[科普中国]-气象色谱-嗅味计

近年来，尽管GC-FID、GC-MS、GC×GC-TOFMS等仪器由于其高的分辨率及强的分离能力近年来在分离定性、定量气味气体方面得到了广泛的应用。然而它们也存在一定的局限性。FID和MS均是质量型的检测器，它们在色谱图上显示的是响应度高的物质，但很多致香物质在混合物中存在的浓度极低，只是由于它们本身具有很低的香气阈值和较大的香比强值，才显示出很强烈的气味。相反，能在FID和MS色谱图上显示出很高浓度的物质可能是非致香物或致香性极弱的物质。因此，FID和MS色谱图并不能很好地显示物质的香气轮廓。人类的鼻子是一种具有高选择性和高灵敏度的检测器，在进行芳香性检测时是一种很好的检测器。

气相色谱一嗅味计(Gaschromatographyolfactometry，GC-O)是将气相色谱的分离能力和人类嗅觉的特殊的敏感性和选择性相结合，将嗅觉和仪器检测结合起来的分析技术。GC-O在20世纪60年代首次研制成功。一个GC-O系统由色谱部分和人体部分组成。色谱部分包括采样、提取、分离和挥发性物质的仪器检测，人体部分集中于挥发性物质的主观检测、质量、强度和挥发性物质随时间的变化情况。

原理GC-O分析中的设备分类两部分，气相色谱和嗅觉检测器。GC-O分析的基本原理是在气相色谱柱末端安装分流口，分流口由惰性材料组成且对香气化合物无吸附作用，密封性要好；将经GC毛细管柱分离后得到的流出组分按一定的分流比分流到检测器(如氢火焰离子检测器FID或质谱MS)和嗅探口。嗅探口通常是圆锥形的，由玻璃或者聚四氟乙烯制成。加热传输线是为了防止被分析物在毛细管壁上凝结。将湿润的空气加入到流出组分中，可防止评估人员的鼻黏膜脱水。将经过前处理的样品注入到在连有气味检测仪的色谱柱中，通过FID或MS检测器检测样品的化学组成，而嗅辨员则坐在气味仪的出口处，记录在气体流出物中所闻到的香气，定性地描述香气信息以及香气的强度，同时获得样品的化学组成和气味特征信息。需要注意的是，在用GC-O进行研究之前需要对多名嗅辨员(sniffer)进行训练以消除个体阈值差异和最大程度的降低因为个别嗅觉缺失而造成的问题。1

检测方法为了更好地收集和处理GC-O数据．评价单个香味物质对样品整体香气的贡献大小，使结果更具重复性和可靠性，研究人员在过去的几十年间，开发了很多先进的检测技术对香味进行强度分析。常用的GC-O检测方法有时间-强度法、强度法、稀释法及检测频率法。

稀释法稀释法是将气味萃取物进行稀释后，分别进行GC-O进样分析，直到嗅闻口闻不到气味为止。样品的最终稀释倍数，与该物质在空气中的气味活性值及它的浓度有关。在稀释分析方法中有两个主要的类别：气体提取物稀释分析(aroma extractiondilution analysis，AEDA)和魅力分析(charm analysis)。AEDA和魅力分析通过逐渐稀释提取物直至挥发性物质不能被仪器测出以确定单个挥发性物质的效力。AEDA使用稀释因素(FD值)，即最初提取物中挥发物的浓度与最终被仪器测得的挥发物浓度之比，来确定挥发性物质的效力。AEDA法获得的气味数据是FD值(Y轴)和Kovats指数(x轴)间的曲线。在同一原则基础上，魅力分析确定挥发性物质的效力并将其表述为魅力值(C)。在概念上，魅力值是在特定保留指标下提取的呈味组分的总值与同一混合物中组分的阈值之比，它根据公式c=d-1计算，在这里n是对应反应数，d是稀释因子。魅力分析与察觉气味所需的时间有关，这是魅力分析法与AEDA法的区别。魅力分析获得的气味数据是魅力值(Y轴)和保留指标(x轴)间的曲线。效力指数、FD值和魅力值都是基于一个假设，假设低阈值的挥发性复合物在超过阈值的水平时会显著加强气味。然而，这种情况常常并不真实，因为在高于阈值的范围，挥发物效力是由Stevens功效函数的指数确定的，而此指数随挥发物的不同而不同。

