CN102128885A - 一种快速同时测定烟草中16种无机阴离子和有机酸的方法 - Google Patents

一种快速同时测定烟草中16种无机阴离子和有机酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速同时测定烟草中16种无机阴离子和有机酸的方法。采用离子色谱分析方法，所述洗脱程序为：0.000～8.000min时，氢氧化钾的浓度为1mmol/L；8.000～28.000min时，氢氧化钾的浓度为1mmol/L；28.000～35.000min时，氢氧化钾的浓度为30mmol/L；35.000～40.000min时,氢氧化钾的浓度为50mmol/L；40.000～40.001min时，氢氧化钾的浓度为50mmol/L；40.001～50.000min时，氢氧化钾的浓度为1mmol/L；结束分析时，氢氧化钾的浓度为1mmol/L；所述离子色谱测试条件为：阴离子交换柱：IonPacAS11–HC（2mm×50mm）和IonPacAG11–HC（2mm×250mm）；柱温：30℃；流速：0.30ml/min；进样量：25μl；抑制器电流：50mA。本发明方法简单、快速、准确，实现了一次进样，50分钟内同时测定烟草中16种无机阴离子和有机酸。

Description

一种快速同时测定烟草中16种无机阴离子和有机酸的方法
技术领域
本发明属于烟草行业检测技术领域，具体是涉及烟草中的无机阴离子和有机酸的测定方法。
背景技术
烟草中的无机阴离子如F-、Cl-、NO2 -、Br-、SO4 2-、NO3 -等对烟草的生理及其制品品质有很大的影响，烟叶中硝酸盐含量高，烟气中的硝基化合物含量也高；而硝基化合物和亚硝基化合物是使动物癌变或中毒的化合物之一；硫和氯对卷烟的燃烧性有负面影响；溴对氯的功能有部分的代替作用。因此，硝酸盐、亚硝酸盐和氯等无机阴离子是烟草检测中的重要项目。烟叶中的有机酸是碳水化合物代谢中三羧酸循环的中间产物，与烟草的生长发育、新陈代谢密切相关。烟草中的有机酸可分为挥发性和非挥发性有机酸两类。挥发性有机酸包括乙酸、甲酸、丙酸等，挥发性有机酸能产生烟草的香气，对烟草的影响正相关。烟草中非挥发性有机酸主要有柠檬酸、苹果酸和草酸等二元酸和三元酸，其含量占总有机酸含量的一大半以上，大部分以化合盐的形式存在，与其化合的有烟碱、氨和钙、钾、钠无机离子。烟草的醇和度与草酸和柠檬酸的比值有关，比值高则烟草相对醇和。苹果酸、柠檬酸、草酸等有机酸还是卷烟加料的常用成分。同时，有机酸也是植物合成高级脂肪酸、氨基酸、蛋白质的初级物质。其对烟草的香气和吃味有重要影响。因此对于烟草中无机阴离子和有机酸的分析具有重要意义。
目前烟草行业普遍采用连续流动分析仪法对烟草中的氯、硝酸根和亚硝酸根
进行测定，对于氟、硫酸根等的测定多采用传统化学分析法，方法存在繁琐、费时、灵敏度低等缺点。连续流动分析仪法虽然应用较广，但无法对上述无机阴离子进行同时测定。国内有文献报道采用离子色谱法对烟草中的无机阴离子进行同时测定，测定有机酸的经典方法是将其酯化后进行气相色谱或气质联用仪进行分析，但是该方法同样存在费时、繁琐和试剂用量大等缺点。也有报道采用反相高效液相色谱法和离子色谱法测试烟草中的有机酸。国外Perini F R等采用离子色谱法测定了烟草及烟草制品辅助材料中的小分子量羧酸如甲酸、乙酸、丙酸、乳酸和无机阴离子F-、Cl-、NO2 -、NO3 -。也有报告如《中国烟草学报》2009年8月第15卷第4期《烟草中有机酸和无机阴离子的离子色谱法分析及聚类分析研究》采用离子色谱法检测烟草样品中9种有机酸和阴离子的含量，但该技术未能实现全面准确地进行烟草成份分析，还存在某些组分未能分离开、从而使待测组分的含量误判的缺陷，例如丙二酸和苹果酸之间的分离，其没有考虑这两种组分之间的干扰，烟草中丙二酸和苹果酸将同时出峰，丙二酸的含量将计入苹果酸的含量中进行计算，导致测试误差。
