（分析化学专业论文）同时蒸馏萃取法及其在烟草分析中的应用研究.pdf

同时蒸馏萃取法及其在烟草分析中的应用研究 s i m u i t a b e o u sd i s t i l l a t i o ne x t r a c t i o na n di t sa p p u c a t i o n si na n a l y s i so ft o b a c c o ) 摘要 同时蒸馏萃取( s i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o ne x t r a c t i o n ，s d e ) 是一种提取、 分离和富集试样中挥发性、半挥发性成分的较为新颖的方法。常作为g c 、g c m s 的前处理手段，广泛地应用于食品、烟草及香精香料中挥发性、半挥发性组分分 析。本文旨在优化同时蒸馏萃取条件，考察其稳定性情况及其在烟草分析的中应 用，为烟草指纹图谱的建立奠定基础。 第一章，通过文献调研，本文对常用的复杂样品前处理方法进展进行了综 述：包括水蒸气蒸馏，同时蒸馏萃取，超声溶剂萃取，固相微萃取，超临界萃取 等前处理技术。详细介绍了同时蒸馏萃取法的基本原理及影响萃取效率的主要因 素，总结了该试样预处理方法在食品分析、植物精油的提取及分析、烟草分析等 领域的应用情况。 第二章，通过与其他提取方法( 超声溶剂萃取和超声辅助同时蒸馏萃取) 的比较，选择同时蒸馏萃取为本论文的提取方法。着重研究了影响同时蒸馏萃取 提取效率的因素，包括萃取溶剂、萃取时间、样品量、加盐量等，考察了其重现 性，取得了比较满意的结果。 第三章，采用同时蒸馏萃取与气相色谱( g c ) 、气相色谱质谱联用仪 ( g c m s ) 相结合，对河南、云南、安徽、四川、重庆、贵州、湖北、湖南、 黑龙江、陕西等十种烟草中挥发性、半挥发性成分进行了分析。共鉴定出芳樟醇、 苯乙醇、巨豆三烯酮、十四酸、十六酸、亚油酸等1 4 8 种香味成分。 关键词：样品前处理；同时蒸馏萃取；挥发性组分；烟草分析 a b s t r a c t s i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o ne x t r a c t i o n ( s d e ) i san o v e ls a m p l ep r e p a r a t i o nm e t h o df o r e x t r a c t i n g 、i s o l a t i n ga n dc o n c e n t r a t i n gv o l a t i l ea n ds e m i v o l a t i l ec o m p o u n d si n c o m p l e xs a m p l e i ti so f t e nu s e da st h ep r e t r e a t m e n tm e t h o dp r i o rt og c o rg c - m s ， a n dw i d e l ya p p l i e di nt h ea n a l y s i so fv o l a t i l ec o m p o n e n t si nf o o d 、t o b a c c oa n df l a v o r s i nt h ep r e s e n ts t u d y , w eo p t i m i z e dt h ec o n d i t i o n so fs d e u n d e rt h eo p t i m u m o p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，w eg a i n e dt h es a t i s f a c t o r yr e p r o d u c i b i l i t y i na d d i t i o n , w e a p p l i e dt h ed e v e l o p e dm e t h o dt ot h ea n a l y s i so ft o b a c c of r o md i f f e r e n tl o c a t i o n ，a n di t m a ye s t a b l i s ht h ef o u n d a t i o nf o rt o b a c c of i n g e r p r i n t i n t h ef i r s t c h a p t e r , d i f f e r e n tp r e t r e a t m e n tm e t h o d sf o rc o m p l e xs a m p l ea r c r e v i e w e d ，i n c l u d i n g w a t e rs t r e a m e x t r a c t i o n ( w s e ) ，s i m u l t a n e o u s d i s t i l l a t i o n e x t r a c t i o n ( s d e ) ，u l t r a