CN103852441A

CN103852441A - 一种应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法

Info

Publication number: CN103852441A
Application number: CN201410059762.9A
Authority: CN
Inventors: 孔浩辉; 黄翼飞; 王�华
Original assignee: China Tobacco Guangdong Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Guangdong Industrial Co Ltd
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: CN103852441B

Abstract

本发明公开了一种应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法。本发明从所测得的红外谱图中找出一个特征吸收峰，测定其峰面积，将所测得的红外谱图原始数据导入PeakFitv4.12软件，对1508cm^-1特征峰进行拟合分峰；本发明木质素参比物的标准曲线的拟合相关系数达到0.9914，达到准确定量的要求，检测结果准确且重现性好。本发明克服了现有化学检测方法需要耗费大量时间和试剂的缺陷，克服了现有定量分析方法中将烟叶中木质素分离提纯的困难，科学建立烟草木质素的原位分析方法，可方便快捷、准确地测定多种烟梗粉的木质素含量。

Description

一种应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法

技术领域

本发明属于烟草分析检测技术领域，具体涉及一种应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法。

背景技术

木质素是烟叶中含苯环的主要组分，因而也是焦油中稠环芳烃类、芳香胺等有害物质的主要来源。木质素和纤维素等细胞壁物质在烟草加工调制过程中基本不发生变化，被认为是烟草中稳定的化合物。因此，深入研究烟叶中木质素的含量、分布及其结构，建立烟叶木质素的分离纯化和结构表征的方法，掌握烟叶木质素在燃吸条件下的反应机理并建立减少有害物质生成的调控途径，对于烟草行业的“降焦、保香”具有深远意义。

闫克玉等测定了我国6个省份88种烤烟烟叶样品，结果显示木质素占烟叶总细胞壁物质的16%～24%，含量范围为3.5%～7.5%。不同产地、等级、部位的烟草木质素的含量也有明显差异。

目前对烟草木质素的测定基本都是采用传统的化学法，需要耗费大量时间和试剂。同时，烟叶富含蛋白质、淀粉、果胶、油脂等有机质而木质素含量较低，这给木质素的分离提纯造成较大的困难。因此，迫切需要建立烟草木质素的原位分析方法对其进行快速定量分析。

发明内容

本发明的目的是克服现有烟草木质素的检测技术不足，提供一种应用中红外光谱法检测分析烟草木质素的的方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，包括以下步骤：

S1.称取两份同等质量的溴化钾，其中一份按照每一锭片试样中含2～3 mg烟末试样、50～150.0mg 溴化钾的比例与烟末试样混合均匀后干燥得到锭片试样；将另一份溴化钾压制成锭片，作为空白样；

S2.在压力8～15 MPa条件下，将S1所得锭片试样压制成型；

S3.在以下条件下进行锭片试样和空白样的光谱扫描：扫描范围4000～400 cm^-1，分辨率4 cm^-1，累加扫描32次，保存谱图；将空白样的红外光谱设定为背景；

S4.分别取不同质量的烟草木质素参比物，进行红外测定；将得到的红外谱图原始数据，进行拟合分峰，得到特征峰的面积数据；根据所得面积数据作图，得到烟草木质素特征峰的标准曲线图；

S5.根据锭片试样的红外谱图和烟草木质素特征峰的标准曲线图，计算样品的木质素含量。

优选地，S1所述每一锭片试样中含2～3 mg烟末试样和100.0mg 溴化钾；所述另一份作为空白样的溴化钾同样为100.0 mg。

所述红外干燥器可以选用的干燥温度范围为0～200℃可调，本发明实际应用红外干燥器进行干燥时，锭片的干燥温度范围为50～150℃，优选110 ℃。优选地，S1所述干燥是在红外干燥器中，50～150 ℃温度下干燥1～5 min。

优选地，S2所述压力为12MPa。S2所述压制的压片持续时间为1～5min，最优选2min。

优选地，S4所述分别取不同质量的烟草木质素参比物是在1.0～5.0mg范围内取不同质量的烟草木质素参比物，例如1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0mg等。

优选地，S4所述拟合分峰是在将所测得的红外谱图原始数据导入Peak Fit v4.12软件，对1450～1550 cm^-1范围内一个波数的特征峰进行拟合分峰。最优选对1508cm^-1范围内一个波数的特征峰进行拟合分峰。

优选地，所述烟草木质素参比物是按以下方法制备得到：

（1）参照YC/T 347-2010《烟草及烟草制品中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸洗木质素的测定洗涤剂法》，将烟梗粉末制备得到烟草酸不溶木质素；

