李美紅,劉靜,吳建霖,陳宇超,朱婷,秦琦,楊熙,李淳皓,李俊超,張力中
[中煙施偉策(云南)再造煙葉有限公司,云南玉溪 653100]
近年來(lái),為了降低傳統(tǒng)煙草制品對(duì)消費(fèi)者的健康危害,新型煙草制品的發(fā)展非常迅速[1]。加熱不燃燒卷煙是新型煙草制品的重要組成部分[2],在感官質(zhì)量及吸食方式上與傳統(tǒng)煙草制品較為相似[3],即通過(guò)特殊的加熱源對(duì)煙絲進(jìn)行加熱,煙絲中的尼古丁及香味物質(zhì)通過(guò)揮發(fā)產(chǎn)生煙氣來(lái)滿足吸煙者需求[4]。煙堿是煙草和煙氣中含量較豐富的生物堿,是煙草中較重要的生理活性成分[5]。煙堿是一種易揮發(fā)、堿性較強(qiáng)的吡啶族生物堿,易與無(wú)機(jī)酸和多種有機(jī)酸結(jié)合成鹽,其存在狀態(tài)與環(huán)境pH 值密切相關(guān),煙堿占生物堿總量的95%以上。在煙草中,大部分煙堿與有機(jī)酸結(jié)合成鹽,以質(zhì)子態(tài)的形式存在,而游離煙堿含量較少[6-8],若直接用有機(jī)相溶劑萃取,僅能萃取出部分游離煙堿,導(dǎo)致煙堿測(cè)定結(jié)果偏低。目前加熱不燃燒煙草材料中煙堿測(cè)定的相關(guān)方法有火焰離子化檢測(cè)器氣相色譜(GC-FID)法、熱導(dǎo)檢測(cè)器氣相色譜(GC-TCD)法等[9-10],以上方法均采用溶劑直接萃取,測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度不高。
筆者在樣品中加入一定量的NaOH 溶液,使樣品中煙堿呈游離狀態(tài)[11-12],再用正十七碳烷-異丙醇內(nèi)標(biāo)萃取液進(jìn)行萃取,采用GC-FID 法對(duì)樣品中煙堿進(jìn)行定量,該法樣品處理簡(jiǎn)單,安全性好,定量結(jié)果準(zhǔn)確,可為加熱不燃燒再造煙葉研究及品質(zhì)控制提供參考。
氣相色譜儀:Agilent 7890B 型,配有氫火焰檢測(cè)器,美國(guó)安捷倫科技有限公司。
超純水儀:Milli-Q 型,美國(guó)密理博公司。
切絲機(jī):切絲寬度0.8 mm,河南省開封捷利器材廠。
調(diào)速多用振蕩器:HY-8 型,金壇市友聯(lián)儀器研究所。
電子天平:BSA224S-CW 型,感量為0.000 1 g,德國(guó)賽多利斯公司。
煙堿標(biāo)準(zhǔn)品:純度為97% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),加拿大TRC 公司。
正十七碳烷標(biāo)準(zhǔn)品;純度不小于99% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)),北京伊諾凱科技有限公司。
異丙醇:分析純,西隴科學(xué)股份有限公司。
甲醇:色譜純,德國(guó)默克公司。
氫氧化鈉:分析純,西隴科學(xué)股份有限公司。
氮?dú)猓杭兌葹?9.99% (體積分?jǐn)?shù)),玉溪市弘泰氣體供應(yīng)有限公司。
加熱不燃燒再造煙葉樣品:編號(hào)分別為1#、2#、3#,自制。
內(nèi)標(biāo)萃取液:0.6 mg/mL,稱取0.6 g 正十七碳烷(精確到0.1 mg),用異丙醇溶解并定容于1 L 容量瓶中,于0~4 ℃保存。
煙堿標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液:5 mg/mL,按其純度折算為100%質(zhì)量,稱取0.25 g (精確到0.1 mg)煙堿標(biāo)準(zhǔn)品,用內(nèi)標(biāo)萃取液定容于50 mL 容量瓶中,于0~4 ℃保存,有效期為3 個(gè)月。
系列煙堿標(biāo)準(zhǔn)工作溶液:分別移取煙堿標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 mL 于5 只10 mL 容量瓶中,用內(nèi)標(biāo)萃取液定容至標(biāo)線,混勻,配制成煙堿質(zhì)量濃度分別為0.10、0.25、0.50、0.75、1.00 mg/mL 的系列煙堿標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,其中內(nèi)標(biāo)正十七碳烷的質(zhì)量濃度均為0.6 mg/mL。