s o u n d - a s s i s t e d s o l v e n t e x t m c t i o n c o a s e ) ，s o l i d - p h a s e m i c r o e x t r a c t i o n ( s p m e ) a n ds u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ( s f e ) t h eb a s i cp r i n c i p l e a n dm a i nw o r k i n gp a r a m e t e r so fs i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o n - e x t r a c t i o n ( s d e ) w e r e i n t r o d u c e di nd e t a i l ，a n di t sa p p l i c a t i o n si nt h ef i e l do ff o o d , p l a n te s s e n t i a lo i l ， t o b a c c o ，a n ds oo na r es u m m a r i z e d i nt h es e c o n dc h a p t e r ,u l t r a s o u n d a s s i s t e ds o l v e n te x t r a c t i o n c o a s e )a n d s i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o ne x t r a c t i o n ( s d e ) w e r ec o m p a r e df o rt h e i re f f e c t i v e n e s si n t h ee x t r a c t i o no fv o l a t i l ec o m p o u n d sf r o mt o b a c c o t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts d e g a i n e d t h e h i g h e r e f f e c t i v e n e s s t h em a i n w o r k i n gp a r a m e t e r s ( s o l v e n t ， d i s t i l l a t i o n e x t r a c t i o nt i m e ，w e i g h to fs a m p l ea n ds a l t i n g - o u t ) o fs i m u l t a n e o u s d i s t i l l a t i o n - e x t r a c t i o n ( s d e ) w e r es t u d i e d u n d e rt h eo p t i m u mo p e r a t i n gc o n d i t i o n s ， s a t i s f a c t o r yr e p r o d u c i b i l i t yw a sa c h i e v e d i nt h e l i i dc h a p t e r , t h ev o l a t i l e so f t o b a c c o sf r o md i f f e r e n ts o u r c e ( y u n n a n ，h e n a n , a n h u i ，s i c h u n ，c h o n g q i n g ，s h a n x i ，g u i z h o n , h e i l o n g i i a n g ，h u h a n , h u b e i ，a n ds oo n ) a r ea n a l y z e db ys d e g c g c - m s i nt o t a l ，15 0c o m p o n e t sa r ei d e n t i f i e d ，s u c ha s l i n a l o o l ，p h e n y l e t h y l a l c o h o l ， m e g a s t i g m a t r i e n o n e ，t e t r a d e c a n o i c a c i d ， n - h e x a d e c a n o i ca c i d ，9 ，12 o c t a d e c a d i e n o i ca c i d ( z ，z ) 一，a n ds oo n k e yw o r d s ：s a m p l ep r e t r e a t m e n t ；s i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o ne x t r a c t i o n ；v o l a t i l e c