目前，一次进样就可以快速进行烟草中16种无机阴离子和有机酸的全面准确地分析检测方法未见技术报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种灵敏准确且快速简便的检测方法，一次进样就可以实现烟草中16种无机阴离子和有机酸的快速检测。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
提供一种快速同时测定烟草中16种无机阴离子和有机酸的方法，离子色谱分析方法，所述离子洗脱程序为：
Figure 2010105779057100002DEST_PATH_IMAGE001
所述离子色谱测试条件为：
离子色谱测试条件：
（1）阴离子交换柱：IonPac AS11–HC（2mm×50mm）
IonPac AG11–HC（2mm×250mm）；
（2）柱温：30℃；
（3）流速：0.30mL/min；
（4）进样量：25uL；
（5）抑制器电流：50mA。
本发明所述检测方法包括以下步骤：
（1）配制标准贮备液及相应混合标准溶液，按照本发明确定的洗脱程序和测试条件检测各成分检测限；
所述的标准贮备液为氟离子、氯离子、亚硝酸根、溴离子、硝酸根、硫酸根和磷酸根离子标准溶液（均购自国家标物中心），亚硝酸根离子浓度为100μg/mL，氟离子、氯离子、硝酸根、硫酸根和磷酸根离子浓度均为1000μg/mL；有机酸离子的标准溶液均用优级纯（均购自Sigma-Aldrich试剂公司）的乳酸锂、乙酸钠、丙酸钠、甲酸钠、丁酸钠、苹果酸、丙二酸、柠檬酸和草酸钠配成1000μg/mL标准储备液，于4℃冰箱中保存，用时根据需要将标准储备液稀释成系列混合标准使用溶液。采用超纯水（电阻率为18.2MΩ·㎝）配制标准储备液后过0.45μm微孔滤膜进行分析，根据保留时间定性，峰面积外标法定量得到各组分的线性回归方程及相关系数。以信噪比S/N=3，测得每个组分检测限。
（2）待测样品前处理；
取待测烟草样品按YC/T 31-1996制备试样，测定水分含量；
取此烟草样品用超纯水超声浸提，萃取液用定性滤纸过滤，弃去前2~3mL滤液，收集后续滤液备分析；
（3）移取滤液用纯水稀释适宜浓度后经0.45um滤膜过滤后按照本发明确定的洗脱程序和分析条件进行离子色谱分析；
（4）根据峰面积由线性线性回归方程求得各种有机酸或阴离子的离子浓度。
烟草中各种有机酸或阴离子的含量方程为：
Figure 2010105779057100002DEST_PATH_IMAGE002
式中
Figure 2010105779057100002DEST_PATH_IMAGE003
为离子浓度（mg/L）；为样品定容体积（mL）；
Figure 2010105779057100002DEST_PATH_IMAGE005
为烟末样品重量（g）；
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为烟样含水率（%）；
Figure 2010105779057100002DEST_PATH_IMAGE007
为每克烟末样品中所含有机酸或阴离子的量（mg/g）。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
对烟草成份进行全面、准确地分析一直是本技术领域的技术难题。本发明同时分析烟草中16种成分技术难点主要在于，如何通过实验确定最佳的梯度洗脱程序等分析条件。单就梯度洗脱程序来讲，待分析检测的成分越多，则对梯度洗脱程序的要求越高，需要在一个合理的分析时间内将某些保留行为非常相近的组分能够准确分离（比如一些弱保留的有机酸），不同的梯度洗脱程序决定了16种成分是否能够不受干扰的达到基线分离的目的，这样才能准确地定量。本申请人经过长期大量的实验和创造性的分析总结，确定本发明技术方案，提供所述梯度洗脱程序，克服了现有相关技术的严重不足，对烟草成份检测做出重要的贡献。
