CN105891349A - 一种红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种红外辅助顶空固相微萃取‑气相色谱‑质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，纤维头升温老化后顶空于烟叶样品空间内，在红外灯辐照下进行顶空固相微萃取，萃取完成后的纤维头热解析进样后再经GC‑MS进行定性定量分析，其中，红外灯功率为100‑275W，红外灯距离顶空瓶底部距离为2‑10cm。本发明采用红外辅助顶空固相微萃取技术结合气相色谱‑质谱联用法对烟草中挥发性成分进行提取与分析，样品前处理简单快速，样品用量少，且无需有机溶剂，环保安全。

Description

一种红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中 挥发性成分的方法
技术领域
本发明属于化学分析领域，涉及了一种烟草中挥发性成分的分析方法，具体涉及了一种红外辅助顶空固相微萃取技术与气相色谱质谱联用技术相结合分析烟草中挥发性成分的方法。
背景技术
烟草的香味是多种具有特定香味特征的香气成分共同作用的结果，不同烟草类型的品种或类型相同的品种在不同的生态环境和栽培条件下，其香气成分的组成、含量和比例不尽相同，因此表现不同的香气类型。通过定量定性分析，可以了解它们对卷烟产品风格的影响，又可为卷烟配方设计人员和调香技术人员提供技术依据和参考信息。
目前在国内外有关烟草挥发性成分的前处理及检测方法较多，传统方法如溶剂提取法、回流提取法、连续提取法和索氏提取法等，尽管应用广泛，所需的装置简单，易于操作，但均存在溶剂消耗量大、费时、操作步骤繁琐或提取率低等问题。
近些年来，一些新的技术，如超声波辅助提取、超临界流体萃取、微波辅助提取等技术被广泛应用。相较于传统提取技术，这些方法不需要消耗大量提取溶剂，提取时间也大大缩短,提取效率也有所增加。然而，这些方法都需要特定的设备，如超声波清洗仪、专用微波炉或超临界流体萃取系统等等，所导致的问题就是提取的成本随之增高。在这些提取新技术中，微波辅助提取技术应用较为广泛，如公开号为CN104931613A的中国专利文献公开了一种烟叶中挥发性成分的检测方法，(1)将烟叶与水混合，得到混合液；(2)将固相微萃取装置悬于混合液上方，进行顶空固相微萃取，得到萃取液；在顶空固相微萃取的过程中，对混合液进行微波处理，微波功率为500-700W；(3)对萃取液进行气相色谱和质谱联用分析，得到烟叶中挥发性成分的检测结果，却存在着微波辐射甚至微波泄漏等安全隐患问题。
发明内容
为克服现有技术存在的不足，本发明提供了简单、快速、高效、低成本且安全烟草中挥发性成分的分析方法。
一种红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，纤维头升温老化后顶空于烟叶样品空间内，在红外灯辐照下进行顶空固相微萃取，萃取完成后的纤维头热解析进样后再经GC-MS进行定性定量分析，其中，红外灯功率为100-275W，红外灯距离顶空瓶底部距离为2-10cm。
烟叶中的可挥发成分复杂，且含量较低，现有方法如微波辅助的固相微萃取-GC-MS的成分检出率较低。本发明中，采用红外辅助顶空固相微萃取技术结合气相色谱-质谱联用法对烟草中挥发性成分进行提取与分析，样品前处理简单快速，避免了繁琐的样品预处理过程，使检出结果能充分、客观反映样品中的组分及含量；样品用量少，且无需有机溶剂，环保安全。通过将红外辐射的高效和HS-SPME(顶空固相微萃取)的富集作用联合起来，可协同提高分析的速度和灵敏度。
所述的纤维头为65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯、75μmCarboxen/聚二甲基硅氧烷或85μm聚丙烯酸酯；老化温度为200-250℃，老化时间为20-40min。
本发明采用的纤维头优选材料涂层厚度为65μm的聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯纤维头、材料涂层厚度为75μm的Carboxen/聚二甲基硅氧烷或材料涂层厚度为85μm的聚丙烯酸酯。在使用前，先通过热处理，对纤维头进行老化处理。
作为优选，所述的纤维头65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯，老化温度为250℃，老化时间为30min。
萃取(提取)过程中，称取烟丝样品于顶空瓶中，用钳子将密封帽盖上。然后插入纤维头，进行顶空提取。在红外灯的辐照下进行顶空固相微萃取。所述的红外灯设置在顶空瓶的正下方。在所述功率及灯距(红外灯距离顶空瓶底部距离)下进行萃取，作为优选，萃取时间为5-25min。
红外灯的功率和灯距对萃取效率具有一定的影响，作为优选，红外灯功率为175W，红外灯距离顶空瓶底部距离为2cm，萃取时间为20min。
