李添寶，吳 越

(湖南師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，中國(guó) 長(zhǎng)沙 410081)

GC-MS法分析比較尿素包合物及其濾液中各種脂肪酸甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

李添寶*，吳 越

(湖南師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，中國(guó) 長(zhǎng)沙 410081)

采用尿素包合法對(duì)混合脂肪酸甲酯進(jìn)行分離，利用 GC-MS-QP2010氣質(zhì)聯(lián)用儀,通過(guò)面積歸一化法分別測(cè)出尿素包合物及其濾液中各種脂肪酸甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得出：在尿素包合物中主要是飽和脂肪酸甲酯、油酸甲酯及少量的多價(jià)不飽和脂肪酸甲酯，而濾液中不飽和脂肪酸甲酯由原來(lái)的83.77%提高到99.7%．

不飽和脂肪酸甲酯；尿素包合法；尿素包合物

尿素包合法是一種分離脂肪酸或脂肪酸酯的常見(jiàn)方法，因其操作簡(jiǎn)單，設(shè)備原料要求低，能夠保持樣品的完整性，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中[1]．利用這種方法，可將飽和脂肪酸酯與不飽和脂肪酸酯分離開(kāi)，以提高不飽和脂肪酸酯的純度．

目前，對(duì)尿素法的工藝，如包合時(shí)間、溫度及原料比報(bào)道較多，且只對(duì)包合后濾液中脂肪酸甲酯的含量的變化進(jìn)行了分析研究，多數(shù)認(rèn)為尿素在結(jié)晶過(guò)程中只包合了飽和的脂肪酸甲酯[2]．而對(duì)固相尿素包合物中的脂肪酸甲酯的組成分析研究較少．本文通過(guò)氣質(zhì)聯(lián)用儀并采用面積歸一化法測(cè)出包合后的尿素包合物及其濾液中各種脂肪酸甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并且進(jìn)行了比較．

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

食用油(市場(chǎng)購(gòu)買)、尿素(AR、湖南師大化學(xué)試劑廠)、無(wú)水乙醇(AR、湖南師大化學(xué)試劑廠)、甲醇(湖南師大化學(xué)試劑廠)、無(wú)水Na2SO4(AR、上海山浦化工有限公司)、NaHSO4(自制)、石油醚(60～90 ℃、AR、國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)有限公司)、KOH(AR、國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)有限公司)、苯(AR、湖南師大化學(xué)試劑廠)．

GC-MS-QP2010氣質(zhì)聯(lián)用儀(日本島津公司)、電熱干燥箱(武漢市無(wú)線電元件廠)、恒溫磁力攪拌器(上海司樂(lè)儀器有限公司)、電子調(diào)溫電熱套(天津市泰斯特儀器有限公司)、自動(dòng)雙重純水蒸餾器(上海亞大技術(shù)玻璃公司)．

1.2 混合脂肪酸的提取

取食用油10 g于平底燒瓶中，加入0.4 mol/L KOH-CH3OH溶液；于60 ℃恒溫磁力攪拌器中攪拌回流1 h，至溶液澄清；待冷卻到室溫后加入NaHSO4溶液，調(diào)至pH為2～3；溶液分層，用分液漏斗分出上層油相．

1.3 混合脂肪酸甲酯化

將上層油相物轉(zhuǎn)移到三頸燒瓶中，加入2 g NaHSO4固體，少量水將其溶解，2 mL苯，20 mL甲醇；三頸瓶口分別裝上溫度計(jì)、分水器，磨口塞；然后將三頸瓶放置恒溫磁力攪拌器上加熱攪拌，保持反應(yīng)物微沸，加熱回流1 h，直到分水器中水液面不再上升即可；將生成物冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移到分液漏斗中，蒸餾水洗滌5～6次，石油醚萃取上層油相，用無(wú)水Na2SO4干燥，過(guò)濾后放入烘箱中烘干溶劑，得到混合脂肪酸甲酯；最后進(jìn)行氣質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)得到總離子圖．

1.4 尿素包合

稱取4 g尿素，溶解在40 mL乙醇中(乙醇稍過(guò)量，保證常溫下混合脂肪酸甲酯能夠全部溶解)，再加入1 g混合脂肪酸甲酯；在磁力攪拌器上60 ℃下攪拌回流0.5 h，溶液呈亮黃色澄清液，冷卻至室溫后放置在-20 ℃冰箱里冷凍；12 h后在該溫度下過(guò)濾，分別得到濾液和濾餅[3-4]．

