陳梓云，黃曉霞，姚婉清，彭夢俠

（嘉應學院 化學與環(huán)境學院，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，其具有較強的抑菌功效，驅(qū)蟲效果顯著，應用領域廣泛[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?？焖佟⒑啽?、準確地檢測山蒼子精油中檸檬醛的含量，是推動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。檢測時需要對樣品進行前處理，探索合適的色譜和質(zhì)譜條件，耗時較長，無法達到快速批量檢測的效果。近紅外光譜檢測技術具有簡便、快速、綠色的優(yōu)點，非常適合對大批量樣品進行檢測，尚未見采用近紅外技術對山蒼子精油進行檢測的報道[10-18]。

本文采用近紅外光譜（NIR）結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；檸檬醛標準溶液，97%，上海麥克林生化科技有限公司（見表1）。

表1 實驗樣品

2 實驗方法

2.1 GC-MS分析用檸檬醛標準曲線

用丙酮作溶劑，配制系列檸檬醛標準溶液，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，檸檬醛濃度為縱坐標，繪制檸檬醛標準工作曲線，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。標準曲線線性關系良好，能夠用外標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，開始時間3.00 min，結束時間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，用制作標準曲線相同的色譜和質(zhì)譜條件，測定12個實驗樣品，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張用于外部驗證。

用RESULT-Integration軟件、RESULT-Operation軟件（賽默飛世爾科技公司）對譜圖進行基線校準和吸光度數(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)部驗證集，進行內(nèi)部檢驗，用其預測相關系數(shù)R與預測均方差RMSEP來評估定量分析模型。

除去建模已經(jīng)用掉的譜圖，每一個樣品剩下的5張譜圖，取平均譜圖，用于模型的外部驗證。用GC-MS測定值（真實值）與預測值之間的相對誤差來評估模型。

選擇一個樣品進行加標回收實驗，計算回收率，對模型進一步驗證。

3 結果與討論

3.1 GC-MS測定結果

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（檸檬醛標準溶液濃度為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比

從每種樣品中隨機取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，每一種樣品隨機取10張譜圖，用偏最小二乘法（PLS）建模。通過波長范圍和預處理的選擇，對模型進行優(yōu)化，結果表明，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計算值與標準值之間的相關圖

3.4 定量分析模型的驗證

3.4.1 內(nèi)部驗證

從12種樣品的建模近紅外光譜圖中，每一種樣品隨機取1張譜圖，進行內(nèi)部驗證，結果如圖3。

圖3 NIR計算值與標準值之間的相關圖（內(nèi)部檢驗）

模型的交互驗證相關系數(shù)R為0.998 8，預測均方差（RMSEP）為0.012 9，結果表明，模型性能穩(wěn)定，有良好的預測能力。

3.4.2 外部檢驗

按照2.6進行外部驗證，用GC-MS測定值（真實值）與預測值之間的誤差來評估模型，結果見表3。

表3 樣品中檸檬醛的真實值與驗證集樣品的預測值

結果顯示，預測值與真實值的絕對偏差最低為-1.9 mg/L，最高為2.2 mg/L，預測值與真實值的相對偏差最低為-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 加標回收

選取一種實驗樣品分為兩組，其中一組采集其近紅外光譜3組；向另一組實驗樣品中加入定量的檸檬醛標準品，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算濃度，計算回收率，結果見表4。

表4 模型加標回收實驗結果

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，準確度較高。

模型內(nèi)部驗證、外部驗證、加標回收結果表明，模型能夠達到較高的預測精度，可以實際運用于山蒼子精油中檸檬醛含量的檢測。

4 結論

以12種市售山蒼子精油為研究對象，以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術（GC-MS）測定結果為標準，用近紅外光譜結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，模型的校正相關系數(shù)R值為0.999 0，校正均方差（RM?SEC）為0.012 2。檢驗模型得到，模型的交互驗證相關系數(shù)R為0.998 8，交叉驗證均方差（RMSECV）為0.058 7，預測均方差（RMSEP）為0.012 9，絕對偏差為-1.9～2.2 mg/L，相對偏差為-1.36%～1.84%，平均回收率為96.11%，近紅外光譜結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，模型準確度高。