氫氧化鈉溶液:0.5 mol/L,稱取2 g氫氧化鈉(精確到0.1 mg),用純水溶解后定容于100 mL 容量瓶中,于常溫下保存。
將樣品切絲,準(zhǔn)確稱取1.0 g 樣品(精確到0.1 mg),置于50 mL 錐形瓶中,加入4 mL 0.5 mol/L 氫氧化鈉溶液,分散、浸潤(rùn)樣品,確保所有煙絲濕潤(rùn),再加入50 mL 內(nèi)標(biāo)萃取液,室溫下振蕩2 h,取上層清液,經(jīng)0.45 μm 有機(jī)濾膜過(guò)濾,用GC-FID 定量分析,同時(shí)采用氣相色譜法測(cè)定水分[13]。
色譜柱:DB-WAX 毛細(xì)管柱(30 m×0.32 mm,0.25 μm,美國(guó)安捷倫科技有限公司);柱升溫程序:初始溫度為100 ℃,保持4 min,以15 ℃/min 的速率升溫至230 ℃,保持2.5 min;進(jìn)樣口溫度:250℃;FID 檢測(cè)器溫度:275 ℃;載氣:氮?dú)猓髁繛?.5 mL/min,恒流模式;空氣流量:300 mL/min;氫氣流量:30 mL/min;尾吹氣:氮?dú)?,流量?5 mL/min;進(jìn)樣體積:1 μL;進(jìn)樣方式:分流進(jìn)樣,分流比為10∶1。
樣品中煙堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w按照式(1)計(jì)算:
式中:w——樣品中煙堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;
ρ——稀釋液中煙堿的質(zhì)量濃度,mg/mL;
ρ0——空白試驗(yàn)中煙堿的質(zhì)量濃度,mg/mL;
V——稀釋液的體積,mL;
m——樣品質(zhì)量,mg;
x——樣品中的水分,%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。
2.1.1 取樣質(zhì)量
選擇3 份加熱不燃燒再造煙葉樣品,編號(hào)分別為1#、2#、3#,每份樣品各稱取0.5、1.0、2.0 g,分別按1.3 方法進(jìn)行處理,在1.4 色譜條件下,每種取樣質(zhì)量分別平行測(cè)定3 次,結(jié)果見表1。由表1 可知,當(dāng)取樣質(zhì)量為1.0 g 時(shí),3 種樣品測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.86%、1.02%、1.73%,其精密度優(yōu)于取樣質(zhì)量分別為0.5、2.0 g 時(shí)的測(cè)定結(jié)果。綜合考慮檢測(cè)結(jié)果精密度、樣品代表性及加入氫氧化鈉溶液能充分、快速潤(rùn)濕樣品,確定稱樣量為1 g。
表1 不同取樣質(zhì)量對(duì)應(yīng)的煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定值
2.1.2 NaOH 溶液濃度
選擇編號(hào)分別為1#、2#、3#的樣品,各稱取1.0 g,固定萃取液體積為50 mL,NaOH 溶液加入體積為4 mL(保證樣品能夠潤(rùn)濕),振蕩萃取2 h,在1.4色譜條件下,考察NaOH 溶液濃度分別為0.25、0.5、1.0、2.0 mol/L 時(shí)煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果,結(jié)果見表2。由表2 可知,當(dāng)NaOH 溶液濃度為0.25 mol/L 時(shí),測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏低;當(dāng)NaOH 溶液濃度為0.5 、1.0、2.0 mol/L 時(shí),測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定。綜合考慮游離效果、NaOH 對(duì)色譜柱損傷等因素,確定NaOH 溶液濃度為0.5 mol/L。
表2 不同NaOH 溶液濃度對(duì)應(yīng)的煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果
2.1.3 萃取方式
由于煙堿受熱易揮發(fā),故采用常溫振蕩萃取。
2.1.4 萃取時(shí)間