萃取完成后，将SPME针管插入GC仪进样口，在进样口处热解析，作为优选，热解析温度为200-250℃，热解析时间为4-10min。在所述温度和时间下，能保证纤维头吸附的样品(萃取物)充分解析。
样品完成进样后，对样品进行气质联用(GC-MS)分析，纤维头吸附的样品成分复杂，GC分析条件直接影响到各成分的分离度和检出度。
作为优选，GC分析条件为：
采用DB-5ms,325℃，60m×0.25mm×0.25μm的毛细管色谱柱；
程序升温：初始柱箱温度为60℃，保持0min；以4℃/min升至190℃，保持5min；再以3℃/min升至270℃，保持15min；
载气：氦气；
载气流速：1mL/min；
进样方式：不分流进样。
在该GC条件下，分离度高，检出限低，能实现对每一峰信号的准确分析。
质谱条件为：
离子源：电子轰击离子源；电子能量：70eV；传输线温度：280℃；离子源温度：230℃；
质量扫描范围为50～450amu，扫描速度是3scans/s，溶剂延迟3.5min。
随后对GC-MS进行定性定量分析：
通过自动质谱解卷积定性系统对烟草中挥发性成分进行定性分析，解卷积参数峰宽设为20，匹配因子最小值设置为80，谱图检索选择NIST11。
定性分析过程中分辨率、灵敏度及色谱峰形的要求均设为中等，谱图检索选择NIST11，同时结合文献辅助定性。
对定性后的各成分进行定量分析，定量分析通过化学工作站数据处理系统，按峰面积归一化法进行计算，求出各组分的相对百分含量。
作为优选方案，所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，包括以下步骤：
步骤(1)：萃取纤维头老化预处理
纤维头升温老化后待用，所述的纤维头为65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯，老化温度为250℃，老化时间为30min；
步骤(2)：红外辅助顶空固相微萃取
将SPME针管穿透装有烟叶样品的顶空瓶隔垫，推入手柄杆，使步骤(1)处理后的纤维头插入针管，从而使纤维头顶空于烟叶样品空间，在红外灯辐照下进行顶空固相微萃取，其中，红外灯功率为175W，红外灯距离顶空瓶底部距离为2cm，萃取时间为20min；
步骤(3)：GC-MS联用分析
步骤(2)萃取结束后，缩回纤维头，将SPME针管插入GC仪进样口，伸出纤维头，250℃下热解析6min后，进行GC-MS分析。
本发明建立了一种烟草中挥发性成分的分析方法，具有以下优点：
1.本发明首次采用红外辅助顶空固相微萃取技术结合气相色谱-质谱联用法对烟草中挥发性成分进行提取与分析，样品前处理简单快速,避免了繁琐的预处理过程,无需有机溶剂,环保安全,且样品用量少。
2.本发明建立的烟草中挥发性成分检测方法,具有高效和浓缩富集的优势,特别适合于烟草中的一些痕量挥发性成分的萃取。
3.本发明建立的烟草中挥发性成分检测方法，克服了现有技术的不足，为烟草中挥发性成分的分离分析提供一个简单高效、低成本且安全的提取方法。
附图说明
图1为红外辅助顶空固相微萃取装置示意图；
图2为实施例1-15的总峰面积图；
图3为实施例1、对比例1和对比例2的总离子流图。
具体实施方式
如图1所示，将SPME针管穿透装有烟叶样品4的顶空瓶3隔垫，推入手柄杆1，使纤维头2插入顶空瓶3内，顶空于烟叶样品4空间，顶空瓶3底部设置有红外灯5，在红外灯5的辐照下进行顶空固相微萃取，萃取完成后，缩回纤维头2，将SPME针管插入GC仪进样口，热解析后，进行GC-MS分析。
以下实施例按上述操作方法实施：
通过下述实施例对本发明做进一步的说明，但实施例并不是对本发明技术方案的限定。
仪器与试剂
仪器：固相微萃取手柄和萃取纤维头购买于Supelco公司(Bellefonte，PA，USA)，纤维头主要有65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯(PDMS/DVB)，75μm Carboxen/聚二甲基硅氧烷(CAR-PDMS)，85μm聚丙烯酸酯(PA)；
AL 204电子分析天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司)；
美国Agilent Technologies 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪；
顶空瓶(20ml，Agilent Technologies)；
密封帽(聚四氟乙烯，Agilent Technologies)；
红外灯(海宁市奇异照明电器有限公司，浙江，中国)；
烟丝样品(产自巴西)。
样品准备
准确称取1.50g烟丝样品于20ml顶空瓶中，用钳子将密封帽盖上。
实施例1
步骤(1)：萃取纤维头老化预处理
萃取纤维头老化：将65μmPDMS/DVB萃取纤维头装入手柄中，组成手动SPME进样器，插入温度为250℃的气化室，老化30min后缩回纤维头，拔出进样器。
步骤(2)：红外辅助顶空固相微萃取
