CN103323562B - 一种主流烟气中水溶性糖含量的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟气组分分析检测领域，具体涉及一种主流烟气中水溶性糖含量的检测方法。该方法采用高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测法，以NaOH溶液为流动相，用四电位波形检测了主流烟气中的6种糖。捕集在剑桥滤片上的主流烟气中的水溶性糖用20mg/LNaN₃水溶液超声提取45min，在分析前无需进行其它前处理。用CarboPac PA20阴离子交换色谱柱实现了对6种水溶性糖的有效分离。6种水溶性糖的检测限在2.47~9.82μg/L之间，线性相关系数均大于0.999，日内精密度小于5.0%，日间精密度小于6.9%，高、中、低三种添加水平的回收率在97.1%~102.4%之间。该方法检测限低，重复性好，可适用于多种卷烟产品的检测。

Description

一种主流烟气中水溶性糖含量的检测方法

技术领域

本发明涉及烟气组分分析检测领域，具体涉及一种主流烟气中水溶性糖含量的检测方法。

背景技术

水溶性糖是烟草自身含有的重要组分，同时，水溶性糖也作为许多香精香料的重要成分添加到卷烟生产过程中，在调节烟草的吸食风味方面具有重要作用。吸烟者主要通过主流烟气体验卷烟产品的风味特征。主流烟气中的各种化学成分结合在一起形成了卷烟的总体风格特征，其中的水溶性糖是与卷烟吸食的甜味口感以及主流烟气总粒相物生成量和焦油生成量相关的重要成分。在卷烟燃烧的过程中，水溶性糖发生一系列的化学变化转化为其他物质，但仍有少量的糖通过高温加热和蒸馏等作用，随着吸烟者吸食滤嘴时产生的负压，通过烟支并透过滤嘴进入吸食者的口腔中。在卷烟燃吸时保持适当的总糖和烟碱比例，能使烟气在醇和的同时又保持适宜的浓度和劲头。虽然进入吸烟者口腔的水溶性糖含量较低，但视含量的不同，对香甜和柔润口感的产生具有不同的重要作用。

由于主流烟气的基质复杂，水溶性糖含量较低，属于痕量分析的范畴。对主流烟气中多种水溶性糖（果糖、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖和木糖）同时进行测定的分析方法报道较少。目前，同时测定烟草中多种水溶性糖的方法主要有离子色谱法和高效液相色谱法。液相色谱直接测定糖一般使用示差折光或蒸发光散射检测器。液相色谱测糖，尤其是使用示差折光器测糖，具有直接、快速、准确、重复性好和成本低的特点，广泛用于糖类分析。但液相色谱结合示差折光或蒸发光散射检测器由于检测灵敏度的限制，无法完成对微量糖组分的分析。水溶性糖也可以通过衍生化反应后使用紫外检测器进行分析，但这种衍生化操作通常比较麻烦，耗时耗力。如侯冰等报道了用衍生法测定主流烟气中的甘露糖和葡萄糖。尽管离子色谱可以对水溶性糖组分进行直接测定，无需对糖组分进行繁杂的衍生化前处理，通过糖分子结构中的羟基在金电极表面发生氧化反应产生的电流实现检测，具有灵敏度高、选择性好和无需使用有毒化学试剂的优点。王荔等（高效阴离子交换色谱-脉冲安培检测法测定烤烟中的水溶性葡萄糖、果糖和蔗糖，色谱，2006年第2期201~204）公开以CarboPac PA-1为色谱柱测量烤烟中的水溶性葡萄糖、果糖和蔗糖。尽管这三种糖是卷烟中含量较高的糖分，但是由于卷烟的风味是多种水溶性糖的综合影响的结果，随着对卷烟产品品质的深入研究，上述的检测方法无法满足准确测量烟气中的水溶性糖含量分析的需要。总之，目前缺少实际应用的指导意义，并且也缺少一种同时检测主流烟气中多种水溶性糖的测试方法。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种主流烟气中水溶性糖含量的检测方法，该方法检测限低，重复性好，适用于多种卷烟产品的检测。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种主流烟气中水溶性糖含量的检测方法，包括如下步骤：

