CN109738556A - 一种烟碱标准物质的制备方法及其制备的烟碱标准物质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种烟碱标准物质的制备方法及其制备的烟碱标准物质。该方法主采用凝胶过滤色谱来制备所述烟碱标准物质。另外,本发明还提供一种由本发明的方法制备的烟碱标准物质,该标准物质的不确定度更低,可用于检测烟草及烟草制品中的烟碱含量,保证检测结果的准确性和可比性。最后,利用制备得到的烟碱标准物质研制出的标准物质体系,将为烟草制品安全检测和监督管理提供重要的技术支撑。

Description

一种烟碱标准物质的制备方法及其制备的烟碱标准物质
技术领域
本发明涉及烟草化学检验技术领域,更具体地,本发明涉及一种烟碱标准物质的制备方法及其制备的烟碱标准物质。
背景技术
烟碱是烟草及烟草制品的致瘾性成分,属于烟碱乙酰胆碱受体的典型受体激动剂。烟碱是烟草及烟草制品、卷烟烟气和电子烟液中需要检测的重要化学成分。烟碱含量的高低是影响烟叶和卷烟质量的一个重要指标,极大地影响卷烟抽吸的劲头。采用连续流动分析法测定烟草及烟草制品中的总植物碱时需要使用烟碱标准物质。因此,亟需研制烟碱标准物质,以满足分析需求。
由于绝大多数定量分析方法都是基于直接或间接与已知值比较而进行的,因此提供具有已知组成和性质的参考样品(即标准物质)供准确校正对于定量分析来说是非常必要的,这些标准物质在一种或多种性质方面具有高度一致的值。与常规的实验室试剂不同,在同一标准物质样品内部各部分之间以及同批次标准物质的不同样品之间应具有高度一致性,从而使得这些标准物质能够用于在分析过程中校准分析仪器以及分析方法等。
标准物质通常要求高纯度,其组成与化学式高度一致并且化学稳定。由于对标准物质的这种严格要求,标准物质的制备一般需要在高度受控的条件下制造,以达到这种高纯度,并尽可能避免所含杂质对后续测定的影响。因此,标准物质的制备比常规分析化学试剂往往要复杂得多,经常需要多种高精度的分离纯化操作步骤(如HPLC等),同时也造成其高的制造成本。
尽管现有技术中已经有烟碱标准物质供应,但并未公开这些烟碱标准物质的制备方法。可以想象,与大多数标准物质一样,这些烟碱标准物质也都是通过复杂和高成本的多步骤高精度分离纯化方法而制得的。因此,仍需要一种简单经济的方法来制备烟碱标准物质。
发明内容
本发明的发明人意外地发现,利用烟叶作为起始原料,经过溶剂萃取后通过凝胶过滤色谱分离能够得到足以用作标准物质的烟碱溶液产品。基于此,本申请提供一种烟碱标准物质的制备方法。
因此,本发明的目的是提供一种烟碱标准物质的制备方法;
本发明的另一目的是提供一种由本发明的烟碱标准物质的制备方法制备的烟碱标准物质。
本发明的又一目的是提供一种上述烟碱标准物质分析待测样品中烟碱含量的用途。
实现本发明目的的技术方案如下:
一方面,本发明提供一种烟碱标准物质的制备方法,所述方法包括如下步骤:
1)称取烟叶样品,加入5%的氢氧化钠溶液中水浴搅拌,超声萃取、过滤并收集滤液,浓缩得烟碱溶液;
2)称取氨基改性交联葡聚糖凝胶填料,加入色谱级甲醇溶胀,待凝胶充分溶胀后进行装柱,并用去离子水和色谱级甲醇交替清洗凝胶填料,重复3次,得色谱柱;
3)将步骤1)制备的烟碱溶液施加至步骤2)填装的色谱柱,以体积比为1:1-1:4的乙醇和异丙醇作为流动相进行洗脱,控制色谱柱的温度为35℃,调节流动相的流速为2-4ml/min,每个流分接液50ml,将所接流分均进行密封避光保存;
4)将步骤3)得到的第三流分经真空冷冻干燥机进行冷冻干燥,得到纯度为99.7%以上的烟碱标准物质。
其中,在步骤1)中,优选地,所述烟叶可以是烤烟或白肋烟;
优选地,所述烟叶样品与5%氢氧化钠溶液的重量体积比为1:10-1:30,更优选地为1:25;
优选地,所述超声萃取进行2-6h,更优选进行4h;