（2）采用浓度为1～3 mol/L的盐酸溶液，加热蒸煮烟草酸不溶木质素1～3 h；

（3）将步骤（2）得到的木质素固体物，用球磨将其粉碎，得到中红外光谱分析用烟草木质素参比物。

优选地，上述步骤（2）所述盐酸溶液的浓度为1 mol/L。

优选地，上述步骤（2）所述加热蒸煮的时间为2h。

步骤（3）是将木质素固体物粉碎至粒度为80～100目。

本发明计算方法为：

根据S4所得标准曲线，方程y =2.9932x 得 x = y /2.9932，其中x为烟末试样中木质素的含量（mg），y为峰面积（如果特征峰存在分裂情况，那么y为分裂峰峰面积之和）。

烟末试样中的木质素的质量百分含量=（ x / 加入样品质量）× 100%。

本发明采用的烟末试样是按YC/T 31—1996《烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法》的方法将烟梗样品制备成烟末试样。

本发明的有益效果：

本发明采用中红外光谱法进行烟草木质素的原位定性定量分析。在完整保留烟草样品各种成分的键接结构的同时，能够比较准确地对其中的木质素进行定量分析。中红外光谱可以通过测量吸收峰面积进行定量。本发明从所测得的红外谱图中找出一个特征吸收峰，然后测定峰面积进行定量分析。这个特征峰不受其他组分的干扰或者干扰较为微小。本发明检测方法的定量依据是朗伯-比尔定律，可以转变为测定吸收峰的峰面积。峰面积也和样品浓度、厚度成正比。本发明科学地使用峰面积进行烟草中木质素中的定量检测，测量吸收峰面积时利用了峰的全部信息，峰面积受仪器因素、样品因素的影响比峰高等计算依据要更小，计算结果更加准确、重现性更好，很好地发挥了峰面积在本发明定量检测中的优越性。针对烟草试样中有机物导致的重叠的吸收峰，本发明进行曲线拟合计算其峰面积，将非线性曲线拟合分析软件PeakFit的4.12版本成功地与本发明方法良好结合，获得了准确的计算结果，本发明木质素参比物的标准曲线的拟合相关系数达到0.9914，达到准确定量的要求。本发明克服了现有化学检测方法需要耗费大量时间和试剂的缺陷，克服了现有定量分析方法中将烟叶中木质素分离提纯的困难，科学建立烟草木质素的原位分析方法，可方便快捷、准确地测定多种烟梗粉的木质素含量。

附图说明

图1烟草木质素参比物的中红外光谱图及主要吸收峰峰位。

图2不同用量的烟草木质素参比物的中红外谱图。

图3烟草木质素参比物、烟梗粉、烟叶粉的对比谱图。

图4用量为1.2mg烟草木质素参比物的1508cm^-1特征峰拟合谱图。

图5用量为3.0mg (b)烟草木质素参比物的1508cm^-1特征峰拟合谱图。

图6木质素参比物1508cm^-1特征峰的拟合峰面积的标准曲线。

图7用量为2.0mg的四川达州烟梗粉的红外特征峰拟合谱图。

图8用量为3.1mg的四川达州烟梗粉的红外特征峰拟合谱图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂和设备为本领域常规使用的试剂和设备。

实施例1

本实施例采用的烟草样品来源于四川、湖北等产区的烟梗、烟叶以及特色优质烟叶B1F（2010年），硫酸、盐酸、氢氧化钠和尿素（AR，广州化学试剂厂）；溴化钾（AR）。行星式球磨机（QM-3SP2，南京大学仪器厂）；压片机（FW-4，天津天光光学仪器有限公司）；傅里叶变换红外光谱仪（Nicolet 380，美国Thermo 公司）。但并不因此限定本发明，本领域技术人员可以采用其他来源的烟草样品、试剂和设备。

1.样品处理与分析

按YC/T 31—1996《烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法》的方法将烟梗样品制备成烟末试样。

2.按以下方案制备得到烟草木质素参比物：

（1）参照YC/T 347-2010《烟草及烟草制品中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸洗木质素的测定洗涤剂法》，采用湖北白肋烟烟梗粉末样品，制备得到烟草酸不溶木质素。

（2）采用浓度为1 mol/L的盐酸溶液，加热蒸煮烟草酸不溶木质素2 h，去除在硫酸酸解过程中没有脱离下来的小分子糖类组分；

（3）将得到的木质素固体物，用球磨将其粉碎，得到中红外光谱分析用烟草木质素参比物。

3.按以下方法进行木质素含量中红外光谱定量检测：

S1. 称取2～3 mg烟末试样，与100.0mg 溴化钾混合均匀，并在红外干燥器中再干燥1～2 min，得到锭片试样；准确称取100.0 mg溴化钾，将其压制成锭片，作为空白样；