S1.收集主流烟气的总粒相物，并采用NaN₃水溶液对总粒相物进行萃取，得到待测样品；

S2. 用NaN₃水溶液配置阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖的混合标准溶液；

离子色谱条件选择如下：

选择CarboPac PA20分析色谱柱和CarboPac PA20保护柱；柱温箱：30℃；流速：0.2~0.35 mL/min；流动相为水和250mmol/L的NaOH；淋洗梯度曲线类型：线性；淋洗条件：0.000 ~ 33.000 min，2.5 mmol/L NaOH，33.999 ~ 46.000 min 200 mmol/L NaOH，46.001 ~ 60.000 min，2.5 mmol/L NaOH；数据采集速率：2.00 Hz；金工作电极，pH/Ag/AgCl参比电极，脉冲安培检测方式，采用四电位波形如下：

时间	电位（V）	积分
			0.00	+0.1
0.20	+0.1	On
			0.40	+0.1	Off
0.41	-2.00
			0.42	-2.00
0.43	+0.60
			0.44	-0.10
0.50	-0.10

S3.将混合标准溶液进行稀释，制备系列混合标准溶液，并采用S2.所述离子色谱条件，进行检测，得到标准曲线；

S4. S2.所述离子色谱条件，对待测样品进行检测，并计算出阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖的含量。

作为一种优选方案，S1.中，所述收集主流烟气的总粒相物为按GB/T 16450－2004标准抽吸卷烟，采用剑桥滤片收集卷烟主流烟气的总粒相物。

现有技术中，用于分离单双糖的阴离子交换色谱柱种类很多，每一种色谱柱都有自己的分离特性，具有不同的分离效果。现有技术采用CarboPac PA-1测定烤烟中的水溶性葡萄糖，然而发明人发现，该色谱柱在分析本发明所述的主流烟气的水溶性糖时，会出现色谱峰重叠，无法将6种糖类很好地区分开。同样地，发明人以CarboPac PA10作为色谱柱经多次尝试，也无法将本发明所述的6种水溶性糖完全区分开；而通过发明人的多次反复尝试，意外地发现，选用CarboPac PA20作为色谱柱控制一定的条件，则能实现所述6种水溶性糖的色谱分析，获得准确的定性定量分析结果，同时能达到较低的检测限。

由于采用脉冲安培检测方式（PAD）检测糖的灵敏度很高，因此可以采取较稀的样品浓度进行检测，对于本申请而言，所述卷烟主流烟气为2~10支卷烟产生的主流烟气均可进行检测。作为一种优选方案，所述卷烟主流烟气为2支卷烟产生的主流烟气。较稀的样品浓度有利于延长色谱柱的寿命。

水溶性糖易溶于水中，因此用水配制标准溶液萃取总粒相物。由于水溶性糖在单纯的水中容易滋生微生物而被破坏，因此，在水中加入少量的NaN₃防止微生物的滋生改变溶液中糖的浓度。作为一种优选方案，S1.中NaN₃水溶液的浓度为20mg/L。

作为一种优选方案，S1.中萃取方式为超声萃取。机械振荡萃取和超声波萃取是萃取剑桥滤片捕集物的两种常用方式。对于水溶性糖来说，我们发现采用超声萃取更容易将剑桥滤片内部的水溶性糖萃取出来，机械振荡则需要更长的时间，并且其萃取率依然难以达到超声波萃取的效果。

萃取时间过短，水溶性糖无法完全提取出来，一般地，萃取时间在45min以上时，水溶性糖的量不会再发生变化，因此，作为一种优选方案，S1.中萃取时间为45min。

所用的超声萃取装置，可以是本领域常用到的超声萃取装置，通常采用超声清洗器来进行，因此萃取过程中所选用的超声频率等，可以参照本领域常用的技术手段进行。

流速对色谱柱的分离产生一定影响。高流速可以缩短分析时间，但另一方面也会使柱压大大升高，而且可能降低目标色谱峰与杂质峰的分离度。当流速为0.2 mL/min时，待测物质色谱峰出峰较慢，色谱运行时间较长；当流速为0.3 mL/min时，待测物质色谱峰在30分钟内出峰完毕，分离情况良好；当流速为0.35 mL/min时，柱压超过2760 psi，而CarboPac PA20色谱柱的最大耐受压力为3000 psi，长时间在较高压力情况下运行会缩短柱子的使用寿命。因此，作为一种最优选方案，S2.中，离子色谱的流速最优选择为0.3mL/min。