o m p o u n d s ；t o b a c c oa n a l y s i s 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 靴论支储始拓花签字嗍为0 7 年月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 导师签名：呵均红 签字眺弘刁年厂月7 日签字嗍岬f 月夕日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 浙江大学硕士学位论文 电话： 邮编： 知识产权保护声明 本人郑重声明：我所提交答辩的学位论文，是本人在导师指导 下完成的成果，该成果属于浙江大学理学院化学系，受国家知识产 权法保护。在学期间与毕业后以任何形式公开发表论文或申请专利， 均需由导师作为通讯联系人，未经导师的书面许可，本人不得以任 何方式，以任何其它单位作全部和局部署名公布学位论文成果。本 人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名墨准旋 日期： 必0 7 年月7 日 第一章绪论 第一章绪论 摘要：本章对常用的复杂样品前处理方法进行了综述。详细介绍了同时蒸 馏萃取法的基本原理及影响萃取效率的主要因素，总结了该试样预处理方法在食 品分析、植物精油的提取及分析、烟草分析等领域的应用情况 1 1 、前言 食品、香精香料、卷烟等的特色口味或香气主要由其中所含有挥发性物质 所决定。一般地，这些挥发性物质的含量极微，而且组成很复杂。要对这些特 色产品的成分进行剖析，以便改进制作工艺，提高产品质量，首先必须要对试 样中挥发性组分进行提取、净化、浓缩等一系列前处理。目前，常用的前处理 方法主要有水蒸气蒸馏、同时蒸馏萃取、超声溶剂萃取、固相微萃取、超临界 萃取等。这些方法从样品中直接提取挥发性成分的基本原理主要基于以下两个 方面：( 1 ) 根据有关化合物挥发性，分离挥发性馏分的各种蒸馏方法；( 2 ) 根据挥 发性物质在提取剂中的溶解性，提取挥发性组分的各种萃取方法。本章将着重 介绍同时蒸馏萃取法，并对不同方法进行比较。以便人们根据各自的研究要求 选择合适的前处理方法。 1 2 同时蒸馏萃取法( s d e ) 同时蒸馏萃取( s i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o ne x t r a c t i o n ，s d e ) 是一种提取、 分离和富集试样中挥发性、半挥发性成分的较为新颖的方法，其特点是水蒸气 蒸馏与溶剂萃取二合为一，从而减少了实验步骤，缩短了分析时间，节省了萃 取溶剂，而且设备简单。s d e 常作为g c 、g c m s 的前处理手段，广泛地应用 于食品、烟草及香精香料中挥发性、半挥发性组分分析。 1 2 1s d e 的基本原理、装置和特点 s d e 是1 9 6 4 年由美国的l i k e n s 和n i c k e r s o n 发明的【1 】。其工作原理是含有 样品组分的水蒸汽和萃取溶剂蒸汽在一定的装置中充分混合，冷凝后两相充分接 触实现组分的相转移，且在反复循环中实现高效的萃取。其基本的实验装置如图 l ( a ) 所示。当用密度比水重的与水不互溶的有机溶剂( 如二氯甲烷) 作萃取溶 剂时，右边的烧瓶l 中盛有试样( 固体粉末或液体) 与水的混合液( 总体积5 0 7 0 0 m l ) ，左边的烧瓶2 内盛有萃取溶剂( 总体积1 0 1 0 0m l ) 。同时加热烧瓶1 和2 齑江大学硕士学位论文1 第一章绪论 至合适温度，使瓶内液体沸腾产生各自的蒸汽。夹带着组分的水蒸汽和萃取溶剂 的蒸汽分别沿导管3 和4 上升并进入冷凝器5 的上部，两股蒸汽充分混合后在冷 凝管表面逐渐被冷凝，同时形成相互充分接触的液膜。于是，在沿冷凝管下流的 过程中，冷凝的水相中的组分连续不断地被冷凝的有机溶剂所萃取，最后流入冷 凝管下方的u 形相分离器6 中后分层，密度小的水溶液在上层积聚并逐渐充满u 形管的右臂，而密度大的含有组分的有机溶剂在下层积聚并逐渐充满u 形管的 左臂。当在右臂积聚的水溶液液面达到并高出回流支管7 后，水溶液就自动回流 入烧瓶l ；同样，当在左臂积聚的有机溶剂液面达到并高出回流支管8 后，含组 分的有机溶剂自动回流入烧瓶2 。如此循环蒸馏、萃取，试样中的挥发性、半挥 发性组分逐步经水相转移入有机溶剂中。如果采用密度比水轻有机溶剂( 如乙 醚) ，则可将试样与水的混合物置于左侧的烧瓶2 、有机萃取溶剂置于系统右侧 的烧瓶l 即可。可见，s d e 将水汽蒸馏与溶剂萃取合二为一，通过连续、循环 的蒸馏、萃取过程，达到了提取、分离和浓缩易挥发组分的目的。 2 4 3 f w e q l c t c 。” 凡，。g c a )( b ) 图1 1 同时蒸馏萃取的基本装置和过程示意图 ( a ) 同时蒸馏萃取的基本装置示意图：l 与2 ，试样或萃取瓶：3 与4 ，蒸汽导 管；5 ，冷凝管；6 ，u 形相分离器：7 与8 ，导汽回流支管。