低聚甘油气相色谱检测方法的研究进展

付尽国，杨承鸿，李淑红

（广东科贸职业学院 食品与生物工程学院，广东广州 510430）

聚甘油是两个或多个甘油分子间的羟基经脱水后生成醚键的多元醇，是重要的精细化工产品及合成中间体，广泛应用于日化、食品、医药、生物材料等行业。低聚甘油主要由二聚甘油和三聚甘油组成，同时还有一定量残留的游离甘油，其定性定量分析方法的建立对于评价低聚甘油产品的质量和指导生产工艺改进尤为重要。低聚甘油的分析方法有很多，如薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、超临界流体色谱法、凝胶渗透色谱法和气（液）质联用法等。其中，由于气相色谱仪价格相对便宜，保养和使用成本低，且分离度和检测灵敏度高，操作简便，成为测定低聚甘油组成的常用方法之一。因此，本文对低聚甘油气相色谱检测方法进行了归纳总结。

甘油分子的3个羟基（2个伯羟基，1个仲羟基，伯羟基反应活性高于仲羟基）都可以发生反应。甘油脱水聚合时连接羟基的位置不同可形成多种结构，如直链、支链和环状等，如图1所示。因此，低聚甘油实际上是各种结构二聚甘油、三聚甘油的混合物。

图1 直链、支链和环状二聚甘油、三聚甘油的分子结构式

1 国外研究进展

国外对利用气相色谱法测定低聚甘油的组成研究较早。DE MEULENAER等[1]采用气相色谱-氢火焰离子化检测器对低聚甘油的组成进行测定。固定相为 OV-1 CP sil 5 CB WCOT（25 m×0.25 mm，0.25 μm），流动相：氦气0.6 mL/min，氢气和氧气的流速分别为1 mL/min和10 mL/min，分流比为1∶100，进样口温度250 ℃，检测器温度340 ℃，进样量1～2 μL，升温程序：100 ℃下保持1 min，然后以10 ℃/min的速率升温至290 ℃保持10 min。出峰顺序为：甘油、环状二聚甘油、支链二聚甘油、直链二聚甘油、环状三聚甘油、支链二聚甘油、直链三聚甘油、四聚甘油和五聚甘油。

RAMIREZ等[2]采用气相色谱-氢火焰离子化检测器对低聚甘油的组成进行测定，色谱柱为毛细管HT5柱，样品经过硅烷化处理后进样检测。

AYOUB等[3]采用带有毛细管极性柱DB-HT5的气相色谱仪对低聚甘油的组成进行测定。甘油的保留时间为2～4 min，二聚甘油（按β,β-二聚甘油、α,β-二聚甘油、α,α-二聚甘油的出峰顺序）的保留时间为8～9 min，三聚甘油的保留时间为12～ 14 min。

GUERRERO-URBANEJA等[4]将约80 mg的聚甘油溶于干燥的吡啶中，然后加入N,O-双(三甲基硅基)三氟乙酰胺（BSTFA），再将该溶液在60 ℃下陈化1 h。衍生后的样品通过气相色谱-氢火焰离子化检测器进行分析，色谱柱为毛细管石英熔融TBR-14柱。保留时间在20～22 min的组分为环状二聚甘油；保留时间在22～23 min的组分为直链和支链二聚甘油，如α,α-二聚甘油、α,β-二聚甘油、β,β-二聚甘油；保留时间在30～31 min的组分为三聚甘油。

GHOLAMI等[5]采用气相色谱-氢火焰离子化检测器对低聚甘油的组成进行测定，样品需经过硅烷化处理。色谱柱为毛细管聚乙二醇柱（15 m×0.32 mm，0.10 μm），甘油、二聚甘油和三聚甘油的保留时间分别为3.205 min、8.632 min和13.104 min。同时，二聚甘油的3种同分异构体也可以分离，按β,β-二聚甘油、α,β-二聚甘油、α,α-二聚甘油的顺序出峰。

PÉREZ-BARRADO等[6]采用气相色谱-氢火焰离子化检测器对低聚甘油的组成进行测定，自动进样器温度为240 ℃，检测器为340 ℃，色谱柱为毛细管柱HT5，以1 ℃/min的速率从100 ℃升温至290 ℃。样品硅烷衍生化所使用的试剂为：六甲基二硅氮烷（HMDS）、三甲基氯硅烷（TMCS）和吡啶（3∶1∶9），用内标法进行计算。

KIRBY等[7]采用气相色谱-氢火焰离子化检测器对低聚甘油的组成进行测定，样品经过硅烷化处理，硅烷化试剂为HMDS和TMCS。色谱柱为VF-ms毛细管柱，以10 ℃/min的速率从60 ℃升温至260 ℃，保持5 min，再以20 ℃/min的速率升温至300 ℃，保持5 min。采用10～60 mg甘油、环状二聚甘油、二聚甘油标准品进行校正。

BARROS等[8]采用气相色谱-氢火焰离子化检测器对低聚甘油的组成进行测定，所用的硅烷化试剂为BSTFA。色谱柱为CP-Sil 5CB柱（100%二甲基聚硅氧烷，25 m×0.25 mm，0.25 μm），以1 ℃/min的速率从80 ℃升到100 ℃，然后以25 ℃/min的速率升温至300 ℃，保持5 min，进样器温度为250 ℃，检测器温度为280 ℃。吡啶的保留时间为2 min，甘油的保留时间为20.5 min，环状化合物的保留时间23.5～24.0 min，二聚甘油的保留时间为25.0～25.5 min，三聚甘油的保留时间为27～28 min。