将SPME针管穿透装有烟叶样品的顶空瓶隔垫，推入手柄杆，使步骤(1)处理后的PDMS/DVB纤维头插入针管，从而使PDMS/DVB纤维头顶空于烟叶样品空间，在红外灯辐照下进行顶空固相微萃取，其中，红外灯功率为175W，红外灯距离顶空瓶底部距离为2cm；萃取时间20min，
步骤(3)：GC-MS联用分析
步骤(2)萃取结束后，缩回PDMS/DVB纤维头，将SPME针管插入GC仪进样口，再次伸出PDMS/DVB纤维头，250℃下解析6min，进行GC-MS分析。
气相色谱-质谱联用分析条件：
色谱条件：毛细管色谱柱DB-5ms,325℃(60m×0.25mm×0.25μm)；进样口温度：250℃，解析6min；程序升温：初始柱箱温度为60℃，保持0min，以4℃/min升至190℃，保持5min，然后再以3℃/min升至270℃，保持15min；载气：氦气(纯度99.999％)；载气流速：1mL/min；进样方式：不分流进样。
质谱条件：离子源：电子轰击离子源(EI源)；电子能量：70eV；传输线温度：280℃；离子源温度：230℃；质量扫描范围为50～450amu，扫描速度是3scans/s，溶剂延迟3.5min。
对萃取头(纤维头)类别、提取时间、红外灯距离和红外灯功率进行筛选：
实施例2
和实施例1相比，区别在于，采用75μmCAR-PDMS，红外灯功率175W，提取时间20min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm。
实施例3
和实施例1相比，区别在于，采用85μm聚丙烯酸酯(PA)，红外灯功率175W，提取时间20min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm。
实施例1、实施例2和实施例3的总峰面积见图2(A)，其中，实施例1的总峰面积最高，说明PDMS/DVB对烟叶的挥发型成分具有良好的萃取效果。
实施例4
和实施例1相比，区别在于，红外灯功率为100W，提取时间20min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm。
实施例5
和实施例1相比，区别在于，红外灯功率为150W，提取时间20min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm。
实施例6
和实施例1相比，区别在于，红外灯功率为250W，提取时间20min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm。
实施例7
和实施例1相比，区别在于，红外灯功率为275W，提取时间20min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm。
实施例1、实施例4-7的总峰面积见图2(B)，红外灯功率在100-175W下，随着功率的增加，总峰面积增加明显，随着功率的进一步增强，总峰面积开始急剧下降。其中，实施例1的总峰面积最高。
实施例8
和实施例1相比，区别在于，红外灯距离顶空瓶的距离为4cm，红外灯功率175W，提取时间20min。
实施例9
和实施例1相比，区别在于，红外灯距离顶空瓶的距离为6cm，红外灯功率175W，提取时间20min。
实施例10
和实施例1相比，区别在于，红外灯距离顶空瓶的距离为8cm，红外灯功率175W，提取时间20min。。
实施例11
和实施例1相比，区别在于，红外灯距离顶空瓶的距离为10cm，红外灯功率175W，提取时间20min。。
实施例1、实施例8-11的总峰面积见图2(C)，随着距离的增加，总峰面积逐步下降。
实施例12
和实施例1相比，区别在于，萃取(提取)时间为5min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm，红外灯功率175W。
实施例13
和实施例1相比，区别在于，萃取(提取)时间为10min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm，红外灯功率175W。
实施例14
和实施例1相比，区别在于，萃取(提取)时间为15min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm，红外灯功率175W。
实施例15
和实施例1相比，区别在于，萃取(提取)时间为25min，红外灯距离顶空瓶的距离为2cm，红外灯功率175W。
实施例1、实施例12-15的总峰面积见图2(D)，随着提取时间的延长，总峰面积逐步提高，但提取时间高于20min后，总峰面积反而下降。
对各实施例的挥发性成分的定性及定量分析：
定性分析通过自动质谱解卷积定性系统，解卷积参数峰宽设为20，分辨率、灵敏度及色谱峰形的要求均设为中等，匹配因子最小值设置为80，谱图检索选择NIST11，同时结合文献辅助定性。定量分析通过化学工作站数据处理系统，按峰面积归一化法进行计算，求出各组分的相对百分含量。
烟草挥发性化学成分的定性定量结果分析