在步骤2)中,优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料是由选自N,N-二甲基甲酰胺、4-肼基-4-氧代丁酸、己二酸二酰肼和马来酰亚胺改性的交联葡聚糖凝胶;更优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料是由4-肼基-4-氧代丁酸或己二酸二酰肼改性的交联葡聚糖凝胶填料;进一步优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料是由己二酸二酰肼改性的交联葡聚糖凝胶填料。
优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料的交联度为G-25;
优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料的凝胶粒度为20-50μm;
优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料通过如下方法制备:
向反应器中加入45%(质量比)的改性剂(比如N,N-二甲基甲酰胺、4-肼基-4-氧代丁酸、己二酸二酰肼和马来酰亚胺),加入50%(质量比)交联葡聚糖凝胶,升温至60±2℃恒温、搅拌、回流反应60min,滴加5%(质量比)的1,6-己二异氰酸酯,搅拌均匀于60±2℃恒温反应8h。反应完毕后用乙醇洗涤,取出后放真空干燥箱中干燥,得到氨基改性交联葡聚糖凝胶填料。
在本发明的一些实施方案中,采用上述方法制备的氨基改性交联葡聚糖凝胶对烟碱具有很好的纯化效果,反复使用次数多,既成本低又绿色环保。
在步骤3)中,优选地,所述乙醇和异丙醇的体积比为1:2;
优选地,流动相的流速为3.5ml/min;
另一方面,本发明还提供一种由上述方法制备的烟碱标准物质。
优选地,所述烟碱标准物质的纯度≥99.7%;
又一方面,本发明提供一种上述烟碱标准物质分析待测样品中烟碱含量的用途。
与现有技术相比,本发明还具有以下有益技术效果:
从烟叶提取的烟碱粗品中含有多种与烟碱结构非常相似的杂质,它们的化学性质与烟碱本身也非常相似。因此,通过常规的分离纯化方法很难将这些杂质与烟碱分离开。
本发明的发明人为制备烟碱标准物质进行了大量实验研究,在此过程中,发明人意外地发现,用烟叶提取的烟碱粗品作为原料通过本发明特定的凝胶过滤色谱可以获得可用作标准物质的烟碱产品。经过HPLC检测,这种烟碱产品的纯度大于99.7%。
本申请的发明人通过对萃取条件的筛选,使烟碱的提取产率显著得到了提高。另外,在本文所述的分离方法中采用了本发明特定氨基改性的葡聚糖凝胶填料制备的色谱柱,其不仅能够将烟碱与其它分子量差异较大的杂质分离开,同时还能将与烟碱结构相近的杂质分子分离,从而得到纯度显著提高的烟碱标准物质。
最后,本发明通将分离后的流分进行冷冻干燥处理,得到了纯度进一步提高的烟碱标准物质。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述,给出的实施例仅为了阐明本发明,而不是为了限制本发明的范围。
除非特别指出,以下实施例按照本领域技术人员已知的常规方法进行,所用试剂使用本领域在相应分析和制备中常用级别的试剂。除非特别指出,本文中所述百分含量为质量百分比。
仪器和试剂:
质谱仪:安捷伦7890-5975C(Agilent,USA),EI离子源。
核磁共振谱仪:Inova-500核磁共振仪,使用TMS为内标。
红外色谱仪:布鲁克Tensor 27。
HPLC:Agilent 1260 Series高效液相色谱仪,配有四元梯度泵、在线真空脱气机、自动进样器、柱温箱、二极管阵列检测器(DAD),AgilentChem Station化学工作站。
甲醇购于Fisher公司,色谱级;水为去离子水;醋酸铵为分析纯,购自北京化工厂。
实施例1氨基改性交联葡聚糖凝胶填料的制备
1.1向反应器中加入45%的N,N-二甲基甲酰胺,然后加入50%交联葡聚糖凝胶,升温至60±2℃恒温、搅拌、回流反应60min,滴加5%的1,6-己二异氰酸酯,搅拌均匀,于60±2℃恒温反应8h。反应完毕后用乙醇洗涤,取出后放真空干燥箱中干燥,得到氨基改性交联葡聚糖凝胶填料。
