气相色谱-质谱法测定脂肪酸含量

魏永生;郑敏燕;梁云;耿薇

【摘 要】A method of GC MS for determination of 4 fatty acids, i. e. , palmitic acid, stcaric acid. oleic ucid and linoleic acid was proposed. The sample was derivatized with methanol in H2SO4 medium, and the derivalc was dissolved with ii-hexane. J&.W DB-WAX capillary colunm was used for GC separation and the full-scanning mode and selected ion monitoring mode were adopted in MS determination. I.inear relationships between wducs of peak area and mass concentration of 4 fatty acids were obtained in definite ranges, with limits of detection (3S/N) and lower limits of determination in ranges of 4. 42-- 22. 5 mg ·L^-1 and 14. 7 75. 0 mg ·L^-1. respectively. The proposed method was used in determination of fatty acids in intermediates and leftover in the process of preparation of mixed fatty acids.%提出了气相色谱-质谱法测定棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等4种脂肪酸含量的方法。脂肪酸样品与甲醇在硫酸介质中进行衍生化反应后的产物用正己烷定容。在气相色谱分离中用J＆WDB-WAX毛细管柱为固定相，在质谱分析中采用全扫描和选择离子监测模式。4种脂肪酸在一定的质量浓度范围内与峰面积呈线性关系，检出限（3S／N）和测定下限（10S／N）分别在4．42～22．5mg·L^-1和14．7～75．0mg·L^-1之间。方法已用于油脚制备混合脂肪酸过程中主要脂肪酸成分的测定。 【期刊名称】《理化检验-化学分册》 【年(卷),期】2012(048)012

【总页数】4页(P1474-1477)

【关键词】气相色谱-质谱法;油脚;脂肪酸 【作 者】魏永生;郑敏燕;梁云;耿薇

【作者单位】咸阳师范学院化学与化工学院,咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院,咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院,咸阳712000;咸阳师范学院化学与化工学院,咸阳712000 【正文语种】中 文 【中图分类】O657.3

油脚、皂脚是油脂精炼产生的大宗加工副产品，我国每年产生约120万t，油脚、皂脚一般含水、磷脂、中性油以及其它杂质，其中平均总脂肪酸的质量分数可达到30%～40%[1]。为了充分利用资源，可利用油脚、皂脚为原料，经过酸化、水解、蒸馏、分离等工序，制备混合脂肪酸作为其它工业原料[2]。在油脚中，脂肪酸通常以甘油酯或磷脂等结合态的形式存在，游离态含量很少，经过酸化、水解及以后的工序，则多以脂肪酸（游离态）的形式存在[3]。准确定量分析油脚制备混合脂肪油过程中各种脂肪酸的含量，对于生产工艺控制以及产品质量保证至关重要。 目前，文献中最常采用的脂肪酸分析方法是碱催化甲酯化衍生化－气相色谱－质谱法（GC－MS）或酸催化甲酯化－GC－MS[4]。多数文献都是在无脂肪酸标准品对照的情况下，通过峰面积归一化法进行定量[5－6]，其试验结果实际上只是代表了被测样品中脂肪酸部分的近似组成，并不等于各脂肪酸成分在被测样品中的含量。若要得到各脂肪酸在样品中的准确含量，必须有标准品进行对照分析。在气相色谱－质谱联用分析中，选择离子监测模式（SIM）是一种准确的定量分析方法[7]。

本工作详细研究了GCMS－SIM定量分析脂肪酸的试验方法及条件，并用于油脚制备混合脂肪油精制过程中各产物的分析，可为相关研究提供参考。 1 试验部分 1.1 仪器与试剂

GC－MS／QP 2010型气相色谱－质谱联用仪，CP 225型电子天平，DK 98－1型数显恒温水浴。

混合标准溶液：称取标准品棕榈酸4.35mg，硬脂酸4.11mg，油酸4.57mg，亚油酸5.73mg，混合后进行甲酯化衍生，以水定容至25mL。 正己烷、甲醇、硫酸均为分析纯。 1.2 仪器工作条件

气相色谱条件：J＆W DB－WAX弹性石英毛细管色谱柱（30m×0.25mm，0.25μm）；载气为氦气（纯度99.999%）；程序升温：柱初始温度180℃，保温2min；以5℃·min－1速率升至240℃，保温5min；进样口温度260℃，柱流量1mL·min－1，分流比100比1；进样量1μL。

质谱条件：电子轰击离子源（EI），电子能量70eV，电子倍增器电压1.22kV，质量扫描范围m／z29～400，离子源温度200℃，GC－MS接口温度230℃，溶剂峰切除时间1.5min，质谱检测起测时间2.0min。质谱图计算机检索数据库NIST 147。 1.3 试验方法