实施例1测得的总离子流见图3(A),定性出49种化学成分见表1，主要包括7种醇类化合物，1种酚类化合物，5种醛类化合物，3种酸类化合物，7种烃类化合物，13种酮类化合物，5种杂环类化合物，8种酯类化合物。从百分含量来看，杂环类化合物含量最高占21.99％，酮类化合物次之占20.36％，醇类化合物、醛类化合物、酯类化合物、酸类化合物和烃类化合物分别占14.69％、12.83％、11.48％、10.73％、7.08％，酚类化合物占0.80％。从单个化合物来看，主要有烟碱(18.44％)、十六烷酸(9.48％)、β-4,8,13-杜法三烯-1,3-二醇(5.88％)、大马酮(4.77％)、巨豆三烯酮B(4.42％)等一些重要致香成分。
对比例1
和实施例1相比，区别在于，用水浴加热方式代替红外辐照。其中水浴加热的温度为80℃，加热时间为20min。通过上述定性方法，发现对比例检测的物质组分见表2。
对比例2
和实施例1相比，区别在于，不采用红外灯对顶空瓶进行辐照。通过上述定性方法，发现对比例检测的物质组分见表3。
表1
表2
表3
采用传统水浴加热方式(对比例1)和无任何加热的条件(对比例2)测定的总离子流见图3(B)和图3(C)，其总峰面积分别为57.7×108和9.17×108，而实施例1(采用红外加热)相同时间总峰面积为234.23×108，对比例1的总峰面积为实施例1的24.63％，对比例2的总峰面积为实施例1的3.91％。从定性出的化合物来看，采用传统水浴加热方式和无任何加热分别定性出25种(定性成分见表2)和14种(定性成分见表3)化学成分，而实施例1定性出49种化学成分。综上可以看出，红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱法谱法为一个简单、高效、低成本的提取方法，可以快速有效地分析烟草中的挥发性成分。

Claims (9)

1.一种红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，纤维头升温老化后顶空于烟叶样品空间内，在红外灯辐照下进行顶空固相微萃取，萃取完成后的纤维头热解析进样后再经GC-MS进行定性定量分析，其中，红外灯功率为100-275W，红外灯距离顶空瓶底部距离为2-10cm。
2.如权利要求1所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，萃取时间为5-25min。
3.如权利要求1所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，所述的纤维头为65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯、75μmCarboxen/聚二甲基硅氧烷或85μm聚丙烯酸酯；老化温度为200-250℃，老化时间为20-40min。
4.如权利要求3所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，所述的纤维头65μm聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯，老化温度为250℃，老化时间为30min。
5.如权利要求4所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，红外灯功率为175W，红外灯距离顶空瓶底部距离为2cm，萃取时间为20min。
6.如权利要求1所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，热解析温度为200-250℃，热解析时间为4-10min。
7.如权利要求1所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，GC分析条件为：
采用DB-5ms,325℃，60m×0.25mm×0.25μm的毛细管色谱柱；
程序升温：初始柱箱温度为60℃，保持0min；以4℃/min升至190℃，保持5min；再以3℃/min升至270℃，保持15min；
载气：氦气；
载气流速：1mL/min；
进样方式：不分流进样。
8.如权利要求1所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，质谱条件为：
离子源：电子轰击离子源；电子能量：70eV；传输线温度：280℃；离子源温度：230℃；
质量扫描范围为50～450amu，扫描速度是3scans/s，溶剂延迟3.5min。
9.如权利要求1所述的红外辅助顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用测定烟草中挥发性成分的方法，其特征在于，通过自动质谱解卷积定性系统对烟草中挥发性成分进行定性分析，解卷积参数峰宽设为20，匹配因子最小值设置为80，谱图检索选择NIST11。
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