作为一种优选方案，S2.中用浓度为20mg/L 的NaN₃水溶液配制含阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖浓度分别为140、25、1100、25、200和2300 mg/L的混合液，再用20mg/L的NaN₃水溶液稀释200倍，得到混合标准溶液。

作为一种优选方案，S3.中，将混合标准溶液进行稀释，制备系列混合标准溶液为将混合标准溶液，按1、2、10/3、5和10倍分别稀释，得到系列混合标准溶液。

作为一种优选方案，在完成了一次待测样品的检测后，先采用200 mmol/L的氢氧化钠对色谱柱进行洗脱，然后用2.5 mmol/L的氢氧化钠进行色谱柱平衡，再进行下一次进样。

经过实验对6种糖的混合标准溶液进行色谱分析验证，用各自相应的标准品通过保留时间进行定性。在实验条件下，6种糖的色谱分离情况良好，其中较难分离的木糖和甘露糖在此实验条件下也得到很好的基线分离。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种同时检测主流烟气中多种水溶性糖的测试方法，可以对主流烟气中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖的含量进行检测，该方法检测限低，重复性好，适用于多种卷烟产品的检测。

附图说明

图1 为混合标准溶液中6种水溶性糖的色谱图；其中1为阿拉伯糖，2为半乳糖，3为葡萄糖，4为木糖，5为甘露糖，6为果糖。

图2为空白实验的色谱图。

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。为方便说明，本发明采用的原料和材料分别说明了购买厂家，但并不因此限定本发明范围。

实验材料：D-(+)-无水葡萄糖（≥99.5%）、D(-)-果糖（≥99.0%）、D-(+)-甘露糖（≥99.5%）、DL-木糖（≥99.0%）和D-(+)-半乳糖（≥99.5%）购自Sigma-Aldrich公司，D-（-）-阿拉伯糖（99%，Alfa Aesar公司），氢氧化钠溶液（50％w/w，Fisher Scientific公司），醋酸钠（99.9+%，戴安公司），NaN₃（分析纯，国产），安谱水相针式滤器，13 mm × 0.45μm，实验用水均为电阻率不低于18.2 MΩ·cm的去离子水，由Milli- Q Advantage A10超纯水机现制。

实验仪器：ICS-2500型离子色谱仪（美国Dionex公司），配AS50自动进样器、AS50柱温箱、GP50梯度泵、ED50电化学检测器、Chromeleon 6.70色谱工作站；Milli-Q Advantage A10超纯水机（美国Millipore公司）；CP225D电子天平（德国Sartorius公司）；8894超声清洗器（美国Cole-Parmer公司）；HY-5回旋振荡器（江苏金城国胜实验仪器厂）。

色谱柱为美国Dionex公司CarboPac PA20分析色谱柱（150 mm × 3 mm, 6.5 µm）和CarboPac PA20保护柱（30 mm × 3 mm）。

实施例

一种主流烟气中水溶性糖含量的检测方法，包括如下步骤：

S1. 按GB/T 16450－2004标准抽吸卷烟，2支卷烟主流烟气的总粒相物收集于剑桥滤片上。将滤片置于50 mL三角锥形瓶中，加入15 mL 20 mg/L NaN₃萃取溶液，室温超声提取45 min，样品提取液用0.45 μm水相滤膜过滤后，得到待测样品；

S2. 用20 mg/L NaN₃溶液配制含阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖浓度分别为140、25、1100、25、200和2300 mg/L的一级混合标准溶液。一级混合标准溶液再用20 mg/L NaN₃溶液稀释200倍后，得二级混合标准溶液。离子色谱条件如下：

