陳梓云，黃曉霞，姚婉清，彭夢俠

（嘉應(yīng)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015）

山蒼子精油是香料工業(yè)的重要原料，是合成維生素A、維生素E的中間體，是煙業(yè)香精的主要配料，其具有較強(qiáng)的抑菌功效，驅(qū)蟲效果顯著，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛[1]。山蒼子精油的主要成分是檸檬醛，造成山蒼子精油中檸檬醛含量差異的因素較多，如不同產(chǎn)地、提取工藝差異、企業(yè)摻假等?？焖?、簡便、準(zhǔn)確地檢測山蒼子精油中檸檬醛的含量，是推動(dòng)山蒼子精油市場良好發(fā)展的前提保障[2]。

目前，檢測山蒼子精油成分的方法是氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）[3-9]法。檢測時(shí)需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理，探索合適的色譜和質(zhì)譜條件，耗時(shí)較長，無法達(dá)到快速批量檢測的效果。近紅外光譜檢測技術(shù)具有簡便、快速、綠色的優(yōu)點(diǎn)，非常適合對(duì)大批量樣品進(jìn)行檢測，尚未見采用近紅外技術(shù)對(duì)山蒼子精油進(jìn)行檢測的報(bào)道[10-18]。

本文采用近紅外光譜（NIR）結(jié)合偏最小二乘法建立山蒼子精油中檸檬醛含量的定量分析模型，達(dá)到快速、批量地檢測山蒼子精油，判別精油品質(zhì)的目的。

1 儀器與試劑

1.1 儀器與軟件

GCMS-QP2010 Ultra型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津企業(yè)管理有限公司；Antaris II型傅立葉變換近紅外光譜儀，美國賽默飛世爾科技（中國）有限公司；TQ Analyst 9.0軟件、RESULT-Integration軟件、RESULTOperation軟件，美國賽默飛世爾科技公司。

1.2 試劑與樣品

丙酮，分析純，廣東光華科技股份有限公司；檸檬醛標(biāo)準(zhǔn)溶液，97%，上海麥克林生化科技有限公司（見表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 GC-MS分析用檸檬醛標(biāo)準(zhǔn)曲線

用丙酮作溶劑，配制系列檸檬醛標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度分別為0 mg/m3、0.2 mg/m3、0.4 mg/m3、0.5 mg/m3、0.6 mg/m3、0.8 mg/m3、1 mg/m3。以特征離子（檸檬醛）峰面積為橫坐標(biāo)，檸檬醛濃度為縱坐標(biāo)，繪制檸檬醛標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，并擬合出線性方程Y=7 916 073X+12 195.048 588，R2=0.998 729 1，R=0.999 364 4。標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，能夠用外標(biāo)法檢測山蒼子精油中檸檬醛的含量。

2.2 GC-MS分析條件

質(zhì)譜條件：電子轟擊（EI）離子源；電子能量70 eV；離子源溫度250℃；接口溫度150℃；電壓0.35 kV，質(zhì)量掃描范圍（m/z）30～400，間隔1 sec，掃描速度384，開始時(shí)間3.00 min，結(jié)束時(shí)間32.87 min，溶劑延遲3.0 min。數(shù)據(jù)處理軟件：GC-MS solution。

色譜條件：Rxi–5SilMS石英毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）；升溫程序：初始溫度0℃，以5℃/min升溫至100℃并保持5 min，再以3℃/min升溫至140℃，再以8℃/min升溫至240℃并保持10 min；分流比100.0，載氣（99.999%He）柱流量1.00 mL/min，吹掃流量2.0 mL/min，壓力73.0 kPa。

2.3 GC-MS測定山蒼子精油中檸檬醛的含量

采用分析純丙酮稀釋山蒼子精油樣品，稀釋至1 mg/m3，用制作標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的色譜和質(zhì)譜條件，測定12個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品，得到山蒼子精油中檸檬醛的含量。

2.4 山蒼子精油近紅外光譜的采集

測定條件：以空氣為背景，采用AntarisⅡ近紅外光譜儀的液體透射附件采樣，波數(shù)范圍10 000～4 000 cm-1，分辨率8 cm-1，掃描次數(shù)32次。

用1 000μL移液槍從精油樣品中移取800μL樣品，垂直加入透明玻璃試管，將玻璃試管擦凈后放入光譜儀進(jìn)樣器中，采集樣品的近紅外光譜圖。每種山蒼子精油樣品取5份，每份測3張譜圖，其中10張用于建模，5張用于外部驗(yàn)證。

用RESULT-Integration軟件、RESULT-Operation軟件（賽默飛世爾科技公司）對(duì)譜圖進(jìn)行基線校準(zhǔn)和吸光度數(shù)據(jù)處理。

2.5 山蒼子精油中檸檬醛含量的近紅外定量分析模型的建立

從采集的譜圖中，每一個(gè)樣品都取10張譜圖，平均譜圖數(shù)據(jù)，用TQ Analyst 9.0軟件，選擇其中的偏最小二乘法（PLS）建立定量分析模型。

2.6 定量分析模型的內(nèi)部、外部驗(yàn)證

在建立模型的12組譜圖里，各選取一張譜圖，作為內(nèi)部驗(yàn)證集，進(jìn)行內(nèi)部檢驗(yàn)，用其預(yù)測相關(guān)系數(shù)R與預(yù)測均方差RMSEP來評(píng)估定量分析模型。