1.3.1 脂肪酸甲酯化衍生化方法

称取脂肪酸样品33～55mg于25mL比色管中，加入硫酸－甲醇（1＋99）溶液2.0mL，加塞，聚四氟乙烯生料带封口，于70℃水浴加热60min。冷却至室温、加正己烷10mL，振荡萃取脂肪酸甲酯至有机相。再加水至25mL，振荡，洗涤硫酸至水相。静置2h，吸取上层脂肪酸甲酯，按仪器工作条件进行测定。

1.3.2 脂肪酸定性分析

取样做气相色谱－质谱全扫描（Scan）分析，得Scan－TIC谱图；对谱图中每一个色谱峰的质谱信息，应用NIST 147数据库进行检索，通过与标准谱图对照以及质谱碎片峰的人工分析，确定每一个成分的化学结构。 1.3.3 脂肪酸定量分析

按照GC－MS－SIM定量的一般步骤，首先通过Scan－TIC谱图对各检测成分进行分组。油脚提油生产过程中各产品所含的脂肪酸主要为棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸，从Scan扫描结果看，根据SIM定量的一般原则，可以将4种游离脂肪酸分为2个SIM定量组。各化合物SIM定量特征离子根据其标准质谱图确定，每个化合物选取两个，分别为其基峰和母离子峰或接近母离子的丰度较高的峰。SIM定量参数见表1，以各脂肪酸标准品为对照，峰面积外标法定量。

表1 SIM定量参数Tab.1 Quantitative parameters of SIM化合物 保留时间／min特征离子／m／z棕榈酸 4.768 74，270硬脂酸 6.295 74，298油酸 6.508 55，2亚油酸 6.956 67，294 2 结果与讨论

2.1 脂肪酸甲酯化方法的选择

为了降低脂肪酸沸点、以利于色谱分析，通常都要对脂肪酸进行甲酯化衍生化预处理。常用的脂肪酸甲酯化方法主要有硫酸－甲醇酸催化法和氢氧化钾－甲醇碱催化法，这两种方法都具有快速、操作简便等优点。据文献[4]报道和试验，在温度不太高的条件下，氢氧化钾－甲醇碱催化法对游离态脂肪酸衍生化效果甚微，对结合态脂肪酸（如脂肪酸甘油酯等）衍生化效果较好；而硫酸－甲醇酸催化法对游离脂肪酸衍生化效果很好，对结合态脂肪酸效果较差。试验定量分析油脚经水解皂化后的脂肪酸（游离态），选用硫酸－甲醇酸催化法。 2.2 脂肪酸定性分析结果

按试验方法分别对油脚制取混合脂肪酸过程中的中间产物粗脂肪酸、精制产品以及植物沥青进行GC－MS－Scan扫描，总离子流图见图1。

由图1可知：粗脂肪酸、精制产品以及植物沥青中的主要脂肪酸成分为棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸，此外还含有少量或微量的11－十八碳烯酸、11，14－十八碳二烯酸、9，12，15－十八碳三烯酸、二十烷酸、二十碳单烯酸、二十二烷酸以及二十二碳单烯酸等。定性及峰面积归一化法半定量分析结果见表2。 2.3 标准曲线与检出限

图1 各样品GC－MS扫描总离子流图Fig.1 TIC chromatograms of GC－MS scanning of samples

表2 样品中脂肪酸组成定性分析结果Tab.2 Result of qualitative analysis of fatty acid in sample峰号 化合物 保留时间／min峰面积归一化比值／%粗脂肪酸 精制产品 植物沥青4.793 4.95 5.28 4.41 2 硬脂酸 6.319 2.96 3.29 4.63 3油酸 6.533 35.16 37.22 30.21 4 11－十八碳烯酸 6.591 1.10 1.71 2.65 5 亚油酸 6.976 51.14 48.86 38.83 6 11，14－十八碳二烯酸 7.078 1.16 1.69 2.42 7 9，12，15－十八碳三烯酸7.3 0.75 1.62 1.75 8 二十烷酸 8.330 0.68 0.33 2.36 9 9－二十碳单烯酸 8.593 0. － 3.09 10 二十二烷酸 10.745 0.41 － 3.22 11 13－二十二碳烯酸1 棕榈酸11.110 1.15 － 6.43