( b ) 同时蒸馏萃取 过程示意图：图中各字母所代表的意义：r 蒸汽或冷凝液的流速；n 体积；c ， 分析物在非流体介质中的质量浓度；，分析物在流体介质中的质量浓度；l 温度；字母的下角标分别代表：w ，水；c ，萃取溶剂；v ，蒸汽相；c ，冷凝相； ，流失。 2 渐江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 9 8 3 年荷兰的r i j k s 等【2 】将s d e 的过程简化为图1 1 ( b ) 所示，首次提出 了s d e 萃取效率的理论模型。根据该模型，各组分的萃取率可表示为： e ：丝( ! 二! 1 2 二里! ! 二! ：2 l o o( 1 ) 么一召 热么每1 七一等。 其中，e 为萃取率；f 为萃取时间；v w , 。与。表示相分离器中冷凝的水和 萃取溶剂的体积，凡与r 表示相分离器中冷凝的水和萃取溶剂回流至各自瓶 中的流速，该流速取决于水和萃取溶剂的蒸馏速度以及冷凝的速度；彳项中的 k 在一定实验条件下为一常数，与某组分的活度系数( 1 0 0 0 c 时水中的溶解度 分析计算得到) 及在萃取温度( 即水蒸气的温度1 0 0 0 c ) 下该组分在水中的气 液两相间分配系数有关。在一定条件下，萃取过程中的水和溶剂的体积以及蒸 馏、冷凝时的流速是常数，因此( 1 ) 式表明，某组分的萃取效率是萃取时间 的函数，萃取时间越长，萃取效率越高。 但是聪j k s 等导出该理论模型时是基于如下假设： ( 1 ) 萃取过程只发生在冷凝管中冷凝后的液膜间，在相分离器中发生的 萃取忽略不计； ( 2 ) 组分在有机溶剂中的分配系数为无穷大( k ) ； ( 3 ) 在萃取溶剂瓶中不发生组分的再次蒸馏。 ( 4 ) 冷凝管中没有组分损失( 即日：0 ，c - f = o ) 。 事实上，组分在两相间的分配系数不一定都为无穷大、萃取溶剂瓶中各组 分也可能发生再次蒸馏，而且在相分离器中也可能继续发生萃取。p o l l i e n 等【3 】 针对上述假设中的欠合理性，对s d e 的过程进行必要的修正后，提出了一个更 为合理的组分萃取率的数学模型： e ：黑x 1 - e 一端鬻”】 k 圪k + 屯吒 1 ( 2 ) 式中e 为萃取率；| l 为萃取时间：、圪分别表示试样瓶中水溶液的体积 与萃取剂瓶中萃取剂的体积：凡、凡分别表示水蒸汽流速与萃取溶剂蒸汽流速； k 、分别表示组分在水与萃取溶剂的气液两相中的分配系数，该系数与组分 的挥发性有关；k 表示组分在萃取溶剂与水中的分配系数。( 2 ) 式表明s d e 新江大学顸士学位论文 3 第一章绪论 4 的萃取效率除了跟萃取时间有关外，还与组分在水中以及萃取溶剂中的挥发 性、分配系数以及蒸馏速度有关。p o l l i e n 等以吡啶为研究目标，二氯甲烷为萃 取溶剂，考察了该理论模型与实验测得值之间的相关性，结果表明，两者非常 吻合。与耻j l 【s 等导出的( 1 ) 式相比较，p o l l i e n 等的理论模型具有更广的指导 意义，不仅适用于易挥发、易萃取组分，对于低挥发性、不易被萃取的组分， 其实验结果与理论模型之间也具有很好的相关性。 相比于经典的水蒸汽蒸馏和液液萃取，s d e 融提取、蒸馏、萃取于一体， 显著地简化了整个试样预处理过程的操作，缩短了预处理的时间。s d e 对低沸 点的疏水性化合物具有很高的萃取效率，对高沸点的疏水性化合物的萃取效率 次之，而高沸点的水溶性成分萃取效率相对较低。因此，s d e 适合于复杂试样 中易挥发成分的提取、分离和浓缩。 同时蒸馏萃取也有自身的缺点，其主要缺点是萃取过程可能会导入原试样 中所没有的组分。除了由于在玻璃接口处涂抹高真空润滑油和在试样瓶中加入 抗泡沫剂所引入的污染( 如挥发性硅树脂化合物) 外1 4 】，在常压空气氛条件下 加热蒸馏，某些欠稳定组分有可能被空气中的氧所氧化或直接发生热分解反 应，生成了新的可萃取的化合物。例如，苯甲醛、萜烯、不饱和脂肪酸等在加 热条件下容易被氧气所氧化而变质；在温度较高的条件下，酯、氨基酸和蛋白 质、糖分别容易发生水解反应、美拉德反应、降解反应掣5 1 。 为了解决常压同时蒸馏萃取( a t m o s p h e r i cp r e s s u r es d e ，a s d e ) 时存在 的高温热氧化问题，人们提出了减压同时蒸馏萃取( v a c u u ms d e ，v s d e ) 技术 6 - 1 1 】。基本的思路即通过减压来降低水蒸气的蒸馏温度，进而减少或避免热不 稳定化合物的高温热反应。但存在的问题是连续的抽真空和某些溶剂的冷却困 难可能会造组分的损失，因此回收率问题成为v s d e 是否可行的关键。针对 这个问题人们在a s d e 的基础上，进行了一系列改进研究。1 9 7 7 年f l a t ha n d f o r r e y 等【1 2 j 在l i k e n sa n dn i c k e r s o n ( 1 9 6 4 ) 装置的基础上进行了改进，见图2 ( a b ) 。通过设计多层冷凝通道和螺旋型冷凝管路来增大冷凝面积，提高冷凝效率， 减少抽真空时造成的损失；通过调节蒸馏臂的位置和角度促进溶剂和水蒸气的 充分混合，提高萃取效率，进而提高回收率。