气相色谱法测定加热不燃烧再造烟叶中烟碱
时间：2023-02-24 20:45:07 来源：千叶帆 本文已影响人
李美红，刘静，吴建霖，陈宇超，朱婷，秦琦，杨熙，李淳皓，李俊超，张力中
[中烟施伟策(云南)再造烟叶有限公司，云南玉溪 653100]
近年来，为了降低传统烟草制品对消费者的健康危害，新型烟草制品的发展非常迅速[1]。加热不燃烧卷烟是新型烟草制品的重要组成部分[2]，在感官质量及吸食方式上与传统烟草制品较为相似[3]，即通过特殊的加热源对烟丝进行加热，烟丝中的尼古丁及香味物质通过挥发产生烟气来满足吸烟者需求[4]。烟碱是烟草和烟气中含量较丰富的生物碱，是烟草中较重要的生理活性成分[5]。烟碱是一种易挥发、碱性较强的吡啶族生物碱，易与无机酸和多种有机酸结合成盐，其存在状态与环境pH 值密切相关，烟碱占生物碱总量的95%以上。在烟草中，大部分烟碱与有机酸结合成盐，以质子态的形式存在，而游离烟碱含量较少[6-8]，若直接用有机相溶剂萃取，仅能萃取出部分游离烟碱，导致烟碱测定结果偏低。目前加热不燃烧烟草材料中烟碱测定的相关方法有火焰离子化检测器气相色谱(GC-FID)法、热导检测器气相色谱(GC-TCD)法等[9-10]，以上方法均采用溶剂直接萃取，测定结果准确度不高。
笔者在样品中加入一定量的NaOH 溶液，使样品中烟碱呈游离状态[11-12]，再用正十七碳烷-异丙醇内标萃取液进行萃取，采用GC-FID 法对样品中烟碱进行定量，该法样品处理简单，安全性好，定量结果准确，可为加热不燃烧再造烟叶研究及品质控制提供参考。
1.1 主要仪器与试剂
气相色谱仪：Agilent 7890B 型，配有氢火焰检测器，美国安捷伦科技有限公司。
超纯水仪：Milli-Q 型，美国密理博公司。
切丝机：切丝宽度0.8 mm，河南省开封捷利器材厂。
调速多用振荡器：HY-8 型，金坛市友联仪器研究所。
电子天平：BSA224S-CW 型，感量为0.000 1 g，德国赛多利斯公司。
烟碱标准品：纯度为97% (质量分数)，加拿大TRC 公司。
正十七碳烷标准品；
纯度不小于99% (质量分数)，北京伊诺凯科技有限公司。
异丙醇：分析纯，西陇科学股份有限公司。
甲醇：色谱纯，德国默克公司。
氢氧化钠：分析纯，西陇科学股份有限公司。
氮气：纯度为99.99% (体积分数)，玉溪市弘泰气体供应有限公司。
加热不燃烧再造烟叶样品：编号分别为1#、2#、3#，自制。
1.2 溶液配制
内标萃取液：0.6 mg/mL，称取0.6 g 正十七碳烷(精确到0.1 mg)，用异丙醇溶解并定容于1 L 容量瓶中，于0～4 ℃保存。
烟碱标准储备液：5 mg/mL，按其纯度折算为100%质量，称取0.25 g (精确到0.1 mg)烟碱标准品，用内标萃取液定容于50 mL 容量瓶中，于0～4 ℃保存，有效期为3 个月。
系列烟碱标准工作溶液：分别移取烟碱标准储备液0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 mL 于5 只10 mL 容量瓶中，用内标萃取液定容至标线，混匀，配制成烟碱质量浓度分别为0.10、0.25、0.50、0.75、1.00 mg/mL 的系列烟碱标准工作溶液，其中内标正十七碳烷的质量浓度均为0.6 mg/mL。
氢氧化钠溶液：0.5 mol/L，称取2 g氢氧化钠(精确到0.1 mg)，用纯水溶解后定容于100 mL 容量瓶中，于常温下保存。
1.3 样品处理
将样品切丝，准确称取1.0 g 样品(精确到0.1 mg)，置于50 mL 锥形瓶中，加入4 mL 0.5 mol/L 氢氧化钠溶液，分散、浸润样品，确保所有烟丝湿润，再加入50 mL 内标萃取液，室温下振荡2 h，取上层清液，经0.45 μm 有机滤膜过滤，用GC-FID 定量分析，同时采用气相色谱法测定水分[13]。
1.4 色谱条件
色谱柱：DB-WAX 毛细管柱(30 m×0.32 mm，0.25 μm，美国安捷伦科技有限公司)；
柱升温程序：初始温度为100 ℃，保持4 min，以15 ℃/min 的速率升温至230 ℃，保持2.5 min；
进样口温度：250℃；
FID 检测器温度：275 ℃；
载气：氮气，流量为1.5 mL/min，恒流模式；
空气流量：300 mL/min；
氢气流量：30 mL/min；
尾吹气：氮气，流量为25 mL/min；
进样体积：1 μL；
进样方式：分流进样，分流比为10∶1。
1.5 数据处理
样品中烟碱的质量分数w按照式(1)计算：
式中：w——样品中烟碱的质量分数，%；