美国Dionex公司CarboPac PA20分析色谱柱（150 mm × 3 mm, 6.5 µm）和CarboPac PA20保护柱（30 mm × 3 mm）。10 µL进样环，全环进样；柱温箱：30℃；流速：0.3 mL/min；流动相：水和250 mmol/L NaOH；淋洗梯度曲线类型：线性；淋洗条件：0.000 ~ 33.000 min，2.5 mmol/L NaOH，33.999 ~ 46.000 min 200 mmol/L NaOH，46.001 ~ 60.000 min，2.5 mmol/L NaOH；数据采集速率：2.00 Hz；金工作电极，pH/Ag/AgCl参比电极，脉冲安培检测方式，采用的四电位波形如表2所示：

表2：糖测定四位波形（Ag/AgCl参比电极）

时间	电位（V）	积分
			0.00	+0.1
0.20	+0.1	On
			0.40	+0.1	Off
0.41	-2.00
			0.42	-2.00
0.43	+0.60
			0.44	-0.10
0.50	-0.10

淋洗液配制好后和试验过程中应用5 ~ 6 psi的氮气保护，以防止淋洗液吸收空气中的CO₂而影响色谱分离。

S3.由二级混合标准溶液进一步稀释1、2、10/3、5和10倍，配制成系列混合标准溶液。系列混合标准液中，各水溶性糖的浓度如表1所示：

表1

稀释倍数	阿拉伯糖	半乳糖、木糖	葡萄糖	甘露糖	果糖
						1	700.0	125.0	5500.0	1000.0	11500.0
2	350.0	62.5	2750.0	500.0	5750.0
						10/3	210.0	37.5	1650.0	300.0	3450.0
5	140.0	25.0	1100.0	200.0	2300.0
						10	70.0	12.5	550.0	100.0	1150.0

采用混合标准溶液制备并验证标准曲线的线性和检出限；

S4.采用上述测试条件，测定待测样品中的水溶性糖，并计算出阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖的含量。

采用所述检测条件，对混合标准溶液进行检测，可以看出6种糖的色谱分离情况良好，其中较难分离的木糖和甘露糖在此实验条件下也得到很好的基线分离，如图1所示。

通过空白实验，如图2所示，基线稳定，在待测成分出峰处没有其他干扰峰。因此，测定结果无需进行空白扣除。

实施例 1 萃取方式对结果的影响：

按S1.中记载的处理方式制备1个待测样品，采用超声萃取以及机械振荡萃取，再进行检测由表3可见，对于试验样品，超声萃取方式的萃取量比振荡方式的多16%以上，可能原因是捕集于剑桥滤片内部的糖在超声波的作用下更容易被溶液萃取出来，而机械振荡无法充分提取剑桥滤片内部的水溶性糖。

表3：超声萃取和振荡萃取效果对比（μg/支卷烟）

糖	振荡萃取	超声萃取
			阿拉伯糖	2.36	2.93
半乳糖	0.34	0.51
			葡萄糖	26.12	34.30
木糖	1.93	2.24
			甘露糖	4.53	5.37
果糖	53.52	66.73

实施例 2 标准曲线线性、检出限：

采用外标法定量。以浓度（μg/mL）为横坐标x，峰面积为纵坐标y进行线性回归，得到线性回归方程和相关系数。结果表明，方法的线性良好，相关系数均大于0.999（表4）。以信噪比（S/N）为上述检测方法的检出限。方法的检测限低于10 ng/mL，灵敏度较高。

表4 试验方法的线性方程、相关系数、检出限

糖	线性方程	相关系数	LOD (μg/L)	LOQ (μg/L)
					阿拉伯糖	y = 0.0051x -0.0260	1.0000	2.47	8.23
半乳糖	y = 0.0045x -0.0045	0.9998	4.10	13.68
					葡萄糖	y = 0.0046x +0.3164	0.9993	3.31	11.04
木糖	y = 0.0041x -0.0053	0.9996	3.06	10.20
					甘露糖	y = 0.0033x -0.0424	1.0000	5.14	17.13
果糖	y = 0.0018x +0.0567	0.9997	9.82	32.73