并采用此装置对新鲜番木瓜中的 挥发性成分( 主成分芳樟醇) 进行了减压提取。以异辛烷为萃取溶剂，减压至 1 0 c m 汞柱( 对应的水沸腾温度5 2 ) 。实验结果表明，此装置可以在一定程 浙江大学硬士学位论文 第一章绪论 度上避免芳樟醇热氧化反应的发生，但效果欠佳。随后，s c h u l t z 等【1 3 】为考察 f l a t h 装置的回收率，将此装置与a s d e 进行了回收率比对，大多数组分取得 了相似的回收率。只有乙酸3 羟基己酯因减压下挥发性降低，回收率稍低。为 进一步降低蒸馏温度( 如室温) ，1 9 9 2 年m a i g n i a l 等【5 】对v s d e 做了进一步 改进，见图2 ( c ) 。增加了一个开关阀将系统封闭，使整个系统处于静态真空 中，避免连续抽真空造成的损失。而且可以达到比f l a t h 系统更高的真空度， 真正实现室温下蒸馏提取。值得注意的是在此真空条件下，f l a t h 装置中使用的 萃取溶剂( 环己烷等) 无法冷凝，必须选择沸点更高的庚烷、辛烷、甲苯等。 为验证此装置的可行性，m a i g n i a l 等将此装置与a s d e 进行了热不稳定化合物 乙酸芳樟酯定量回收的比对实验。采用v s d e 提取乙酸芳樟酯时，基本可以 定量回收，且不发生酯解。然而，采用a s d e 时，5 0 的乙酸芳樟酯酯解为游 离的醇。 ( a ) ( b ) ( c ) 图1 2同时蒸馏萃取装置图 ( a ) l i k e n s 等设计的同时蒸馏萃取装置；( b ) f l a t h 等设计的减压同时蒸馏萃取装置； ( c ) m a i g n i a l 等设计的减压同时蒸馏萃取装置 由于采用减压蒸馏技术，可以降低蒸馏温度，大大减少了发生氧化反应和 热分解反应的可能，提高了欠稳定组分的萃取效率。因此在某些方面得到了一 浙江大学硕士学位论文5 t。1 h。+。i|_上 第一章绪论 定的应用。p i c a r d i 等【1 4 l 为考察烹煮过程中蘑菇化学成分的变化，采用a s d e 来模拟烹煮蘑菇的过程，而采用v s d e 来提取新鲜蘑菇中的组分，通过两者 提取组分的对比发现，蒸馏1 5 m i n 后，在a - s d e 系统中多出1 辛烯3 酮。这 可能是蘑菇烹煮过程产生的热分解产物。但是与a s d e 相比，v s d e 的系统 复杂，而且在一定的真空下，低沸点组分和萃取溶剂( 如己烷、二氯甲烷等) 难以被冷凝，反而使萃取率下降。因此，v s d e 的应用受到一定的限制。 近年来，国内研究者回瑞华，侯冬岩等将微波辅助技术应用于s d e t l 5 , 1 6 。 微波加热是利用分子极化或离子导电效应直接对物质进行加热，因热效率高， 升温快速均匀，有利于极性和热不稳定化合物的提取，避免了长时间高温引起 的热分解，提高了萃取效率。 1 2 2 影响s d e 效率的实验条件 影响s d e 萃取效率的主要实验因素有萃取溶剂的种类和体积、蒸馏的温度、 循环蒸馏萃取的时间、以及盐析作用等。p o l l i e n 等【3 】利用式( 2 ) 的数学模型， 模拟考察了各因素对萃取效率的影响。结果表明，在一定实验条件下，组分在水 中的挥发性对萃取效率影响最大，易挥发性组分如丙酮极易被蒸馏、萃取，在1h 内即达到萃取平衡，但是有部分丙酮在萃取溶剂蒸汽中被再次蒸馏，因此萃取率 低于1 0 0 。而香兰素、2 ，5 d h f ( 2 ，5 二甲基4 羟基3 ( 2 h ) 呋喃等不易挥发的组 分，难以被萃取，萃取效率低。另外，随着分配系数、水蒸汽流速、溶剂蒸汽流 速的增加，萃取效率随之增加，但是当分配系数膨大于5 后，再增加艚，萃取效 率变化不大。实际的最佳条件可以通过实验优化。 1 2 2 1 萃取溶剂 对某一待测组分来说，萃取效率首先取决于该组分在有机相和水相中的分配 系数，而组分的分配系数与所使用的萃取溶剂种类直接相关。选择萃取溶剂应该 从溶剂的沸点、密度、极性等几方面考虑。在s d e 中常用的萃取溶剂有二氯甲烷 1 1 7 - 1 9 、正戊烷【1 5 2 0 1 、异戊烷【1 4 1 、三氯氟甲烷【1 4 1 、己烷【1 6 1 、乙醚【1 6 1 、1 ，l ，2 三氯三 氟乙烷【1 6 1 、氯仿【1 7 1 、乙酸乙酯【1 7 1 、甲基叔丁基醚【1 7 】等，其中最为常用的溶剂是 二氯甲烷。因为无论从对挥发性、半挥发性组分萃取效率还是溶剂本身的物理性 质( 如沸点、密度等) 看，二氯甲烷都是一种是较为理想的萃取溶剂【2 l - 2 4 1 。最 近，我们在对烟草试样分析的s d e 研究中，从萃取组分的多少和萃取效率的高低 两个方面比较了二氯甲烷、乙醚、正戊烷及正己烷四种萃取溶剂的萃取效果，实 6夤江大学硕士学位论文 第一章绪论 验结果表明，二氯甲烷的萃取效果最佳。 值得一提的是混合溶剂在s d e 中的使用。所谓的混合溶剂即两种或两种以上 的溶剂按一定的比例混合组成的。可以在一定程度上提高萃取分配比，进而提高 萃取效率。s d e 中常用的一种混合溶剂为正戊烷和乙醚的混合物2 5 婀。 溶剂的体积影响蒸馏速度，同时又决定了待测组分在萃取液中的最后浓度。 s d e 所用溶剂的体积一般在十至数十毫升之间。