GALY等[9]采用气相色谱-氢火焰离子化检测器对低聚甘油的组成进行测定，所使用的硅烷化试剂为N,O-双(三甲基甲硅烷基)乙酰胺（BSA）。色谱柱为Alltech AT HT，检测器温度为300 ℃，进样器为340 ℃，氮气流量为1 mL/min， 150 ℃下保持2 min，然后以15 ℃/min的速率升温至350 ℃，保持4.67 min。β,β-二聚甘油的保留时间为4.9 min，α,β-二聚甘油的保留时间为5.1 min，α,α-二聚甘油的保留时间为5.3 min，β,α-β,β-三聚甘油的保留时间为7.6 min，α,α-α,α-三聚甘油的保留时间为8.2 min。出峰顺序由二聚甘油和三聚甘油中伯羟基的数量所决定，伯羟基数量越多，保留时间越短。

SANGKHUM等[10]采用气相色谱-氢火焰离子化检测器对低聚甘油的组成进行测定，所使用的硅烷化试剂为N-甲基-N-（三甲基硅烷基）三氟乙酰胺（MSTFA），十一酸甲酯作为内标物。色谱柱为DB-5ht毛细管柱（15 m×0.32 mm，0.10 μm）。甘油保留时间为6.791 min，十一酸甲酯保留时间为8.268 min，二聚甘油保留时间约为12 min，三聚甘油保留时间为16～17 min。

2 国内研究进展

国内在低聚甘油气相色谱检测方法的研究上起步较晚，但随着食品、日化和医药等领域对低聚甘油产品的需求不断增长，生产厂家在产品质量控制及合成工艺改进方面的要求不断提高，使得低聚甘油气相色谱检测方法成为研究热点。

肖伊莎[11]用气相色谱-氢火焰离子化检测器分析经过120 ℃和210 ℃下二级分子蒸馏分离纯化的产物中低聚甘油的组成。色谱柱为ATTM-Wax毛细管柱（15 m×0.32 mm，0.25 μm），载气：高纯氮气，进样口温度：280 ℃，分流比为20∶1，检测器温度：280 ℃，升温程序：以60 ℃/min的速率由100 ℃升温至165 ℃保持5 min，以60 ℃/min的速率升温至230 ℃保持3 min，以10 ℃/min的速率升温至240 ℃保持1 min，以10 ℃/min的速率升温至250 ℃保持1 min，以10 ℃/min的速率升温至260 ℃保持2 min；甘油、直链二聚甘油和直链三聚甘油，保留时间分别为2.495 min、9.822 min、11.229 min。

王辉等[12]建立了气相色谱-串联质谱法对药用甘油中二聚甘油醚进行定性、定量分析。色谱柱：Rxi-5ms（30.0 m×0.25 mm，0.25 μm），载气为高纯氦气，恒流速1.23 mL/min；进样口温度200 ℃，升温程序：起始温度为100 ℃，保持4 min，然后以50℃/min的速度升至120 ℃，保持10 min，接着以50℃/min的速度升至200 ℃，保持6 min；不分流模式进样。质谱条件：离子源温度为200 ℃，溶剂延迟时间3 min，EI电离源，扫描范围：35～300 amu。直链和环状二聚甘油的保留时间分别为18.430 min、18.685 min和18.830 min，其含量按面积归一法进行计算。

《食品安全国家标准 食品添加剂 聚甘油蓖麻醇酸酯（PGPR）》（GB 1886.95—2015）[13]中用氢氧化钾乙醇溶液皂化样品中的聚甘油酯类，经萃取除去脂肪酸。将多元醇转化为三甲硅烷基衍生物，用气相色谱法测定聚甘油酯类中的多元醇。检测器为火焰离子化检测器，色谱柱填充物为载有3%二甲基硅氧烷（OV-1）的120～150 μm硅藻土载体（Diatomite CQ）或120～150 μm经二甲基二氯硅氧烷处理的酸和碱醇洗的白色硅藻土载体（Gaschrom Q）。色谱柱尺寸为（1.5 m×4 mm），柱温90～330 ℃，以4～6 ℃/min的速度程序升温。进样温度为275 ℃，检测器温度为350 ℃，氮气流量为86 mL/min，进样体积为2.0 μL。出峰顺序为：甘油、环状双甘油类、双甘油类、环状三甘油类、三甘油类。聚甘油（二聚、三聚和四聚）的质量分数通过对应组分峰面积占所有组分峰面积来计算。

3 结语

综上所述，关于低聚甘油气相色谱检测方法国内外尚未得到统一，但可以得到以下几点结论。

（1）直链、支链和环状二聚甘油的出峰顺序既可以通过气质联用进行定性分析，也可以根据低聚甘油分子中伯羟基数量所决定（主要是由于在硅烷衍生化过程中伯羟基较仲羟基更容易发生反应）。由于三聚甘油的同分异构体结构更加复杂，使得对其分离更为困难。

（2）大部分研究人员采用色谱柱为毛细管柱，检测器为氢火焰离子化检测器，程序升温过程设置不同，造成出峰时间不同，三聚甘油保留时间从8.2 min到30.0 min不等。

（3）低聚甘油气相色谱的定量方法中既有采用峰面积归一化法，也有采用内标法和外标法。这主要是由于在制备二聚甘油、三聚甘油过程中的反应不可控性，各种结构低聚甘油的商业化标准品的缺乏，使得低聚甘油的定性和定量分析进展缓慢。

（4）通过有机合成方法、新型催化剂或分离技术制备特定结构的低聚甘油标准品，以及采用多种分析手段相结合，将成为低聚甘油定性定量分析未来的研究方向。