1.5 尿素包合物中脂肪酸甲酯的提取

用石油醚浸泡尿素晶體，過(guò)濾，重復(fù)3次．再用石油醚浸泡過(guò)夜，直到尿素包合物表面沒(méi)有吸附濾液中的混合脂肪酸甲酯，將浸泡出來(lái)的溶液并入尿素濾液中；將處理后的尿素包合物加蒸餾水溶解，石油醚萃取，分液漏斗提取上層油狀物；無(wú)水Na2SO4干燥，過(guò)濾后放入烘箱中烘干溶劑得到尿素包合物中的混合脂肪酸甲酯．最后用氣質(zhì)聯(lián)用儀檢測(cè)[5]．

1.6 濾液中脂肪酸甲酯的提取

濾液中加入過(guò)量的蒸餾水，使濾液中未析出的尿素全部溶解[6]；再用石油醚萃取2～3次，分液漏斗提取上層油相；無(wú)水Na2SO4干燥，過(guò)濾后放入烘箱中烘干溶劑，得到濾液中混合脂肪酸甲酯，最后用氣質(zhì)聯(lián)用儀檢測(cè)．

1.7 脂肪酸甲酯的檢測(cè)

色譜柱：Rtx-Wax 彈性石英毛細(xì)管柱．程序升溫：柱溫：100 ℃．進(jìn)樣口溫度：250 ℃．程序升溫：初始溫度100 ℃保持1 min；以15 ℃/min升到175 ℃保持12 min；再以2 ℃/min升到245 ℃保持2 min．離子源溫度：250 ℃．進(jìn)樣量：0.5 μL．不分流．柱前壓：67.9 kPa．質(zhì)量范圍33～500 amu．溶劑切除時(shí)間3.5 min．

2 結(jié)果與討論

2.1 混合脂肪酸甲酯

圖1是將混合脂肪酸進(jìn)行甲酯化處理后，變?yōu)楦€(wěn)定、不易分解的混合脂肪酸甲酯的總離子圖．使用強(qiáng)極性色譜柱及程序升溫的方法能夠很好將混合脂肪酸甲酯與其同分異構(gòu)體分離，從總的色譜圖可見(jiàn)混合物主要有6個(gè)色譜峰．

圖1 混合脂肪酸甲酯氣相色譜圖Fig.1 Gas chromatogram of mixed fatty acid methyl esters

表1分別列取了1～6號(hào)的色譜峰，通過(guò)質(zhì)譜圖和譜庫(kù)檢索得到的6種脂肪酸甲酯，采用面積歸一化法定量．其中飽和脂肪酸甲酯占16.23%，分別為棕櫚酸甲酯13.97%、硬脂酸甲酯2.26%．不飽和脂肪酸甲酯總共占83.77%，其中棕櫚酸甲酯6.38%、油酸甲酯31.52%、亞油酸甲酯21.13%、亞麻酸甲酯24.74%．

表1 混合脂肪酸甲酯各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.2 尿素包合物中脂肪酸甲酯

對(duì)尿素包合物的提取要將尿素表面吸附的脂肪酸甲酯完全洗脫干凈，以免造成誤差，故用多次浸泡及浸泡過(guò)夜的方法以保證濾餅中提取出來(lái)的脂肪酸甲酯完全為尿素包合的產(chǎn)物．圖2是對(duì)尿素包合物進(jìn)行提取后的脂肪酸甲酯的色譜圖，與圖1對(duì)比，不飽和脂肪酸甲酯的比率明顯下降．

圖2 尿素包合物中脂肪酸甲酯氣相色譜圖Fig.2 Gas chromatogram of mixed fatty acid methyl esters in the urea clathrate