实施例 3 方法的精密度：

按S1.所述的样品处理方法对同一样品平行处理5份，并在当日进行测定，考察方法的日内精密度（表5）。对同一样品在5日内以大于等于1天的间隔进行4次平行处理并测定，考察方法的日间精密度（表6）。方法的日内和日间精密度结果以糖含量值的相对标准偏差表示，分别在2.46% ~ 4.91%与2.30% ~ 6.82%之间，表明本方法重复性良好。

表5 方法的日内精密度

表6 方法的日间精密度

实施例 4 回收率试验：

取任意一个已知测定结果的样品，收集主流烟气后分别添加低、中、高三个浓度水平的混合标准溶液，按照S1的样品处理方法处理后进行回收试验，结果见表7。果糖、葡萄糖和蔗糖的回收率在97.1% ~ 102.4%之间，结果理想。

表7 样品中6种糖的回收率

实施例 4 卷烟样品的测定

用上述检测方法对多种卷烟样品主流烟气中的水溶性糖进行分析测定。详细结果如表8所示。在所测试的34个样品的主流烟气中，阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖的总含量范围是36.17μg/支 ~ 119.5μg/支。六种主要的水溶性糖中，果糖的含量最高，含量范围为24.63μg/支 ~ 74.66μg/支，其次为葡萄糖，含量范围为8.09μg/支 ~ 38.09μg/支，这和烟草中水溶性糖一般也以果糖和葡萄糖含量最高的情况类似，主流烟气中果糖和葡萄糖含量占6种水溶性糖总量的90.5% ~ 94.7%之间。

主流烟气中果糖含量是葡萄糖含量的1.6倍以上，其中混合型主流烟气中果糖含量与葡萄糖含量比值更达到3.2倍以上，普遍高于烤烟型卷烟的比值。

混合型卷烟主流烟气中6种水溶性糖的含量较低，含量在14.96μg/支 ~ 59.27μg/支之间，这可能与混合型卷烟用到一定量的白肋烟有关。白肋烟中的水溶性糖含量极低，混合型卷烟烟丝中的6种水溶性糖均明显低于烤烟型卷烟的。

表8 卷烟样品烟丝及主流烟气中水溶性糖含量

Claims (1)

1.一种主流烟气中水溶性糖含量的检测方法，包括如下步骤：

S1. 按GB/T 16450－2004标准抽吸卷烟，2支卷烟主流烟气的总粒相物收集于剑桥滤片上；将滤片置于50 mL三角锥形瓶中，加入15 mL 20 mg/L NaN₃萃取溶液，室温超声提取45 min，样品提取液用0.45 μm水相滤膜过滤后，得到待测样品；

S2. 用20 mg/L NaN₃溶液配制含阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖浓度分别为140、25、1100、25、200和2300 mg/L的一级混合标准溶液，一级混合标准溶液再用20 mg/L NaN₃溶液稀释200倍后，得二级混合标准溶液；离子色谱条件如下：

美国Dionex公司CarboPac PA20分析色谱柱150 mm × 3 mm, 6.5 µm 和CarboPac PA20保护柱 30 mm × 3 mm ；10 µL进样环，全环进样；柱温箱：30℃；流速：0.3 mL/min；流动相：水和250 mmol/L NaOH；淋洗梯度曲线类型：线性；淋洗条件：0.000 ~ 33.000 min，2.5 mmol/L NaOH，33.999 ~ 46.000 min 200 mmol/L NaOH，46.001 ~ 60.000 min，2.5 mmol/L NaOH；数据采集速率：2.00 Hz；金工作电极，pH/Ag/AgCl参比电极，脉冲安培检测方式，采用的四电位波形如下所示：

淋洗液配制好后和试验过程中应用5 ~ 6 psi的氮气保护，以防止淋洗液吸收空气中的CO₂而影响色谱分离；

S3.由二级混合标准溶液进一步稀释1、2、10/3、5和10倍，配制成系列混合标准溶液，系列混合标准液中，各水溶性糖的浓度如下所示：

采用混合标准溶液制备并验证标准曲线的线性和检出限；

S4.采用上述测试条件，测定待测样品中的水溶性糖，并计算出阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和果糖的含量。