为了使萃取浓缩液中的组分浓度 能够满足后续色谱分离测定的需要，s d e 所得到的有机相收集液需要经过进一步 的浓缩。常用的浓缩方法有自然挥干法、旋转蒸发法、氮吹法、k d 浓缩法等。 相比较而言，k d 浓缩法具有定量精确、挥发损失小等优点，不失为一种值得推 广的方法。此外，g o d e f r o o t 掣2 7 】等对s d e 装置进行了较大的改进，采用微型管盛 装小体积的有机萃取溶剂，使试样中挥发性组分被萃取浓缩至1m l 的萃取溶剂 中，因此取得了很高的浓缩因子，萃取相无需进一步浓缩即可直接进行g c 分析。 1 2 2 2 循环蒸馏萃取的时间 由鼬j l 【s 和p o l l i e n 等报道的理论模型可知，循环萃取时间对萃取效率有较大的 影响，特别是对于那些极性较大和沸点较高的物质，为获得理想的萃取效率，柜 对较长的循环萃取时间是必要的。但是对于沸点较低的化合物如低碳烷烃等易挥 发化合物，循环萃取时间过长反而会使萃取率下降，可能是由于低沸点组分会随 萃取溶剂发生再次蒸馏，影响了对新蒸馏出组分的萃取。另外，随着循环萃取时 间的延长，一些不稳定化合物会发生严重的副反应，反而降低萃取效率。实际采 用的萃取时间一般在l 4 h 之n t l 8 2 0 1 ，需通过实验优化。 1 2 2 3 温度 在s d e 系统中，有三个温度会对萃取效率产生影响：即试样水溶液的蒸馏温 度、控制溶剂蒸馏速度的水浴温度以及冷凝温度。 首先，在保证样品中各组分不发生分解的前提下，试样与水的混合溶液的温 度越高，组分的蒸馏效率越高，尤其有利于低挥发性组分的萃取。但是，需要注 意的是，对于不稳定组分，升高温度更容易发生热解、氧化等副反应文献大多 将混合溶液的温度控制在水溶液的沸腾温度。 萃取溶剂的蒸馏速度由水浴温度所控制，温度越高，溶剂蒸馏速度快，在冷 凝管中有机相占的比例大，有利于提高萃取效率。对于二氯甲烷作萃取溶剂时， 文献报道的水浴温度大为4 0 - 6 0 c 【l 鸵1 1 。 新江大学项士学位论文7 第一章绪论 冷凝温度对萃取效率也有很大的影响。冷凝速度慢时，有利于冷凝后的两相 充分接触，有利于萃取。因此，冷凝速度不宜过快。但是，s d e 的系统是敞开体 系，如果冷却效率不高，会使水蒸汽、溶剂蒸汽逸出系统，造成组分的损失。 1 2 2 4 盐析作用 所谓盐析一般是指往试样与水的混合液中加入无机盐类使某些物质析出的 过程。b a r t s c h 等【1 6 1 利用盐析作用来降低挥发性组分的水溶性，提高了试样中一 些极性组分的萃取效率。我们在烟草分析中发现，当在试样与水的混合液中加 n a c i 至饱和状态，能明显提高萃取效率，尤其是高沸点组分( 如高级烷烃) 。但 是值得注意的是，盐浓度太高，会显著提高水溶液的沸点，引发一些热不稳定化 合物的分解。由此可见，盐析作用是s d e 中影响萃取效率的一个重要参数，实验 时需要综合考虑。 1 2 3s d e 的应用进展 1 2 3 1s d e 在食品分析中的应用 特征香气和独特风味是食品的重要食用品质之一。采用s d e 提取香味成分后 进行分析研究，可以确定食品的主体香味成分，并可为食品的质量控制、制作工 艺的改进奠定基础。自1 9 6 4 年l i e k e n s 和n i c k e r s o n 提出同时蒸馏萃取方法以来， 此方法在肉类陋2 8 。3 2 】、奶制品【3 3 - 3 6 1 、饮料1 8 ，3 7 - 3 9 1 、调味品【1o ，4 0 4 2 】以及各种水果【4 3 4 7 】 风味物质的生产和研究中得到了广泛的应用。 1 2 3 2s d e 在植物精油提取及分析中的应用 近年来人们对植物精油的研究越来越多，有些精油具有良好的医学功效 4 s 4 9 】、有些具有很高的营养价值5 9 击1 1 、还有些具有独特的香味【6 2 - 6 6 ) ，因此通过研 究植物精油的化学成分，可以为进一步开发利用植物资源提供科学依据。在提取 植物精油方面，s d e 与常规法比较，有较高的萃取效率，有机溶剂的用量少及挥 发油不需进行复杂的预处理，可直接进行g c m s 分析等优点【6 7 1 。倪元颖等【6 s , 6 9 考察t s d e 法提取大蒜油、洋葱精油等得率的因素，张正竹等【6 2 1 进行了茶叶香精 油的s d e 法提取效率分析，为同时蒸馏萃取法提取植物精油的工业化生产提供了 最佳工艺参数。 1 2 3 3s d e 在烟草分析中的应用 烟草的香味是人的生理感官对烟草香气和吃味的综合感受，是评价烟草品质 的主要内容，它与烟草的化学成分密切相关。烟用香精是烟草制品中一种重要的 s 浙江大学项士学位论文 第一章绪论 辅助材料，是卷烟特征吃味的重要组成部分。因此对烟草及烟用香精的香气成分 进行剖析，有利于对卷烟及香精的制作工艺进行质量监控，为改进卷烟的配方设 计提供参考依据。国内研究者李炎强、洗可法等【1 9 , 7 0 - 7 4 】在这方面做了大量的研究 工作。 表l 列出了同时蒸馏萃取的主要应用及相关文献。 