分别移取脂肪酸甲酯标准溶液0.5，1.0，2.0，4.0，7.0，10.0μL进样做GC－MS－SIM分析，以各化合物质量浓度ρ（g·L－1）的对数lnρ对各化合物定量离子色谱峰面积的对数lnA绘制标准曲线，各化合物的线性范围、线性回归方程和相关系数见表3。

移取各脂肪酸甲酯化标准溶液0.25μL，以正己烷稀释至10mL，制备平行试样11个，分别进行GC－MS－SIM 分析，方法的检出限（3S／N）、测定下限（10S／N）结果见表3。

2.4 精密度与回收试验

称取一定量的粗脂肪酸产品，分别加入一定量的棕榈酸、亚油酸标准品，按试验方法衍生化后进行测定，结果见表4。对粗脂肪酸产品平行测定7次，计算棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸的相对标准偏差分别为4.38%，3.42%，3.38%，3.52%。 表3 线性回归方程、相关系数、检出限与测定下限Tab.3 Linear regression equations，correlation coefficients，detection limits and lower limits of determination化合物 线性范围ρ／（g·L－1） 线性回归方程 相关系数 检出限ρ／（mg·L－1）测定下限ρ／（mg·L－1）棕榈酸 0.21～4.35 lnρ＝－16.4＋1.108 0lnA 0.999 4 4.42 14.7硬脂酸 0.20～4.11 lnρ＝－17.078＋1.107 6lnA 0.999 5 6.69 22.3油酸 0.22～4.57 lnρ＝－16.506＋1.083 5lnA 0.999 6 14.3 47.7亚油酸 0.28～5.73 lnρ＝－16.394＋1.080 1lnA 0.999 6 22.5 75.0 表4 回收试验结果（n＝3）Tab.4 Results of test for recovery样品 化合物 本底值m／mg添加量m／mg回收率／% 样品 化合物 本底值m／mg添加量m／mg回收率／%1棕榈酸 15.1 3.2 102 3 亚油酸11.2 5.7 104 2棕榈酸 13.2 6.3 106 亚油酸21.4 14.9 97.4亚油酸 19.8 12.6 98.9 4 棕榈酸6.8 6.6 104 3棕榈酸 16.3 4.1 103 亚油酸14.6 17.3 96.4亚油酸 17.4 13.8 95.6 5 棕榈酸8.9 8.4 94.7 2.5 样品分析

按试验方法分别对中间产物粗脂肪酸、精馏后的精制脂肪酸产品以及最后剩余的残渣植物沥青进行定量分析，结果见表5。

表5 样品中主要脂肪酸组成的定量分析结果Tab.5 Result of quantitative results of main fatty acids in samples测定值w／%样品棕榈酸 硬脂酸 油酸 亚油酸 其它脂肪酸 总量粗脂肪酸3.18 1.79 22.6 35.9 4.06 67.5精制产品 4.85 2.94 35.4 50.9 5.57 99.7植物沥青0.63 0.47 4.49 6.68 3.77 16.0

表5中的其它脂肪酸是指样品中含量甚少的11－十八碳烯酸、11，14－十八碳二

烯酸、9，12，15－十八碳三烯酸、二十烷酸、二十碳单烯酸、二十二烷酸以及二十二碳单烯酸等成分的总和。由于没有这些脂肪酸的标准样品，因此将这些小量成分的质量分数以亚油酸为标准，按Scan－TIC图中与亚油酸的峰面积比计算得到（其它脂肪酸质量分数＝其它脂肪酸峰面积总和／亚油酸峰面积×亚油酸质量分数）。

通过对比分析表2、表5数据可知：当样品中脂肪酸的纯度不高时，采用峰面积归一化法所得到的试验数据与SIM定量法差别极大；当样品为纯脂肪酸时，两种方法分析结果相差不大。这说明峰面积归一化法的测定结果不能作为样品中所含脂肪酸的质量分数，它只是代表了从样品中所提取的总脂肪酸的近似组成数据。而这一脂肪酸组成数据也可以通过SIM定量法的试验结果计算得到，所以GCMS－SIM定量法分析脂肪酸的组成结果更准确。

硫酸－甲醇酸催化法能够对游离态的脂肪酸进行比较完全的甲酯化衍生化，所得脂肪酸甲酯稳定，有利于GC分析。本工作所建立的气相色谱－质谱联用－选择离子监测定量分析模式，能够直接得到样品中主要脂肪酸的质量分数。样品回收率在96.4%～105.7%之间，相对标准偏差为3.38%～4.38%，分析方法可行。与大多数文献采用的峰面积归一化法半定量分析相比，本工作所建立方法能够得到样品中所含脂肪酸的准确质量分数。 参考文献：

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