對(duì)圖2中的各個(gè)色譜峰進(jìn)行積分，得到表2，從表2數(shù)據(jù)分析可見(jiàn)，飽和脂肪酸甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原來(lái)的16.23%上升到24.90%，油酸甲酯由原來(lái)的31.52%提高到48%，以及包合了21.44%的多價(jià)不飽和脂肪酸甲酯．可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)尿素包合法一次分離后，在尿素包合物中大部分是飽和的脂肪酸甲酯和油酸甲酯，但亞油酸甲酯和亞麻酸甲酯也被包合．所以在尿素結(jié)晶過(guò)程中，不僅包合了直鏈的飽和脂肪酸甲酯，也包合了大量的油酸甲酯和少量的亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯，說(shuō)明尿素包合法對(duì)多價(jià)的脂肪酸甲酯的包合能力不夠強(qiáng)．

表2 尿素包合物中混合脂肪酸甲酯各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 濾液中脂肪酸甲酯

圖3是通過(guò)尿素包合法分離脂肪酸后的總離子圖，相比于圖1，1號(hào)及3號(hào)色譜峰基本消除，還殘有少量的2號(hào)和4號(hào)峰，亞油酸甲酯和亞麻酸甲酯占主要成分．

圖3 尿素濾液中混合脂肪酸甲酯氣相色譜圖Fig.3 Gas chromatogram of mixed fatty acid methyl esters in the urea filtrate

在濾液中，各組質(zhì)量分?jǐn)?shù)見(jiàn)表3，飽和脂肪酸甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到0.3%，同時(shí)，油酸甲酯也大幅度損失,由原來(lái)的31.52%降低到6.95%．不飽和脂肪酸甲酯由原來(lái)的83.77%升高到99.7%，其中亞油酸甲酯由原來(lái)的21.13%升高到37.41%，亞麻酸甲酯由原來(lái)的24.74%升高到48.22%．可以判定基本上除去了飽和脂肪酸甲酯．

表3 尿素濾液中混合脂肪酸各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)

圖4 尿素包合法分離后飽和脂肪酸甲酯和不飽和脂肪酸甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)比Fig.4 Contents of urea clathrate and urea filtrate

對(duì)比圖4可見(jiàn)，在尿素包合物固相中既有飽和脂肪酸甲酯，也有不飽和脂肪酸甲酯，但相對(duì)于原料本身，其中飽和脂肪酸甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有上升，不飽和脂肪酸甲酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有下降．而在尿素包合物的液相中飽和脂肪酸甲酯大幅下降，基本上已經(jīng)去除，而不飽和脂肪酸甲酯幾乎占100%[7]．

3 結(jié)論

用尿素包合法基本上可除去飽和脂肪酸甲酯，對(duì)不飽和脂肪酸甲酯的富集起到了良好的效果．對(duì)尿素包合物中組分的測(cè)定分析，可驗(yàn)證理論上尿素包合法各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化原因．尿素晶體先選擇飽和脂肪酸甲酯進(jìn)行包合，再選擇不飽和脂肪酸甲酯一一進(jìn)行包合，且雙鍵數(shù)目越多，包合越困難，根據(jù)該原理可對(duì)高價(jià)的脂肪酸及其酯類進(jìn)行富集[8]．但是，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該法對(duì)于尿素包合物中存在大量的油酸甲酯的包合選擇性不強(qiáng)，回收率較低，與多價(jià)不飽和脂肪酸甲酯的進(jìn)一步分離都還待進(jìn)一步的深入研究．

[1] 翁新楚, 董新偉, 任國(guó)譜. 尿包法在脂類分離技術(shù)中應(yīng)用[J]. 中國(guó)油脂, 1994,19(6):40-44.

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(編輯 楊春明)

Analysis and Comparison of the Fatty Acid Methyl Esters in the Urea Clathrate and Its Filtrate by GC-MS

LITian-bao*,WUYue

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Hunan Normal University, Changsha 410081, China )

Mixed fatty acid methyl esters were separated by urea adduct method. The contents of fatty acid methyl esters in the urea clathrate and its filtrate were measured by GC-MS-QP2010 gas chromatograph-mass spectrometer with area normalization method respectively.The result showed that fatty acid methyl esters in the urea clathrate are mainly saturated fatty acid methyl esters and methyl oleate, and a small amount of multivalent unsaturated fatty acid methyl esters,but the content of unsaturated fatty acid methyl esters in the filtrate is raised from 83.77% to 99.7%.

unsaturated methyl esters;urea adduct method; urea clathrate

2013-09-09

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21003043)

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,E-mail：ltbsir@yahoo.com.cn

O657.63

A

1000-2537(2014)05-0049-04