另外，本发明使用色谱柱是IonPac AS11-HC（2mm×50mm）和AG11-HC
（2mm×250mm）是2毫米内径的色谱柱，实现检出限更低，结合本发明提供的其他技术手段，对烟草中含量较低的氟离子、亚硝酸根离子、溴离子、乳酸根离子等成分进行同时分析。本发明经过实验总结，确定流动相流速为0.30mL/min，选用较低的流动相，成功提高待测组分之间的分离度。
同时，关于样品前处理，与现有技术不同的是，本发明不采用盐酸进行样品萃取，而采用超纯水萃取，可实现对样品中的氯等无机阴离子进行分析测定，进一步保证分析结果的全面和准确性。
综上所述，本发明提供了优化的梯度洗脱程序和离子色谱测试条件，确定了利用离子色谱同时检测烟草中16种无机阴离子和有机酸的方法，一次进样对烟草中的无机阴离子F-、Cl-、NO2 -、Br-、SO4 2-、NO3 -、PO4 3-以及有机酸如甲酸、乙酸、丙酸、丙酸、乳酸、苹果酸、琥珀酸、柠檬酸、草酸、丙二酸等进行同时测定，具有样品前处理简单、快速、准确，并能在50分钟内同时测定烟草中16种无机阴离子和有机酸等的优点，解决了对烟草成份进行全面准确地分析技术难题，对提高卷烟内在品质，加强烟草质量控制具有重要意义。
附图说明
图1氢氧化钾浓度对弱保留组分分离的影响结果；
图2氢氧化钾浓度对中等和强保留组分分离的影响结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。
实施例1  洗脱程序和分析条件的确定
为了优化梯度洗脱程序，试验研究了不同浓度氢氧化钠溶液对各组分保留时间的影响。由于16种无机阴离子和有机酸根离子组分在色谱柱上的保留差异较大，本发明通过大量实验总结出弱保留组分氟、乳酸、乙酸、丙酸、甲酸和丁酸的保留行为，结果见附图1所示，附图1中的曲线从上至下依次为：1为氟离子，2为乳酸根离子，3为乙酸根离子，4为丙酸根离子，5为甲酸根离子，6为丁酸根离子。从附图1可知：对于弱保留组分的洗脱，为了较好的完成分离，需要的KOH淋洗液浓度较低，综合考虑各组分之间的分离度和适宜的分析时间，确定梯度洗脱程序的初始KOH浓度为1 mmol/L。
对于中等保留和强保留的离子，如：氯离子、亚硝酸根离子、溴离子、硝酸根离子、苹果酸、丙二酸、硫酸根、草酸、磷酸根、柠檬酸。实验总结出不同的氢氧化钾浓度对保留时间的影响结果见附图2所示。从附图2中可知：对于中等和强保留组分的洗脱，需要适当提高淋洗液浓度。本发明总结出，淋洗液浓度在8min～28min内，KOH浓度从1 m mol/L升至30 m mol/L，以使强保留组分快速洗脱。
对于磷酸根和柠檬酸，需要再次提高氢氧化钾浓度至50 m mol/L，随后进行系统的清洗和平衡。本发明洗脱程序见表1所示。
表1  离子色谱同时分析烟草中无机阴离子和有机酸梯度洗脱程序
Figure 716458DEST_PATH_IMAGE001
离子色谱测试条件：
（1）阴离子交换柱：IonPac AS11–HC（2mm×50mm）
IonPac AG11–HC（2mm×250mm）；
（2）柱温：30℃；
（3）流速：0.30mL/min；
（4）进样量：25uL；
（5）抑制器电流：50mA。
实施例2  测定其相对标准偏差
（1）由各组分的标准贮备液配置相应混合标准系列溶液，按实施例1所述色谱检测条件进行离子色谱分析。根据保留时间定性，峰面积外标法定量得到各组分的线性回归方程及相关系数。以信噪比S/N=3，测得每个组分检测限。
所述的标准贮备液为氟离子、氯离子、亚硝酸根、溴离子、硝酸根、硫酸根和磷酸根离子标准溶液（均购自国家标物中心），亚硝酸根离子浓度为100μg/mL，氟离子、氯离子、硝酸根、硫酸根和磷酸根离子浓度均为1000μg/mL；有机酸离子的标准溶液均用优级纯（均购自Sigma-Aldrich试剂公司）的乳酸锂、乙酸钠、丙酸钠、甲酸钠、丁酸钠、苹果酸、丙二酸、柠檬酸和草酸钠配成1000μg/mL标准储备液，于4℃冰箱中保存，用时根据需要将标准储备液稀释成系列混合标准使用溶液。采用超纯水（电阻率为18.2MΩ·㎝）配制标准储备液后过0.45μm微孔滤膜进行分析，根据保留时间定性，峰面积外标法定量得到各组分的线性回归方程及相关系数。以信噪比S/N=3，测得每个组分检测限。其标准回归方程、相关系数、检测限如表2所示。
