烷基糖苷样品的单糖苷含量均超过50%,表明烷基糖苷活性成分含量高。

2.3 HPLC-ESI/MS分析

电喷雾质谱(ESI/MS)技术在20世纪90年代初兴起,对鉴定难挥发甚至不挥发的热不稳定的大分子化合物非常有效。在ESI离子化过程中,烷基糖苷很少产生碎片峰,只呈现试样本身的分子离子峰,ESI/ MS可直接测定烷基糖苷样品。实验采用负离子模式对烷基糖苷进行分析,各组分主要以脱质子离子[MH]-形式被质谱检测到。经过对ESI/MS谱图的解析,对保留时间对应的质谱峰进行归属,从而对液相色谱图中各个峰进行定性。

负离子模式下C12/14APG的电喷雾质谱(ESI/ MS)总离子流色谱图见图3。

m/z 347、509、671、833依次相差162,分别为C12烷基单糖苷、二糖苷、三糖苷、四糖苷的分子离子峰; m/z 375、537、699、861依次相差162,分别为C14烷基单糖苷、二糖苷、三糖苷、四糖苷的分子离子峰。由于烷基糖苷是混合物,出峰较多,因此选择其中具有代表性的质谱图进行分析。

图3 负离子模式下C12/14APG的总离子流色谱Fig.3 HPLC-ESI/MS Total ion current chromatogram of C12/14APG in negative mode

保留时间为4.883 min、11.127 min、50.788 min对应的电喷雾质谱图见图4。

图4 保留时间为4.883 min(a)、11.127 min(b)、50.788 min(c)的电喷雾质谱图Fig.4 ESI/MS Spectra of eluate at retention time 4.883 min(a),11.127 min(b),50.788 min(c)

图4a中m/z 833.50为C12烷基四糖苷的分子离子峰;图4b中m/z 509.30和671.40对应的是C12烷基二糖苷和三糖苷的分子离子峰,说明二糖苷、三糖苷的色谱峰发生了重叠;图4c中m/z 375.00为C14烷基单糖苷的分子离子峰。

对不同保留时间的质谱峰进行归属,进而判断图3中各个峰的组成为:1为C12烷基多糖苷,2为C12烷基单糖苷,3为C14烷基多糖苷,4、5为C14烷基单糖苷。

2.4 讨论

(1)气相色谱法是分析烷基糖苷组成比较成熟的方法,已经写出国家标准。为确保聚合度高的物质能被气化,气相色谱法柱温在400℃以上。为了防止样品在高温下分解,在进样分析之前要将样品硅烷化,使烷基糖苷中的羟基转变成甲硅烷基醚[1]。气相色谱技术的优点是分离效率高,可以将残余脂肪醇、烷基单糖苷、二糖苷甚至聚合度更高的糖苷完全分离,缺点是需要对样品进行硅烷化处理,且聚糖不出峰。

高效液相色谱法是分析烷基糖苷较为理想和有效的方法,该法操作简单,不破坏样品,直接进样,分析时间短,所有物质均可出峰。缺点是只能将烷基单糖苷与多糖苷分开,而无法将聚合度不同的多糖苷完全分离开,分离效率不如气相色谱法,但液相色谱法可以对烷基糖苷直接进行定量分析。

液质联用技术是分析烷基糖苷最有效的方法,既可以对其定性也可以对其定量。但液相色谱-质谱仪价格昂贵,一般实验室不具备条件,因此液质联用技术不常用。

(2)实验中气相色谱使用的检测器为FID(氢火焰离子检测器),高效液相色谱法使用的检测器为CAD(电喷雾检测器),由于两种检测器原理不同,因此测定结果不同。气相色谱法由于色谱柱和柱温限制使得聚糖和一部分聚合度高的烷基糖苷未出峰,因此不能采取面积归一化计算烷基糖苷各组分含量。液相色谱使用的CAD检测器是将分析物质转化成溶质颗粒,再与带正电荷的氮气颗粒相撞使电荷转移到溶质颗粒上,溶质颗粒再将电荷转移到收集器上,产生的信号电流与物质的含量成正比且响应一致。因此可以采用面积归一化法计算烷基糖苷各组分含量。

(3)通过气相色谱法、液相色谱法和液相色谱-电喷雾质谱法对烷基糖苷进行分析。按照目前烷基糖苷标准中的色谱条件测定烷基糖苷,发现聚合度在4以内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无法出峰,因此气相色谱用面积归一化法无法计算烷基糖苷各组分含量,只能采用校正因子法;通过液相色谱分离烷基单糖苷与多糖苷,并用面积归一化法计算出了烷基单糖苷和烷基多糖苷的含量;采用液相色谱-电喷雾质谱法对烷基糖苷进行定性分析,验证了液相色谱各组分组成。

3 结论

采用高效液相色谱法、气相色谱法和液相色谱-电喷雾质谱法对烷基糖苷组成进行分析。结果表明,气相色谱法可以分离烷基单糖苷、二糖苷、三糖苷及四糖苷;高效液相色谱法可以将烷基单糖苷、烷基多糖苷分离,并计算烷基糖苷各组分的含量;液相色谱-电喷雾质谱法是分析烷基糖苷组成最有效的方法,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,张淑芬,杨锦宗.烷基多苷高效液相色谱-电喷雾质谱行为的研究[J].质谱学报,2007,28(3):179-184.

[3] 海因里希·沃尔德霍夫,朱迪思·谢尔勒,迈克尔·施米特,著.萧安民,译.烷基聚葡糖苷的分析[J].日用化学品科学,1999, (5):9-10.

[4] GB/19464-2004,烷基糖苷[S].

[5] 周卯星,黄利群.烷基糖苷的气相色谱分析[J].日用化学工业, 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,陕西西安人,硕士研究生,研究方向:烷基糖苷组成分析,E-mail:aillance@163.com;通讯作者:姚晨之,正高职高级工程师,E-mail:13835158254@163.com。