除去建模已經(jīng)用掉的譜圖，每一個(gè)樣品剩下的5張譜圖，取平均譜圖，用于模型的外部驗(yàn)證。用GC-MS測定值（真實(shí)值）與預(yù)測值之間的相對(duì)誤差來評(píng)估模型。

選擇一個(gè)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，計(jì)算回收率，對(duì)模型進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 結(jié)果與討論

3.1 GC-MS測定結(jié)果

在優(yōu)化得到的GC-MS分析條件下，得到樣品中檸檬醛的含量，如表2（檸檬醛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為97%）。

表2 山蒼子精油中檸檬醛的含量

3.2 12種山蒼子精油樣品的近紅外光譜的對(duì)比

從每種樣品中隨機(jī)取10張譜圖，平均譜圖數(shù)據(jù)，把譜圖置于同一窗口，疊加的光譜圖如圖1。

圖1 12種樣品的近紅外光譜疊加圖Fig.1 Near infrared spectral superposition of 12 samples

由圖1可見，12種山蒼子精油的近紅外光譜圖形狀相似，樣品間的譜圖細(xì)微差異集中于4 500～6 250 cm-1和6 500～7 500 cm-1。直接通過近紅外譜圖，不能區(qū)分不同的山蒼子精油樣品，更不能得到山蒼子精油中檸檬醛的含量。

3.3 建立測定山蒼子精油中檸檬醛含量的定量分析模型

從12種樣品的近紅外光譜圖中，每一種樣品隨機(jī)取10張譜圖，用偏最小二乘法（PLS）建模。通過波長范圍和預(yù)處理的選擇，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，在4 474.04～4 759.46 cm-1光譜范圍內(nèi)，建模數(shù)據(jù)形式為無處理，建立的山蒼子精油定量分析模型最佳，模型的校正相關(guān)系數(shù)R值為0.999 0，校正均方差（RMSEC）為0.012 2，模型見圖2。

圖2 NIR計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的相關(guān)圖

3.4 定量分析模型的驗(yàn)證

3.4.1 內(nèi)部驗(yàn)證

從12種樣品的建模近紅外光譜圖中，每一種樣品隨機(jī)取1張譜圖，進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)證，結(jié)果如圖3。

圖3 NIR計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的相關(guān)圖（內(nèi)部檢驗(yàn)）

模型的交互驗(yàn)證相關(guān)系數(shù)R為0.998 8，預(yù)測均方差（RMSEP）為0.012 9，結(jié)果表明，模型性能穩(wěn)定，有良好的預(yù)測能力。

3.4.2 外部檢驗(yàn)

按照2.6進(jìn)行外部驗(yàn)證，用GC-MS測定值（真實(shí)值）與預(yù)測值之間的誤差來評(píng)估模型，結(jié)果見表3。

表3 樣品中檸檬醛的真實(shí)值與驗(yàn)證集樣品的預(yù)測值

結(jié)果顯示，預(yù)測值與真實(shí)值的絕對(duì)偏差最低為-1.9 mg/L，最高為2.2 mg/L，預(yù)測值與真實(shí)值的相對(duì)偏差最低為-1.36%，最高為1.84%，表明模型可以用于山蒼子精油中檸檬醛含量的檢測。

3.4.3 加標(biāo)回收

選取一種實(shí)驗(yàn)樣品分為兩組，其中一組采集其近紅外光譜3組；向另一組實(shí)驗(yàn)樣品中加入定量的檸檬醛標(biāo)準(zhǔn)品，混合均勻后采集其近紅外光譜3組，通過建立的定量分析模型計(jì)算濃度，計(jì)算回收率，結(jié)果見表4。

表4 模型加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表4可知，檸檬醛的平均回收率為96.11%，表明模型的穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度較高。

模型內(nèi)部驗(yàn)證、外部驗(yàn)證、加標(biāo)回收結(jié)果表明，模型能夠達(dá)到較高的預(yù)測精度，可以實(shí)際運(yùn)用于山蒼子精油中檸檬醛含量的檢測。

4 結(jié)論

以12種市售山蒼子精油為研究對(duì)象，以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS）測定結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，用近紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法建立山蒼子精油中檸檬醛含量的定量分析模型。采用液體透射模塊采集山蒼子精油的近紅外光譜圖，通過建模數(shù)據(jù)和光譜范圍的優(yōu)化，結(jié)果表明，在4 474.04～4 759.46 cm-1光譜范圍內(nèi)，建模數(shù)據(jù)形式為無處理，建立的山蒼子精油定量分析模型最佳，模型的校正相關(guān)系數(shù)R值為0.999 0，校正均方差（RM?SEC）為0.012 2。檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷玫剑Ｐ偷慕换ヲ?yàn)證相關(guān)系數(shù)R為0.998 8，交叉驗(yàn)證均方差（RMSECV）為0.058 7，預(yù)測均方差（RMSEP）為0.012 9，絕對(duì)偏差為-1.9～2.2 mg/L，相對(duì)偏差為-1.36%～1.84%，平均回收率為96.11%，近紅外光譜結(jié)合偏最小二乘法可以快速檢測山蒼子精油中檸檬醛的含量，模型準(zhǔn)確度高。