選擇編號(hào)分別為1#、2#、3#的樣品,各稱取1.0 g,加入4 mL 0.5 mol/L NaOH 溶液,加入50 mL 內(nèi)標(biāo)萃取液萃取,設(shè)定萃取時(shí)間分別為1、2、3 h,在1.4色譜條件下測(cè)定煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù),結(jié)果見表3。由表3 可知,當(dāng)萃取時(shí)間為1 h 時(shí),測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏低,當(dāng)萃取時(shí)間分別為2、3 h 時(shí),測(cè)定結(jié)果基本一致,表明萃取比較完全,因此選擇萃取時(shí)間為2 h。
表3 不同萃取時(shí)間時(shí)煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果
加熱不燃燒卷煙芯材中煙堿的分析可采用DBwax 色譜柱[8],口用型無(wú)煙氣煙草制品中煙堿的分析可采用DB-ALC1 色譜柱[10]。選擇DB-wax 色譜柱作分離柱進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明,采用DB-WAX 柱分離時(shí),色譜峰分離完全,色譜峰形較好,尖銳對(duì)稱無(wú)拖尾。圖1、圖2 分別是煙堿標(biāo)準(zhǔn)工作溶液、加熱不燃燒再造煙葉樣品溶液的色譜圖。
圖1 煙堿標(biāo)準(zhǔn)工作溶液色譜圖
圖2 加熱不燃燒再造煙葉樣品溶液色譜圖
內(nèi)標(biāo)物應(yīng)與目標(biāo)物在分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)上相近,煙堿的測(cè)定多采用喹啉、正十七碳烷、2-甲基喹啉等作為內(nèi)標(biāo)[14-16],本實(shí)驗(yàn)采用正十七碳烷作為內(nèi)標(biāo)。
在1.4 色譜條件下,分別測(cè)定煙堿系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中的煙堿含量。以目標(biāo)物質(zhì)量濃度與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度之比為橫坐標(biāo)(x),以目標(biāo)物色譜峰面積與內(nèi)標(biāo)物色譜峰面積之比為縱坐標(biāo)(y),進(jìn)行線性回歸,計(jì)算得線性方程y=0.775 2x+0.012 9,煙堿質(zhì)量濃度線性范圍為0.10~1.00 mg/mL,線性相關(guān)系數(shù)大于0.999。
將最低質(zhì)量濃度的煙堿標(biāo)準(zhǔn)工作溶液連續(xù)測(cè)定10 次,利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法確定煙堿質(zhì)量濃度,并計(jì)算測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差,分別以3 倍和10 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法檢出限和定量限,煙堿的檢出限為0.007 mg/mL,定量限為0.024 mg/mL。
選擇同一種加熱不燃燒再造煙葉樣品,按1.3方法平行處理6 份樣品溶液,在1.4 色譜條件下分別進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見表4。由表4 可知,煙堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.08%,表明該方法精密度良好。
表4 精密度試驗(yàn)結(jié)果
選擇同一種加熱不燃燒再造煙葉樣品3 份,分別加入適量的煙堿標(biāo)準(zhǔn)品,按1.3 方法進(jìn)行處理,在1.4 色譜條件下分別進(jìn)樣測(cè)定,結(jié)果見表5。由表5可知,樣品加標(biāo)回收率為97.62%~100.29%,表明該方法準(zhǔn)確度較高。
表5 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)優(yōu)化樣品處理和檢測(cè)條件,建立了測(cè)定加熱不燃燒再造煙葉煙堿的氣相色譜法。煙堿的質(zhì)量濃度在0.10~1.00 mg/mL 范圍內(nèi)線性良好,樣品加標(biāo)回收率為97.62%~100.29%,測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.08%。該方法樣品處理簡(jiǎn)單,安全,效率高,適用于批量樣品的分析。