表1 1 同时蒸馏萃取的应用 应 类对象主要萃取组分 用别参考 领文献 域 食水煮鸭、 醇类，醛类，酮类，酯类，烃类，呋喃类，吲哚，含硫化合 【2 5 、 口 盐水鸭 物等 口口 【3 2 】 分烤鸭 毗嗪，嘧啶，噻唑，苯乙醇 【2 5 】 析 肉 中国对虾 醇类，醛类，酮类，含氮杂环化合物，含硫化合物，碳氢 秀丽白虾 化合物，酚类和酯类 制 【3 l 】 日本昭虾 品 蒸煮鸡 羰基，芳香族，呋哺 【2 9 】 干烤火腿 醛酮类。脂肪烃类，醇类，酸类，呋喃类，含硫化合物，芳 烃，含氮化合物，酯类，酚类，萜烯类，醚 【3 0 】 腊肠 酚类，酸类，酯类，芳烃，醛酮，含硫化合物，醇类，萜 烯类，含氮化合物 【2 8 】 羊和牛初 低分子量直链和支链脂肪酸( c r 七1 6 ) 【3 3 、 乳、干酪 3 4 】 奶 奶酪 烷烃( 芳香烷烃：甲苯，l ，3 二甲苯：烷烃：c 1 4 c 1 6 烯烃c 1 6 ) ， 制 醇类( c 4 - c 9 ) ，醛酮类( 酮：c ，七1 2 ；醛c 5 一c 1 4 及芳香醛：苯乙 醛) ，酯类( 中长链酯：c 4 4 2 l b 酸酯，岛c 1 6 内酯) ，脂肪酸 【3 5 】 品 ( c 4 - c 1 4 ) ，酚类，氯仿 生面酪 脂肪睃( c 4 _ c 1 4 ) ，乙酯类( c 6 c 1 6 偶数碳酯) ，醛，醇，甲基 酮( c s - c l i ，奇数碳) ，正烷烃，芳香烃 【3 6 】 白酒 酯类( 异戊酸乙酯，乙酸己酯等) ，r 癸内酯，a 一松油醇，芳 酒 樟醇，苯甲醛，p 一紫罗( 兰) 酮 【8 】8 和 黄心桃汁 内酯类，醛类，酮类，酸类，酚类 【3 7 】 饮 干红山楂 醇类。醛酮类，酯类，烷烃，脂肪酸，内酯，杂环类，酚类 料 果酒 【3 8 】 枇杷酒 醇类，酯类，脂肪酸，醛类，内酯 【3 9 】 水天津红枣 饱和不饱和醛类，酮类，醇类，酸类，酯类，烃及萜烯类， 果 呋喃及内酯类 4 3 】 滇刺枣 醛类酸类，酯类吡嗪类，酮类，烷烃类，烯烃类 【4 4 1 齑江大学硬士学位论文 9 第一章绪论 南果梨 烃类( 烯烃为主) ，酯类，醇类，酮类，醛类 果心 4 5 】 杏果实 醇类，醛类，酮类，内酯类，酯类和酸类 【4 6 】 芒果 萜烯类。酯类，内酯类( 4 - 和5 - 羟基酸内酯) ，羰基化合物， 酸类，醇类，含硫和氮化合物 【4 7 】 滇韭 含硫化合物( 硫醚为主) ，醛类，酸类，醇类，酯类，酮类。 【4 8 】 烷烃类 中药半夏 烃类，酯类，醇类，酮类，杂环类 【4 9 】 元宝草叶 烃类，烯烃类，脂肪酸类，醇类 【5 0 】 和果实 黄柏果 单萜和倍半萜，酯类，醇类 【5 1 】 透骨草 萜类，醇类，醛类，酮类，酚类，酸类，含氧化合物 【5 2 】 罗勒 p - 芳样醇，对绵内基幂甲醚，j 于杳酚，桉树脑等主要为硒 【5 3 】 烯类 药 车前草 酮类，烷烃类，醇类，酚类，醚类，烯烃类 【5 4 】 用 日本黑松 醇类，醛类，烯烃类 【5 5 】 植 三七花 萜烯类及其含氧衍生物( 叶桉油烯醇等) 【5 6 】 物 松针 a - 罗勒烯，桧烯争石竹烯，p 杜松烯，a - 异松油烯，2 己 【5 7 】 醛，b 蒎烯 植 精 蜘蛛香 烯烃类，醇类，酯类，酸类，醚类 5 8 】 物 油 元妥村 醇类( 主要为3 ，7 - 二甲基1 ，6 - 辛二烯- 3 - 醇和3 ，7 二甲基 【5 9 】 2 ，6 辛二烯- 1 醇) ，萜类，醛酬类，烯烃类 精 紫背天葵 萜烯类及其含氧衍生物。还有醇、醛、链烯等化合物 【6 0 】 油 茎叶 提 亚麻籽 2 - 丁酮，甲摹肼，乙烯基苯，正十四烷，异丙基乙醇，烯丙 【6 l 】 取 基异硫氰酸酯。正己醛 及 八羽；寸日；( 1 i i 含硫化合物 【6 8 】 分 紫丁香花 紫丁香醛，丁香酚，青叶醇，苯甲醇 【6 2 】 析 与叶 茴香种子 面杳脑，草离脑，葑酮，腑否单酚，异内基苯，单硒 【6 3 】 香 和百里香 精 叶子： 肉豆蔻酸( 7 0 9 3 ) ，辛酸( 1 0 2 5 9 幻癸酸( 6 1 8 ) ，月桂酸 【6 4 】 香 扁竹根 ( 4 0 8 ) ，棕榈睃( 3 0 7 呦 料 茶叶 芳样孵，杳叶醇。琴甲醇2 本厶醇 【6 5 】 芥末膏 含硫化合物( 8 种) ，含氮化合物( 3 种) ，含氧化合物( 1 1 种) 【4 1 】 文旦果皮 柠檬烯( 5 0 1 7 ) 月桂烯( 2 7 0 6 ) ，氧化芳樟醇( 1 4 9 0 ) ，、 圆柚酮( 诺卡酮) ( 2 6 7 0 0 ) ，顺- 争罗勒烯( 1 o o o 0 ) ，小蒎烯 【6 6 】 精油 ( 0 8 0 ) ，瓦伦烯( o 4 6 ) ，橙花醛( o 4 2 ) 烟草 挥发性、半挥发性中性成分( 醛、酮、醇、内酯、烷烃等) ， 【2 2 、 酸性成分( 大于6 个碳的酸、游离及结合态脂肪酸( c 5 i i ) 【7 1 7 2 】 1 0 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 烟草及烟艾叶及其 l ，8 桉树脑，艾酮，艾醇，樟脑，龙脑，异龙脑，肛石竹烯， 【7 0 】 用香精分烟气粒相 斯巴醇，p 古芸烯 析物 烟用香精 醇类，酯类，酸类，醛类 【7 3 1 、 【7 4 】 其 农环境和生 有机氯杀虫剂和六氯苯 【7 5 】 他药物样品 残( 土壤、 留南瓜种 子、牛奶) 1 3 其他前处理技术 1 3 1 水蒸气蒸馏 水蒸气蒸馏法( w a t e rs t r e a md i s t i l l a t i o n ，w s d ) 主要利用水蒸气的携带能 力将组分提取出来，是一种传统的分析烟草及其它农作物中挥发性、半挥发性成 分的方法。