氣相色譜法測定加熱不燃燒再造煙葉中煙堿

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，為了降低傳統(tǒng)煙草制品對消費者的健康危害，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]，即通過特殊的加熱源對煙絲進行加熱，煙絲中的尼古丁及香味物質(zhì)通過揮發(fā)產(chǎn)生煙氣來滿足吸煙者需求[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)、堿性較強的吡啶族生物堿，易與無機酸和多種有機酸結(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]，若直接用有機相溶劑萃取，僅能萃取出部分游離煙堿，導致煙堿測定結(jié)果偏低。目前加熱不燃燒煙草材料中煙堿測定的相關(guān)方法有火焰離子化檢測器氣相色譜(GC-FID)法、熱導檢測器氣相色譜(GC-TCD)法等[9-10]，以上方法均采用溶劑直接萃取，測定結(jié)果準確度不高。

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)標萃取液進行萃取，采用GC-FID 法對樣品中煙堿進行定量，該法樣品處理簡單，安全性好，定量結(jié)果準確，可為加熱不燃燒再造煙葉研究及品質(zhì)控制提供參考。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相色譜儀：Agilent 7890B 型，配有氫火焰檢測器，美國安捷倫科技有限公司。

超純水儀：Milli-Q 型，美國密理博公司。

切絲機：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，德國賽多利斯公司。

煙堿標準品：純度為97% (質(zhì)量分數(shù))，加拿大TRC 公司。

正十七碳烷標準品；純度不小于99% (質(zhì)量分數(shù))，北京伊諾凱科技有限公司。

異丙醇：分析純，西隴科學股份有限公司。

甲醇：色譜純，德國默克公司。

氫氧化鈉：分析純，西隴科學股份有限公司。

氮氣：純度為99.99% (體積分數(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：編號分別為1#、2#、3#，自制。

1.2 溶液配制

內(nèi)標萃取液：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。

煙堿標準儲備液：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)煙堿標準品，用內(nèi)標萃取液定容于50 mL 容量瓶中，于0～4 ℃保存，有效期為3 個月。

系列煙堿標準工作溶液：分別移取煙堿標準儲備液0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 mL 于5 只10 mL 容量瓶中，用內(nèi)標萃取液定容至標線，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 的系列煙堿標準工作溶液，其中內(nèi)標正十七碳烷的質(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。

1.3 樣品處理

將樣品切絲，準確稱取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、浸潤樣品，確保所有煙絲濕潤，再加入50 mL 內(nèi)標萃取液，室溫下振蕩2 h，取上層清液，經(jīng)0.45 μm 有機濾膜過濾，用GC-FID 定量分析，同時采用氣相色譜法測定水分[13]。

1.4 色譜條件

色譜柱：DB-WAX 毛細管柱(30 m×0.32 mm，0.25 μm，美國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；進樣口溫度：250℃；FID 檢測器溫度：275 ℃；載氣：氮氣，流量為1.5 mL/min，恒流模式；空氣流量：300 mL/min；氫氣流量：30 mL/min；尾吹氣：氮氣，流量為25 mL/min；進樣體積：1 μL；進樣方式：分流進樣，分流比為10∶1。

1.5 數(shù)據(jù)處理

樣品中煙堿的質(zhì)量分數(shù)w按照式(1)計算：

式中：w——樣品中煙堿的質(zhì)量分數(shù)，%；

ρ——稀釋液中煙堿的質(zhì)量濃度，mg/mL；

ρ0——空白試驗中煙堿的質(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)量分數(shù))。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品處理條件優(yōu)化

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 方法進行處理，在1.4 色譜條件下，每種取樣質(zhì)量分別平行測定3 次，結(jié)果見表1。由表1 可知，當取樣質(zhì)量為1.0 g 時，3 種樣品測定結(jié)果的相對標準偏差分別為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 時的測定結(jié)果。綜合考慮檢測結(jié)果精密度、樣品代表性及加入氫氧化鈉溶液能充分、快速潤濕樣品，確定稱樣量為1 g。

表1 不同取樣質(zhì)量對應(yīng)的煙堿質(zhì)量分數(shù)測定值

2.1.2 NaOH 溶液濃度

選擇編號分別為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 時煙堿質(zhì)量分數(shù)測定結(jié)果，結(jié)果見表2。由表2 可知，當NaOH 溶液濃度為0.25 mol/L 時，測定結(jié)果相對偏低；當NaOH 溶液濃度為0.5 、1.0、2.0 mol/L 時，測定結(jié)果穩(wěn)定。綜合考慮游離效果、NaOH 對色譜柱損傷等因素，確定NaOH 溶液濃度為0.5 mol/L。

表2 不同NaOH 溶液濃度對應(yīng)的煙堿質(zhì)量分數(shù)測定結(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 萃取時間

選擇編號分別為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)標萃取液萃取，設(shè)定萃取時間分別為1、2、3 h，在1.4色譜條件下測定煙堿質(zhì)量分數(shù)，結(jié)果見表3。由表3 可知，當萃取時間為1 h 時，測定結(jié)果相對偏低，當萃取時間分別為2、3 h 時，測定結(jié)果基本一致，表明萃取比較完全，因此選擇萃取時間為2 h。

表3 不同萃取時間時煙堿質(zhì)量分數(shù)測定結(jié)果

2.2 色譜柱選擇

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 色譜柱作分離柱進行試驗，結(jié)果表明，采用DB-WAX 柱分離時，色譜峰分離完全，色譜峰形較好，尖銳對稱無拖尾。圖1、圖2 分別是煙堿標準工作溶液、加熱不燃燒再造煙葉樣品溶液的色譜圖。

圖1 煙堿標準工作溶液色譜圖

圖2 加熱不燃燒再造煙葉樣品溶液色譜圖

2.3 內(nèi)標物選擇

內(nèi)標物應(yīng)與目標物在分子結(jié)構(gòu)、化學性質(zhì)上相近，煙堿的測定多采用喹啉、正十七碳烷、2-甲基喹啉等作為內(nèi)標[14-16]，本實驗采用正十七碳烷作為內(nèi)標。

2.4 線性方程、檢出限及定量限

在1.4 色譜條件下，分別測定煙堿系列標準工作溶液中的煙堿含量。以目標物質(zhì)量濃度與內(nèi)標物質(zhì)量濃度之比為橫坐標(x)，以目標物色譜峰面積與內(nèi)標物色譜峰面積之比為縱坐標(y)，進行線性回歸，計算得線性方程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)量濃度的煙堿標準工作溶液連續(xù)測定10 次，利用標準曲線法確定煙堿質(zhì)量濃度，并計算測定結(jié)果的標準偏差，分別以3 倍和10 倍標準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。

2.5 精密度試驗

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 色譜條件下分別進行測定，結(jié)果見表4。由表4 可知，煙堿質(zhì)量分數(shù)測定結(jié)果的相對標準偏差為1.08%，表明該方法精密度良好。

表4 精密度試驗結(jié)果

2.6 加標回收試驗

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準品，按1.3 方法進行處理，在1.4 色譜條件下分別進樣測定，結(jié)果見表5。由表5可知，樣品加標回收率為97.62%～100.29%，表明該方法準確度較高。

表5 加標回收試驗結(jié)果

3 結(jié)語

通過優(yōu)化樣品處理和檢測條件，建立了測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，樣品加標回收率為97.62%～100.29%，測定結(jié)果的相對標準偏差為1.08%。該方法樣品處理簡單，安全，效率高，適用于批量樣品的分析。