时间一强度法认识到稀释法的缺点，Mina McDaniel博士，俄勒冈州大学感官实验室的指导者和她的同事发展了一种叫OSEM(time-intensity rating method)的时间一强度等级法。OSEM仅用一种典型提取物，受试者必须从第一感觉的挥发性的强度一直注意到浓香的消散，然后描述香气。时间一强度法是根据嗅闻的气味强度评价各种物质对味道贡献大小的一种监测方法。它对嗅辨员的要求较高，它不仅可以用于关键气味活性组分的筛选，还可以对气味物质进行定量分析。对于有经验的嗅辨员来说，只需要一次进样分析就可以获得很好的结果。这个方法需高度训练去完成和直接地使用16点的强度等级评估。因为从OSME得到的是自然的时间一强度，时间一强度曲线的许多参数，如峰高度、持续时问、峰面积都能用来呈现挥发性物质的特性。另外，与时间一强度法不同的是手语法(finger span method)。手语法与OSME的区别在于评级程序。手语法使用交叉匹配，叫做手语范围。OSME直接从16点等级中得到。时间一强度法的好处是能获得食物的感官分析完全的色谱；缺点是在结果被深刻解释之前，需要训练和复杂的数据处理。时问一强度法已经被证明是可靠的，而且获得的数据比AEDA更精确。

强度测定法(intensity-rating)这种方法在嗅气之后立即完成，所以它被称做滞后强度测定(posterior intensity-rating)技术。强度测定法获得的数据和由时间一强度法测得的峰值相似，但没有响应时间。这些技术是时间一强度法的缩短形式，这种技术有着和时间一强度同样的优缺点。但是，用滞后技术的评估任务比时间一强度法简单。

频率检测法频率检测法是最简单的GC-O分析方法，该方法需要大量的嗅辨员。将同一个不经稀释的样品不断重复分析多次，统计每种气味成分出现的频率，绘制保留指数为横坐标，检测频率为纵坐标的检测频率一气味谱图，检测频率数越大的化合物，对气味的贡献也就越大，该方法具有快速、对嗅辩员要求低等特点。

频率检测法和全面嗅觉分析法都没有像时间一强度和强度测定法那样需要用直接测量技术，也不需要用连续稀释技术。这种方法提供一种典型的提取物让受试者(至少9人)闻其挥发物，然后由受试者描述出挥发物的组成成分。正确检测气味的受试者的人数作为检测频率记录下来，用以代表挥发物的强度。这种方法比其他方法快速，但它不像时间一强度和强度测定法一样反应出精确强度，同样也不能测出挥发物的阈值浓度。当挥发物能被多个受试者正确识别时，这种方法就不适用了；挥发物的浓度刚好在阈值水平之上时也不适用。另一方法是基于受试者识别能力的响应间隔法，不记录正确识别的频数，而是记录挥发物被检出的持续时间。当挥发物的出峰值不对称或者比较扁平时这种方法将受到影响，此法依靠于色谱条件而不是挥发物真正的物理学性质。

GC-O的分析结果与分析物的分离方法以及定量方法、检测方法有关。具体的监测方法可以根据实验目的、嗅辨员的经验水平及分析计划所需要的时间等因素来选择。

应用范围气相色谱一嗅味计是将GC的分离能力与人类鼻子的灵敏性结合起来，可对气味活性成分进行有效分析的方法。由于人鼻通常比任何物理检测器更为敏感。GC-O在气味分析方面具有强大的检测能力。因为拥有GC-MS所不具有的优点，使它在食品工业、化妆品行业、烟草行业、包装行业、环境分析行业、化学工业及刑侦检测等行业都有广泛的应用。2GC-O可以直接鉴定出混合性挥发性物中的某种致香物质。应该注意的是，虽然GC-O可以判断某种挥发性成分是否具有致香性，但GC-O却不能提供这些致香相性物质相互作用的信息。也有研究使用全二维气相色谱一嗅觉测量法(GC×GC-O)来分析气味活性物质的工作，可以更全面地检测出气味活性物质。3

食品风味分析食品中有些风味物质含量很低，任何检测器很难检测到，食品中还有些组分在气相检测中组分很高，但无风味贡献，GC-O可以方便地检测到这些微量物质和对风味影响显着的物质，为调香师提供有价值的参考数据。例如，GC-O的应用可以显着提高食品“风味模拟”的逼真度。

包装材料异味分析高分子材料在聚合过程和一系列的成型加工过程中所添加的各种催化剂、改性剂、有机溶剂及高分子本身热降解、老化分解都有可能产生异味，其形成原因和过程非常复杂，其化学描述也异常困难。借助GC-O对混合物成份的微小调整来区别气味的变化，可极大改善对异味分析的进程和精确度。

香料香精分析天然香料的提取物经传统化学检测器分析总是保留有未检测到的微量关键组分，这就造成化学人工合成的香料与天然香料之间存在明显差别。通过GC-O对天然香料的微量成份进行分析和记录，可以更真实地人工还原天然香料的自然香味，从而使高质量人工合成香料成为可能。通过含有这种技术手段的高级应用，欧美公司已成功复制了世界上80%天然香料。

烟草分析通过GC-MS分析，烟草的有效成份鉴别已达到700～800种，但在烟草口味及香型的苛刻需求面前，仍显不足。辅以GC-O分析，可以对烟草中气味物质进行更细致的分析和组合，进一步提高烟草产品的口味质量。

环境分析GC-O可以捕捉到轻微受污染空气的气味变化，精确反应空气成分变化情况。通过和GC-MS相配合，还可对照出不同组分对气味的影响，从而找到污染空气的真实来源。