所述用于压制锭片的溴化钾，在使用前粉碎、过200目筛，而后干燥（120 ℃用烘箱烘烤4 h以上），并保存在干燥皿内，使用时才取出。

S2.在压力12 MPa条件下，将S1所得锭片试样压制成型，压片持续时间2 min；

S4. 分别取约1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0 mg烟草木质素参比物，进行红外测定；将得到的红外谱图原始数据，进行拟合分峰，得到特征峰的面积数据；根据所得面积数据作图，得到烟草木质素特征峰的标准曲线图；

实验结果与分析

1.烟草木质素参比物的中红外光谱谱图分析

测定了烟草木质素参比物的中红外光谱图，结果如附图1所示。附图1显示，烟草木质素参比物在3380cm^-1附近存在一个宽而强的吸收峰，属于芳香族和脂肪族O-H的伸缩振动吸收。3070cm^-1附近的弱肩峰为芳环的C-H伸缩振动吸收峰。2935cm^-1附近中等强度的尖峰属于-CH₃，-CH₂中C-H的反对称伸缩振动吸收。1653cm-1的强峰为共轭羰基的伸缩振动吸收峰。1600cm^-1，1508cm^-1，1420cm^-1吸收峰归属于木质素苯丙烷结构的苯环骨架振动吸收峰，其中1508cm-^-1峰（范围1480～1560cm^-1）的吸收最强、峰形最尖锐，是烟草木质素的特征吸收峰。

2.烟草木质素定量特征峰的探讨

分别称取1.0～4.0mg烟草木质素参比物，分别测定其中红外谱图，结果如附图2所示。

木质素苯环的骨架振动吸收峰有3个：1600cm^-1、1508cm^-1、1420cm^-1，但它们不能全部作为烟草中木质素定量的特征峰。主要原因是，烟草中木质素的含量较低(3.5～7.5%)，烟草中含有的蛋白质、纤维素、糖类等其他成分的含量可能比木质素更高，它们的官能团在这些位置也可能产生吸收。例如：氨基酸中的NH²⁺变角振动频率为1640～1595cm^-1；羧酸根COO—反对称伸缩振动频率为1620～1540cm^-1，其对称伸缩振动频率为1420～1390cm^-1。样品中吸附的水分在1640cm^-1附近也会产生吸收（KBr具有吸湿性，压片法的制样过程无法避免样品对水分的吸附）。这从烟草木质素参比物、烟梗粉、烟叶粉的对比谱图，见附图3所示，可以得到验证：烟梗粉、烟叶粉在1653cm^-1，1420cm^-1附近的吸收强度远大于烟梗木质素，1600 cm^-1是以1653cm^-1的肩峰形式出现（在烟梗粉、烟叶粉谱图的没出现），这说明其它成分对这两个峰的影响很大，不适宜用于定量。

附图3显示，烟草木质素参比物的1508cm^-1峰吸收很强且峰形尖锐，而烟梗粉、烟叶粉的吸收很弱，这说明其他组分的官能团在这个位置基本无吸收。因此，可将1508cm^-1峰作为烟草木质素的特征吸收峰，根据其峰面积对木质素进行定量分析。

3.建立定量特征峰的标准曲线

将所测得的谱图数据导入Peak Fit v4.12软件，对1508cm^-1特征峰进行拟合分峰，得到如附图4和附图5所示的拟合谱图及峰面积数据。由峰面积数据作图，得到烟草木质素特征峰的标准曲线。

从1508cm^-1特征峰的红外特征峰拟合谱图（附图4和附图5）及其拟合峰面积数据（表1）可见，用Peak Fit软件进行Savitsky-Golay（多项式最小二乘法）平滑拟合的峰型与原始谱图吻合性很好，拟合的相关系数达到0.997以上。因此，这种拟合分峰技术符合准确定量的要求。

表1不同用量的烟草木质素参比物1508cm^-1特征峰的拟合峰面积数据举例

再由主峰峰面积数据，作出烟草木质素参比物的1508cm^-1特征峰面积的标准曲线，如附图6所示。由附图6可见，木质素参比物的标准曲线的拟合相关系数达到0.9914，达到准确定量的要求。利用所建立的标准曲线即可对选取的烟末样品进行中红外定量分析。

