Uygulama Notu AN M75

Uçucu Yağların Kalite ve Proses Kontrolünde FT-IR Spektroskopisi ile Sınıflandırılması

Giriş

Yakın zamana kadar, orta kızılötesi spektroskopi öncelikle tarımsal araştırmalarda, ekstraktlardan veya damıtıklardan izole edilen bilinmeyen saf maddelerin tanımlanması ve doğrulanması için kalitatif bir teknik olarak kullanıldı. Genellikle bitki örneklerinden elde edilen kızılötesi spektrumlar çok karmaşıktır çünkü bir moleküldeki her fonksiyonel grup spektral çıktıya az çok katkıda bulunur. Net sonuç, çeşitli titreşim modlarının üst üste binmesi ve karıştırılması nedeniyle bant atamalarının zor olabileceği bir spektrumdur.

Bitki örneklerinin yakın kızılötesi spektrumlarla aynı şekilde analizi için MIR spektrumlarını kullanmaya yönelik nispeten yeni yaklaşım, spektral yorumlanabilirliğin ek bir avantajını sağlar.

Deneysel

Uçucu yağların orta IR spektrumları, tek bir yansıma ATR modülü ile donatılmış bir ALPHA FTIR spektrometresi kullanılarak kaydedildi. Ölçüm için yaklaşık olarak 2 µl uçucu yağ elmas ATR kristalinin yüzeyine yerleştirildi. Numune spektrumları, 4  cm^-1 spektral çözünürlükte 32 taramanın birikmesiyle ölçüldü ve bu, numune başına yaklaşık 30 saniyelik bir ölçüm süresiyle sonuçlandı. 

Petrol kemotiplerini ayırt etmek için OPUS / IDENT yazılımı kullanılarak spektrumların hiyerarşik bir küme analizi yapıldı. Spektral mesafeler, numunelerin birinci türev spektrumları üzerinde standart algoritma (Öklid mesafesi) uygulanarak hesaplandı.

Belirli yağ bileşenlerini ölçmek için kısmi en küçük kare (PLS) algoritması (OPUS / QUANT yazılımı) uygulanarak çok değişkenli bir değerlendirme yaklaşımı seçildi. Kalibrasyon için 375 ila 1900 cm^-1 arasındaki spektral aralık seçildi. IR-data gaz kromatografisinin (GC) kalibrasyonu için referans yöntem olarak kullanılmıştır. Her kalibrasyon modelinin doğruluğu, IR spektrumlarına dayalı analiz sonucu ile referans GC değeri arasındaki çapraz doğrulamanın kök ortalama kare hatası (RMSECV) ile karakterize edildi.

Sonuçlar ve Tartışmalar

NIR spektroskopik verileri yalnızca kemometrik algoritmaların uygulanmasıyla yorumlanabilirken, izole edilmiş uçucu yağlardan elde edilen MIR spektrumları, farklı bitki türlerini ve kemotipleri ayırt etmek için kullanılabilecek karakteristik spektral desenler sunar. Genel olarak, yalnızca düşük konsantrasyonda (< % 1) meydana gelen uçucu yağ bileşikleri, ATR-IR spektrumunu önemli ölçüde etkilemez.

Örnek olarak, farklı fesleğenlerden elde edilen tüm spektrumlar (Ocimum sp.) yağ kemotipleri tek tek parmak izlerini gösterir ve hatta görsel inceleme ile ayırt edilebilir (Şekil 1).

Şekil 1: Farklı fesleğen yağı kemotiplerinin ATR-FT-IR spektrumları

Bununla birlikte, hiyerarşik küme analizi gibi bir kemometrik değerlendirme, farklı yağ kemotiplerinin niteliksel bir ayrımcılığını gerçekleştirmek için objektif bir yöntemdir.

ATR-IR spektrumlarına uygulanan küme analizi yönteminin, çeşitli fesleğen kemotiplerinin hızlı ve güvenilir bir şekilde ayırt edilmesine olanak sağladığı kanıtlanmıştır (Şekil 2).

Ayrıca çeşitli narenciye yağlarının sınıflandırılması ve önemli bileşenlerin miktarlarının belirlenmesi ATR-IR spektroskopisi ile başarıyla gerçekleştirilebilmektedir.

Limonen, greyfurt, portakal ve turunç yağlarının ana bileşenidir (içerik > %90) ve diğer turunçgil yağlarında da % 50-78 gibi yüksek miktarlarda bulunur. Bu nedenle, bu yağların MIR spektrumlarına, örneğin 886, 1436 ve 1644 cm^-1'deki bu monoterpenin bantları hakimdir (Şekil 3).

Şekil 2: Farklı fesleğen yağı kemotiplerinin ayrımcılık analizi

Şekil 3: Limonenin ATR-FT-IR spektrumu

Değişen limonen içeriğine sahip yağ spektrumları üzerinde PLS algoritması kullanılarak, tüm konsantrasyon aralığında çok iyi bir tahmin kalitesi sağlayan nicel bir kalibrasyon ayarlanabilir (Şekil 4). PLS yönteminin RMSECV'Sİ, GC referans yönteminin standart hatası ile aynı büyüklük sırasındadır.

Şekil 4: GC yüzdeleri ve çeşitli narenciye yağlarında limonenin ATR-FT-IR tahmini

IR yöntemi, lavanta yağı (Lavandula angustifolia), başak lavanta yağı (Lavandula latifolia) ve lavandin yağındaki (L. angustifolia x L. latifolia) linalil asetat içeriğini belirlemek için de kullanılabilir. Ayrıca, diğer ana bileşenlerin (örneğin linalool, 1,8-sineol, kafur) bireysel içeriği paralel olarak güvenilir bir şekilde belirlenebilir.

Sonuç

Burada sunulan ATR-FT-IR spektrometresi ALPHA, aroma ve koku endüstrisinde kullanılan farklı uçucu yağların hızlı sınıflandırılması için kullanılabilir. Ayrıca ATR-FT-IR yöntemi, uçucu yağ bileşenlerinin çok hızlı ve kolay bir şekilde ölçülmesini sağlar. Bu nedenle bu teknik, saflaştırma, harmanlama ve yeniden damıtma işlemlerinin kontrolü için endüstrideki gaz kromatografi yöntemlerinin kısmen yerini alma potansiyeline sahiptir.

ALPHA sisteminin küçük boyutu ve taşınabilirliği nedeniyle, doğal yaşam alanlarından toplanan uçucu yağ bitkilerinin yerinde ölçümlerini yapmak için mikro hidrodistilasyon ile birlikte kullanılabilir.

Referanslar 

Schulz, H, Schrader, B., Quilitzsch, R., Steuer, B. 2002. Quantitative analysis of various citrus oils by ATR/FT-IR and NIR-FT Raman spectroscopy. Applied Spectroscopy 56: 117-124.

Schulz, H., Quilitzsch, R. and Krüger, H. 2003. Rapid evaluation and quantitative analysis of thyme, origano and chamomile oils by ATR-IR and NIR spectroscopy. Journal of Molecular Structure, 661-662: 299-306.

Schulz, H., Schrader, B., Quilitzsch, R., Pfeffer, S., Krüger, H. 2003. Rapid classification of basil chemotypes by various vibrational spectroscopy methods. Journal of Agricultural and Food Chemistry 51: 2475-2481. Schulz, H. and Baranska, M. 2007. Identification and quantification of valuable plant substances by IR and Raman spectroscopy. Vibrational Spectroscopy 43: 13-25.