ρ——稀释液中烟碱的质量浓度，mg/mL；
ρ0——空白试验中烟碱的质量浓度，mg/mL；
V——稀释液的体积，mL；
m——样品质量，mg；
x——样品中的水分，%(质量分数)。
2.1 样品处理条件优化
2.1.1 取样质量
选择3 份加热不燃烧再造烟叶样品，编号分别为1＃、2＃、3＃，每份样品各称取0.5、1.0、2.0 g，分别按1.3 方法进行处理，在1.4 色谱条件下，每种取样质量分别平行测定3 次，结果见表1。由表1 可知，当取样质量为1.0 g 时，3 种样品测定结果的相对标准偏差分别为0.86%、1.02%、1.73%，其精密度优于取样质量分别为0.5、2.0 g 时的测定结果。综合考虑检测结果精密度、样品代表性及加入氢氧化钠溶液能充分、快速润湿样品，确定称样量为1 g。
表1 不同取样质量对应的烟碱质量分数测定值
2.1.2 NaOH 溶液浓度
选择编号分别为1＃、2＃、3＃的样品，各称取1.0 g，固定萃取液体积为50 mL，NaOH 溶液加入体积为4 mL(保证样品能够润湿)，振荡萃取2 h，在1.4色谱条件下，考察NaOH 溶液浓度分别为0.25、0.5、1.0、2.0 mol/L 时烟碱质量分数测定结果，结果见表2。由表2 可知，当NaOH 溶液浓度为0.25 mol/L 时，测定结果相对偏低；
当NaOH 溶液浓度为0.5 、1.0、2.0 mol/L 时，测定结果稳定。综合考虑游离效果、NaOH 对色谱柱损伤等因素，确定NaOH 溶液浓度为0.5 mol/L。
表2 不同NaOH 溶液浓度对应的烟碱质量分数测定结果
2.1.3 萃取方式
由于烟碱受热易挥发，故采用常温振荡萃取。
2.1.4 萃取时间
选择编号分别为1＃、2＃、3＃的样品，各称取1.0 g，加入4 mL 0.5 mol/L NaOH 溶液，加入50 mL 内标萃取液萃取，设定萃取时间分别为1、2、3 h，在1.4色谱条件下测定烟碱质量分数，结果见表3。由表3 可知，当萃取时间为1 h 时，测定结果相对偏低，当萃取时间分别为2、3 h 时，测定结果基本一致，表明萃取比较完全，因此选择萃取时间为2 h。
表3 不同萃取时间时烟碱质量分数测定结果
2.2 色谱柱选择
加热不燃烧卷烟芯材中烟碱的分析可采用DBwax 色谱柱[8]，口用型无烟气烟草制品中烟碱的分析可采用DB-ALC1 色谱柱[10]。选择DB-wax 色谱柱作分离柱进行试验，结果表明，采用DB-WAX 柱分离时，色谱峰分离完全，色谱峰形较好，尖锐对称无拖尾。图1、图2 分别是烟碱标准工作溶液、加热不燃烧再造烟叶样品溶液的色谱图。
图1 烟碱标准工作溶液色谱图
图2 加热不燃烧再造烟叶样品溶液色谱图
2.3 内标物选择
内标物应与目标物在分子结构、化学性质上相近，烟碱的测定多采用喹啉、正十七碳烷、2-甲基喹啉等作为内标[14-16]，本实验采用正十七碳烷作为内标。
2.4 线性方程、检出限及定量限
在1.4 色谱条件下，分别测定烟碱系列标准工作溶液中的烟碱含量。以目标物质量浓度与内标物质量浓度之比为横坐标(x)，以目标物色谱峰面积与内标物色谱峰面积之比为纵坐标(y)，进行线性回归，计算得线性方程y=0.775 2x+0.012 9，烟碱质量浓度线性范围为0.10～1.00 mg/mL，线性相关系数大于0.999。
将最低质量浓度的烟碱标准工作溶液连续测定10 次，利用标准曲线法确定烟碱质量浓度，并计算测定结果的标准偏差，分别以3 倍和10 倍标准偏差作为方法检出限和定量限，烟碱的检出限为0.007 mg/mL，定量限为0.024 mg/mL。
2.5 精密度试验
选择同一种加热不燃烧再造烟叶样品，按1.3方法平行处理6 份样品溶液，在1.4 色谱条件下分别进行测定，结果见表4。由表4 可知，烟碱质量分数测定结果的相对标准偏差为1.08%，表明该方法精密度良好。
表4 精密度试验结果
2.6 加标回收试验
选择同一种加热不燃烧再造烟叶样品3 份，分别加入适量的烟碱标准品，按1.3 方法进行处理，在1.4 色谱条件下分别进样测定，结果见表5。由表5可知，样品加标回收率为97.62%～100.29%，表明该方法准确度较高。
表5 加标回收试验结果
通过优化样品处理和检测条件，建立了测定加热不燃烧再造烟叶烟碱的气相色谱法。烟碱的质量浓度在0.10～1.00 mg/mL 范围内线性良好，样品加标回收率为97.62%～100.29%，测定结果的相对标准偏差为1.08%。该方法样品处理简单，安全，效率高，适用于批量样品的分析。
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