4.利用建立的标准曲线对烟草样品进行定量分析

测定所选用的3种烟梗、2种烟叶样品的红外谱图，再用标准曲线法分别进行定量分析。

（1）四川达州白肋烟烟梗粉

分别测定1.0、2.0、3.0、4.0mg四川达州白肋烟烟梗粉的中红外谱图，拟合得到其特征峰谱图（附图7和附图8所示）及拟合峰面积数据（表2）。

表2 四川达州烟梗粉的特征峰拟合峰面积数据

从拟合的谱图可见，在特征峰附近存在1508cm-1（范围1500～1513cm^-1）、1516cm-1（范围1507～1525cm^-1）两个十分接近的吸收峰，两个峰之间部分重叠，仍处在烟梗木质素1508cm^-1特征峰（1480～1560cm^-1）的范围之内。平滑拟合后的峰型与原始谱图吻合性，没有前述的烟草木质素参比物的效果好。这是因为该品种烟梗中其他成分的影响而导致的特征峰分裂。因此，在定量计算时应将分裂的两个峰面积加和，得到的烟草木质素定量结果，如表3所示。得出四川达州烟梗粉中的木质素含量为1.70%。

表3 四川达州烟梗粉中的木质素定量数据

注：x值的计算是由标准曲线（图6）方程y =2.9932x 得 x = y /2.9932。

木质素的质量百分含量=（ x / 加入样品质量）×100%

（2）湖北白肋烟烟梗粉

按同样的流程进行红外测试、特征峰面积拟合，得到湖北白肋烟梗粉的特征峰拟合峰面积数据及木质素的定量结果，如表4、表5所示。

表4 湖北白肋烟梗粉的特征峰拟合峰面积数据

表5湖北白肋烟梗粉中的木质素定量数据

由此得到，湖北白肋烟梗粉的木质素含量约为3.07%。

（3）特色优质烟叶B₁F（2010年）梗粉

按同样的流程进行红外测试、特征峰面积拟合，得到特色优质烟叶B1F梗粉、叶粉的特征峰拟合峰面积数据及木质素的定量结果，如表6/表7、表8/表9所示。

表6 特色优质烟叶B₁F梗粉的特征峰拟合峰面积数据

表7 特色优质烟叶B₁F梗粉中的木质素定量数据

由此得到，特色优质烟叶B₁F梗粉的木质素含量为2.45%。

表8 特色优质烟叶B₁F叶粉的特征峰拟合峰面积数据

表9特色优质烟叶B₁F梗粉中的木质素定量数据

由此得到，特色优质烟叶B1F叶粉的木质素质量百分含量约为1.21%，约为该优质烟叶B₁F梗粉（2.45%）的一半。这与现有常规技术（现有的行业标准方法YC/T 347-2010《烟草及烟草制品中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸洗木质素的测定洗涤剂法》）的测试结果（烟梗粉的木质素含量要高于叶粉的结论）相吻合。

利用中红外光谱法建立了烟草木质素的标准曲线定量方法。木质素参比物的标准曲线的拟合相关系数达到0.9914，基本达到准确定量的要求。对3种烟梗粉、1种烟叶粉分别进行了中红外光谱的测定，再进行特征峰面积拟合（拟合相关系数均接近0.99），由所建立的标准曲线计算得出各样品的木质素百分含量。

结果如下：四川达州烟梗粉的木质素百分含量为1.70% ，湖北烟梗粉约为3.07%，特色优质烟叶B₁F梗粉约为2.45%；特色优质烟叶B₁F叶粉的含量值约为1.21%；按照（现有的行业标准方法YC/T 347-2010《烟草及烟草制品中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸洗木质素的测定洗涤剂法》）的测试结果分别为四川达州烟梗粉的木质素百分含量为1.62% ，湖北烟梗粉约为2.98%，特色优质烟叶B₁F梗粉约为2.29%；特色优质烟叶B₁F叶粉的含量值约为1.13%。

Claims

1.一种应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2.在压力8～15 MPa条件下，将S1所得锭片试样压制成型；

2.根据权利要求1所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，S1所述每一锭片试样中含2～3 mg烟末试样和100.0mg 溴化钾；所述另一份溴化钾为100.0 mg。

3.根据权利要求1所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，S2所述压力为12MPa。

4.根据权利要求1所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，S1所述干燥是在红外干燥器中，50～150 ℃温度下干燥1～5 min。

5.根据权利要求1所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，S2所述压制的压片持续时间为1～5min。

6.根据权利要求1所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，S4所述拟合分峰是在将所测得的红外谱图原始数据导入Peak Fit v4.12软件，对1450～1550 cm^-1范围内一个波数的特征峰进行拟合分峰。

7.根据权利要求6所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，是对1508cm^-1范围内一个波数的特征峰进行拟合分峰。

8.根据权利要求1所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，所述烟草木质素参比物是按以下方法制备得到：

9.根据权利要求8所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，步骤（2）所述盐酸溶液的浓度为1 mol/L。

10.根据权利要求8所述应用中红外光谱法定量检测烟草木质素的方法，其特征在于，步骤（2）所述加热蒸煮的时间为2h；步骤（3）是将木质素固体物粉碎至粒度为80～100目。