李炎强等【2 2 1 利用w s d 法提取烟草中挥发性、半挥发性成分后进行 g c 和g c m s 分离鉴定，分析了2 0 种中性组分。该方法在分析农作物挥发性、 半挥发性成分时，较为稳定，但是其操作繁琐、费时，且溶剂消耗量较大，应用 受到了限制。随着同时蒸馏萃取( s d e ) 装置的问世，使得分析步骤得到简化， 前处理的工作量也明显减少，因此w s d 法的应用也逐渐被取代。但值得一提的 是其在高级脂肪酸提取方面的独特优势【7 6 1 。 1 3 2 超声溶剂萃取 超声溶剂萃取( u l t r a s o u n d a s s i s t e ds o l v e n te x t r a c t i o n ，u a s e ) 的理论依据 是超声波热学机理、超声波机械机制和空化作用【7 7 1 。利用超声振动能量可改变物 质组织结构、状态、功能或加速这些改变的过程。植物组织的细胞壁在超声的空 化作用下破裂，进而使细胞中可溶性成分更好地释放出来，并使溶剂分子渗透到 组织细胞中去。同时强大的超声冲击流能够有效地减小、消除溶剂与水相之间的 阻滞层，从而加大了传质速率【7 8 】。利用超声技术可以缩短提取时间、提高提取率， 并且无需加热，提高了热敏性生物碱的提取率且对其生理活性基本没有影响，溶 剂使用量相对较少，可以降低成本。影响超声溶剂萃取的主要因素有超声的强度、 超声的时间、溶剂的种类等1 7 9 1 。 储国海等f 删以二氯甲烷超声溶剂萃取提取烟草致香成分。用g c m s 进行了 齑江大学硕士学位论文1 1 第一章绪论 定性分析。鉴定出2 庚烯醛、糠醛、苯甲醛、5 甲基糠醛、藏红花醛、茄酮、2 ， 4 庚二烯醛、大马酮、烟酮、2 甲基丁酸、3 甲基戊酸、亚油酸、亚麻酸、新植 二烯等1 1 2 种致香成分。 1 3 3 固相微萃取 固相微萃取( s o l i d p h a s em i c r o e x t r a c t i o n ，s p m e ) 技术是p a w l i s z y n 于1 9 9 0 年提出来的【8 1 1 。是一种目前国内外广泛使用的样品预处理技术，该方法的特点是 简单快速、无需有机溶剂、基体干扰小，集采样、萃取、浓缩、进样于一体，并 且能直接于g c 或g c m s 分析仪联用。该技术的关键是一段长lc m 、直径为11 0 岬 的熔融石英纤维，其外壁涂有一层固定液，液膜的材料和厚度决定s p m e 的萃取 效率。影响s p m e 提取效果的主要因素有萃取纤维头、采样模式、萃取温度、萃 取时间等【8 2 】。 目前，该技术在国外已广泛应用于烟草制品中生物碱、挥发性香味成分的快 速分析中。s t a n f i l l 等f 8 3 】利用s p m e g c m s 分析技术对烟草中的烷基苯及其他香气 成分进行分析，建立了烟草中十二种致香成分的快速定性定量分析方法。国内刘 百战【8 4 , 8 5 1 、唐纲岭等8 6 1 应用s p m e 技术开展烟丝中的香味成分分析研究。罗丽莉 等【盯1 采用s p m e 富集，结合g c m s 分析，建立了卷烟主流烟气中的生物碱的快速 测定方法。林平等【黯1 人采用s p m e g c m s 法定性分析了香精中挥发性和半挥发 性成份，并探讨了不同纤维头取样、不同温度平衡样品等条件对分析检测结果的 影响。s p m e 对实验条件的依赖性大，特别是纤维萃取头使用一定时间后，由于 固定相的流失，吸附能力明显下降，影响实验结果的重复性，因此，在准确定量 分析方面尚需进一步探索研究。 1 3 4 超临界萃取 超临界萃取( s u p e r e d t i c a lf l u i de x t r a c t i o n ，s f e ) 是近3 0 年国内外得到较快 发展的一种新型萃取分离技术【8 9 1 。所谓的超临界萃取即利用物质在超临界状态附 近溶解力的巨大差异，来实现对不同组分的分离的【则。与传统的液液萃取相比， s f e 具有效率高、费时少、不使用或少使用有毒溶剂、萃取流体易与萃取物分离 等优点，因而日益受到化学工作者的重视。s f e 在食品、医药、石油、化工等领 域已有较大发展，目前，该技术在烟草成分分析方面也有一定的应用【9 3 1 。徐子 刚，郑琳【蚓详细地研究了温度、压力、夹带剂、c 0 2 流量等操作条件对超临界 浙江大学硬士学位论文 第一章绪论 c 0 2 萃取烟丝中挥发性、半挥发性成分的影响。但是其装置较复杂、一次性投入 及维护费用太高，不适于普遍推广。 1 4 几种预处理方法的比较 w s d 方法操作简单，但是步骤烦琐费时、费溶剂，与环境不友好，而且提 取效率相对较差，因此，应用上不是很广泛，逐步为同时蒸馏萃取所取代。超声 溶剂萃取无需加热，提高了热敏性生物碱的提