1.2采用上述制备方法,用4-肼基-4-氧代丁酸代替N,N-二甲基甲酰胺制备氨基改性交联葡聚糖凝胶填料。
1.3采用上述制备方法,用己二酸二酰肼代替N,N-二甲基甲酰胺制备氨基改性交联葡聚糖凝胶填料。
1.4采用上述制备方法,用马来酰亚胺代替N,N-二甲基甲酰胺制备氨基改性交联葡聚糖凝胶填料。
经计算并测定,上述制备得到的氨基改性交联葡聚糖凝胶填料的交联度为G-25,凝胶粒度为20-50μm。
采用以下实施例2中所述的制备方法制备烟碱溶液标准物质,并进行HPLC检测和重复性测定,其中结果如下表所示:
实施例2烟碱标准物质的制备
1)供试品的制备
称取100g烟叶样品,加入2000ml 5%氢氧化钠水溶液进行水浴搅拌提取,超声萃取4h,然后过滤收集滤液,将滤液浓缩到大约10ml,形成烟碱水溶液,作为供试品。
2)凝胶过滤色谱柱制备
称取500g氨基改性交联葡聚糖凝胶填料(由实施例1的1.2部分制备),加入500ml色谱级甲醇溶胀15min,待凝胶充分溶胀后进行装柱(约1.5米长),并用去离子水和色谱级甲醇交替清洗凝胶,重复3次。
3)凝胶过滤
将制备好的烟碱水溶液进行上样,以乙醇和异丙醇(体积比为1:2)作为流动相进行凝胶过滤色谱分离,控制色谱柱的温度为35℃,调节流动相的流速为4ml/min,每个流分接液50ml,将所接流分均进行密封避光保存。
4)烟碱标准物质制备
将步骤3)所接第3流分经真空冷冻干燥机进行冷冻干燥,得到纯度为99.7%以上的烟碱标准物质。
5)HPLC检测
对所有流分进行HPLC检测,其中检测条件为:色谱柱:ZORBAX Eclipse XDB-C18(4.6mm×250mm,5um);流动相:甲醇:乙醇体积比6:4;流速:0.5ml/min;检测波长:262nm;柱温:35℃;进样量:10μl。各流分的HPLC检测结果如下表所示:
不同流分中烟碱含量
发明人意外地发现,其中第3流分含有纯度达到99.7%以上的烟碱,经真空冷冻干燥机进行冷冻干燥,得到纯度为99.7%以上的烟碱标准物质。同时采用国际标准方法ISO13276:1997《烟草及烟草制品烟碱纯度的测定-硅钨酸重量法》进行测定,发现所得组分烟碱纯度也达到了99.7%以上。
实施例3烟碱标准物质的制备
1)供试品的制备
称取100g烟叶样品,加入2500ml 5%氢氧化钠水溶液进行水浴搅拌提取,超声萃取4h,然后过滤收集滤液,将滤液浓缩到大约10ml,形成烟碱水溶液,作为供试品。
2)凝胶过滤色谱柱制备
称取500g氨基改性交联葡聚糖凝胶填料(由实施例1的1.3部分制备),加入500ml色谱级甲醇溶胀15min,待凝胶充分溶胀后进行装柱(约1.5米长),并用去离子水和色谱级甲醇交替清洗凝胶,重复3次。
3)凝胶过滤
将制备好的烟碱水溶液进行上样,以乙醇和异丙醇(体积比为1:2)作为流动相进行凝胶过滤色谱分离,控制色谱柱的温度为35℃,调节流动相的流速为3.5ml/min,每个流分接液50ml,将所接流分均进行密封避光保存。
4)烟碱标准物质制备
将步骤3)所接第3流分经真空冷冻干燥机进行冷冻干燥,得到纯度为99.7%以上的烟碱标准物质。
5)HPLC检测
对所有流分进行HPLC检测,其中检测条件为:色谱柱:ZORBAX Eclipse XDB-C18(4.6mm×250mm,5um);流动相:甲醇:乙醇体积比6:4;流速:0.5ml/min;检测波长:262nm;柱温:35℃;进样量:10μl。
各流分的HPLC检测结果如下表所示:
不同流分中烟碱含量
编号 烟碱含量(%) RSD(%)
第1流分 0 0
第2流分 0.2 18.4
第3流分 99.7 2.5
第4流分 0.1 7.1
第5流分 0 0
实施例4凝胶过滤中流动相的选择
按照实施例2的方法,设置5组实验,其中各组实验采用下表相应物质作为溶剂,其它条件与实施例2的条件相同。
实验组 使用的溶剂
第1组 异丙醇
第2组 乙醇
第3组 乙醇和异丙醇
第4组 正己烷
第5组