表2 阴离子和有机酸的标准回归方程、相关系数、检测限
Figure DEST_PATH_IMAGE008
根据峰面积由线性线性回归方程可求得各种有机酸或阴离子的离子浓度。
烟草中各种有机酸或阴离子的含量方程为：
Figure 633598DEST_PATH_IMAGE002
式中
Figure 724920DEST_PATH_IMAGE003
为离子浓度（mg/L）；
Figure 120129DEST_PATH_IMAGE004
为样品定容体积（mL）；
Figure 934501DEST_PATH_IMAGE005
为烟末样品重量（g）；
Figure 819281DEST_PATH_IMAGE006
为烟样含水率（%）；
Figure 86314DEST_PATH_IMAGE007
为每克烟末样品中所含有机酸或阴离子的量（mg/g）。
（2）取一市售卷烟样品，称取0.5g用50mL超纯水超声浸提25～40min，萃取液用定性滤纸过滤，弃去前2～3毫升滤液，收集后续滤液做分析之用。移取10mL滤液于100mL容量瓶中，用纯水稀释定容至刻度，溶液经0.45um滤膜过滤后以选定的色谱条件进行离子色谱分析。平行测定5次，根据测定结果计算其相对标准偏差（RSD）如表3所示。
表3阴离子和有机酸的的相对标准偏差
Figure DEST_PATH_IMAGE009
从表3的结果可知，烟草中各种有机酸和无机阴离子的相对标准偏差为0.5%～3.0%，表明本发明方法的精密度很好，符合分析要求。
实施例3  测定其回收率
称取一市售卷烟样品0.5g用50mL超纯水超声（超声功率600W）浸提25~40min后，分别加入已知量的16种无机阴离子有机酸，按上述方法测定其含量，根据测定结果计算其回收率，数据如表4。
表4阴离子和有机酸的回收率
Figure DEST_PATH_IMAGE010
从表4的结果可知，烟草中各种有机酸和无机阴离子的回收率在93.1%～103.4%之间，说明此方法准确可靠，符合分析要求，可以进行准确的定量分析。

Claims (3)

1.一种快速同时测定烟草中16种无机阴离子和有机酸的方法，采用离子色谱分析方法，其特征在于：
所述洗脱程序为：
Figure 2010105779057100001DEST_PATH_IMAGE002
所述离子色谱测试条件为：阴离子交换柱：IonPac AS11–HC（2mm×50mm）和IonPac AG11–HC（2mm×250mm）；柱温：30℃；流速：0.30mL/min；进样量：25μL；抑制器电流：50mA。
2.根据权利要求1所述快速同时测定烟草中无机阴离子和有机酸的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）测定待测烟草样品的水分含量；
（2）待测烟草样品的前处理：按照1g烟草样品:10mL超纯水的比例用超纯水浸提烟草样品，收集后续滤液，稀释10倍后备用； 
（3）按照权利要求1所述的洗脱程序和检测条件进行检测，并计算结果。
3.一种权利要求1所述方法的应用，其特征在于可应用于烟草中氟离子、溴离子、氯离子、硝酸根离子、亚硝酸根离子、硫酸根离子、磷酸根离子、乳酸、苹果酸、柠檬酸、草酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和丙二酸中的一种或两种以上的检测分析。
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