香水与化学：香水的香气是从何而来的？（上）
我们一起来聊一聊香水的化学背景……
作为一味芳香元素，香水可以美化人们的生活、提升人的品味。经过长期的演绎发展，人们赋予了香水更多的礼仪、文化内涵。
香奈儿说“不喷香水的女人是没有未来的”。但是，近年来的一些研究报告却认为香奈儿等著名香水品牌中有些化学成分具有致过敏性，所以从2015年起，欧盟正式禁用这些成分。
这样一来，关于香水的话题也不免变得慎重起来。其实，香水自从诞生之日起，就与化学有着千丝万缕的联系，我们就来聊一聊香水的化学背景。
香气的强度与结构
什么是香气强度？
对于香水而言，由于其成分复杂，每一种香气的挥发能力各不相同。因此在1954年，英国著名调香师扑却（Poucher）按照香气的挥发度，将三百多种天然与合成香料分为头香、体香、基香这三个类别。用作头香的原料，其挥发性略好；体香是被感觉到的主体香气，可以停留较长时间；而基香则是头香与体香的气体成分挥发完后留下的香气。
一名优秀的调香师，必须具有敏锐的嗅觉以辨别千百种香味。从定量的角度来说，大量实验证明，嗅闻者所感觉到的某种的香气强度与浓度的关系可以总结为Steven公式：I=kCg0.6。其中，I表示人体嗅觉所感受到的香气强度，Cg是闻到的香气浓度，k为人体对该种香气的敏感强度。
什么是香气结构？
香气之所以能给人以各种美妙的感受，归根结底还在于其化学结构不同。一般来说，无机盐是没有气味的，香料工业是有机化学的“势力范围”。不管是天然香料还是人造香料，总能归结到有机化合物的分子构造上来。一些教科书将香气分子区分为醇类，酯类，醛类、酮类等十几种结构类型。
图片来源：黄晓东
很多文献也都指出，香气分子的分子量不是很大（多数在300以下），分子结构中，碳原子的数量会对香气产生明显的影响，两个碳的乙醇具有酒的气息，6～9个碳的醇带有清香、果香、橘香和油脂气息，10～14个碳的醇香气逐渐减弱直至消失。
除了分子结构中的碳原子会影响香气以外，分子本身的空间立体构造、带有的官能团、取代基等因素，都会制约有机分子的气味属性。
如何科学鉴定香水？
香水的成分并不单一。因此，要准确定量的检测香水的组分，就需借助仪器来进行分析。常用的方法有气相色谱法（GC）、气相色谱-质谱法(GC/MS)、气相色谱-嗅觉测量法（GC-O），等等。
气相色谱法
气相色谱法依靠有机分子各自不同的特性，把它们分离出来，将分子的浓度转变为电信号，记录下不同组分的出峰时间。用这个方法，可以检测出香水中成分的含量。
气相色谱法测定香水成分图谱 图片来源：黄晓东
气相色谱+质谱法
把气相色谱与质谱的方法结合起来，不仅能将各个有机化合物分离出来，而且通过离子化，把化合物分解成离子碎片，从而可以根据分子量与出峰时间对香水产品中的成分进行定量与定性分析。
天竺葵精油的GC/MS图谱 图片来源：黄晓东
香水的配方与生产
既然人们非常重视香水的质量控制，我们自然要探究一下香水的制作工艺。香精是香水最重要的组份，香精在整个配方中所占重量比约为10～20%。其余都是酒精和添加剂。
香水制造的工艺流程看似并不复杂，但却相当耗时。陈化过程非常重要，将混合好的香水密封放置于恒温环境中，经过数月（甚至一年）的时间，香水体系内部发生了微妙的变化，组分之间悄然进行着酯化、分解、聚合、缩醛、氧化等各种反应，而一些不溶解的微小颗粒就会被沉淀出来。有时候，人们也会采用诸如超声等辅助手段来缩短陈化时间。
怎样获得香精、香料？
香精并不是单一的纯物质，在《香精香料学》中，一般都把多种天然或人工合成香料的组合称为香精。例如香奈儿5号女式香水就使用了如下香精：
香奈儿5号女用香水的香精配方 图片来源：《香精香料学》
香精中的各种香料组分所扮演的角色各有轻重，有的是主体原料，有的则起辅助修饰作用。香精中组分的分类方法有很多种，除了前文中香师扑却以香精组分的挥发能力来分类以外，按功能来划分，一个香精配方中的香料又可以被区分为主香剂、修饰剂、定香剂等几个部分。
调配香精的过程被称为调香，调香是科学与艺术的融汇技艺，调香师除了要掌握香料的物化性能，了解现代调香仪器以外，还必须要有敏锐的香味辨识力和记忆力，用调配出的香精来创造持久温馨的效果。一个新的香精配方，可以按照传统的调香“三步法”来设计出小样。
但小试阶段的调香工作，最终还是服务于香精的工业化生产。在香精与香水的工业化生产过程中，都需要经过一个陈化（熟化）的过程，以便香料在特殊的环境中反应融合。
香精缓释微胶囊
有人用天然或者合成的高分子材料（蛋白质、糖类、纤维素等）为胶囊壁，将香精包裹在里面，以形成一个由香精做成的微胶囊，各种香料分子会随着胶囊壁的微小孔道释放出来，这样就能使香气持久。
微胶囊扫描电镜照片 图片来源：黄晓东
那么，追根溯源的问题是，调香所用的香料是怎么来的呢？我们将在“香水与化学：香水的香气是如何而来的？（下）”中为大家揭晓。