上述5组实验得到烟碱溶液标准物质进行HPLC检测和重复性测定。
结果如下表所示:
实验组 烟碱纯度(%) RSD(%)
第1组 90.6 6.8
第2组 92.4 7.9
第3组 99.7 2.5
第4组 85.3 10.5
第5组 76.5 8.7
实施例5供试品制备中固液比的选择
按照实施例3的方法,设置5组实验,其中各组实验中,烟叶与氢氧化钠溶液的重量体积比如下表所示,其它条件与实施例3的条件相同。
实施例6供试品制备中萃取时间的筛选
按照实施例2的方法,设置5组实验,其中各组实验中,超声萃取时间如下表所示,其它条件与实施例2的条件相同。
实施例7凝胶过滤中流动相流速的筛选
按照实施例3的方法,设置5组实验,其中各组实验中,凝胶过滤色谱的流动相流速如下表所示,其它条件与实施例3的条件相同。
实验组 流动相流速(ml/min) 纯度(%) RSD(%)
第1组 2 96.3 6.2
第2组 2.5 98.9 5.3
第3组 3 99.5 4.1
第4组 3.5 99.7 2.7
第5组 4 99.6 4.3
实施例8烟碱的结构鉴定
将由实施例3制备的烟碱纯品分别用气相色谱质谱联用和紫外光谱仪进行结构鉴定,其中:
EI-MS中给出了m/z 84,m/z 133,m/z 162等离子峰,1H-NMR给出了以下数据结果:δ8.543,δ8.487,δ7.711,δ7.255,δ3.237,δ3.087,δ2.160和δ1.958;红外色谱图给出了化合物在2958cm-1,2942cm-1,1677cm-1和1417cm-1等处有较强吸收;同时紫外色谱图显示化合物在260nm处有较强紫外吸收。
从以上分析数据可以看出,该化合物的结构确定为烟碱的结构。
实施例9烟碱溶液标准物质的HPLC分析条件的选择
9.1供试品溶液配制
精密称取实施例3制备的烟碱纯品10.00mg置于10mL容量瓶中,加水适量使溶解并稀释至刻度,得浓度为1.00mg/mL的烟碱溶液,供确定色谱分离条件以及定值用。
9.2色谱条件确定
9.2.1流动相的选择
分别考察了甲醇:乙醇(60:40)和甲醇:乙醇(40:60)两种流动相,由于甲醇:乙醇(40:60)流动相系统分析过程中出峰过早,因此选择了甲醇:乙醇(60:40)作为流动相。
9.2.2色谱柱的选择:
分别考察了ZORBAX SB-C18(4.6mm×150mm,5um)色谱柱和ZORBAX Eclipse XDB-C18(4.6mm×150mm,5um)色谱柱,杂质峰都可达到较好的分离效果,最终选择了ZORBAXEclipse XDB-C18(4.6mm×150mm,5um)色谱柱进行随后的试验。
最终确定的色谱条件如下:色谱柱:ZORBAX Eclipse XDB-C18(4.6mm×150mm,5um);流速:0.5ml/min;检测波长:262nm;柱温:35℃;进样量:10μl。
实施例10烟碱定值试验
10.1烟碱纯品的均匀性检查
随机抽取15份样品,每一份重复测量3次,其测量根据《标准物质定值的通用原则及统计学原理》(JJF 1343-2012)中对均匀性检验抽样数量的要求(当200<N≤500时,抽取单元数不少于15)。因此从实施例3所制备烟碱纯品样品中按照封装先后抽取15瓶。每瓶制备三个试样,共制得45个试样,并对每个试样进行编号。按照国际标准方法ISO13276:1997《烟草及烟草制品烟碱纯度的测定硅钨酸重量法》中规定的方法进行烟碱含量测试,其均匀性检验测试结果如下表所示。依据ISO guide 35-2006,采用F检验法进行统计分析,小于F0.05(14,30),表明样品之间在置信概率95%水平下不存在显著性差异,分装后的烟碱溶液标准物质样品是均匀的。
均匀性检验结果
10.2烟碱溶液的室温放置稳定性检查
根据JJF1343-2012规定,标准物质的研制需要研究运输及转移过程对环境的要求,需对分装后标准物质样品进行高温实验(60℃,14天)、高湿实验(90%±5%,25℃,14天)、光照实验(照度4500lx±500lx,14天),并分别于0天、7天、14天对经过高温、高湿、光照后的标准物质样品进行检测,以考察标准物质样品变化情况。
烟碱标准物质包装为玻璃瓶瓶口蜡封,存放条件为4-8℃避光保存,运输过程采用外包装避光运输,因此温度是影响短期稳定性的重要因素。依据JJF1343-2012规定,考察了样品在60℃条件下,第0天、第7天、第14天样品含量变化情况。
针对样品随机抽取9瓶,其中6瓶放置于设定温度为60℃烘箱中,其余3瓶直接测试,第7天从烘箱中取出3瓶测试,第14天将最后的3瓶取出测试,每瓶样品均重复测定3次。
按照JJF1343-2012要求,根据JJF1343-2012规定,当标准物质特性量值的标准值未知时,用平均值一致性检验法评价标准物质的稳定性。
三个样品短期稳定性检测结果见下表。
样品高温稳定性检验结果(单位:%)
对于样品短期稳定性实验结果t(检验)小于t(4,0.05)(查表可知,t(4,0.05)=2.78),表明样品在高温条件下稳定性良好。
从以上HPLC结果分析来看,我们对商业供应的烟碱粗品进行了有效的分离纯化,其在检测波长为262nm的情况下均达到了99%以上的纯度,且样品均匀性和稳定性较好,可作为标准物质使用。
从以上各个分析结果可以看出,我们从烟叶原料提取的烟碱粗品通过凝胶渗透色谱进行了有效的分离纯化,最终得到了纯度≥99.7%的烟碱纯品,并对烟碱进行了结构测定和相关的一些含量测定,实验结果证明这种制备烟碱标准物质的方法稳定、可靠、可重复性强。

Claims (9)

1.一种烟碱标准物质的制备方法,所述方法包括如下步骤:
1)称取烟叶样品,加入5%的氢氧化钠溶液中水浴搅拌,超声萃取、过滤并收集滤液,浓缩得烟碱溶液;
2)称取氨基改性交联葡聚糖凝胶填料,加入色谱级甲醇溶胀,待凝胶充分溶胀后进行装柱,并用去离子水和色谱级甲醇交替清洗凝胶填料,重复3次,得色谱柱;
3)将步骤1)制备的烟碱溶液施加至步骤2)填装的色谱柱,以体积比为1:1-1:4的乙醇和异丙醇作为流动相进行洗脱,控制色谱柱的温度为35℃,调节流动相的流速为2-4ml/min,每个流分接液50ml,将第三流分接收并进行密封避光保存;
4)将步骤3)得到的第三流分经真空冷冻干燥机进行冷冻干燥,得到纯度为99.7%以上的烟碱标准物质。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,在步骤1)中,所述烟叶可以是烤烟或白肋烟;
优选地,所述烟叶样品与5%氢氧化钠溶液的重量体积比为1:10-1:30,更优选地为1:25;
优选地,所述超声萃取进行2-6h,更优选进行4h。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,在步骤2)中,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料是由选自N,N-二甲基甲酰胺、4-肼基-4-氧代丁酸、己二酸二酰肼和马来酰亚胺改性的交联葡聚糖凝胶;优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料是由4-肼基-4-氧代丁酸或己二酸二酰肼改性的交联葡聚糖凝胶填料;进一步优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶是由己二酸二酰肼改性的交联葡聚糖凝胶填料。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其中,在步骤2)中,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料的交联度为G-25;
优选地,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶的凝胶填料粒度为20-50μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其中,在步骤2)中,所述氨基改性交联葡聚糖凝胶填料通过如下方法制备:
向反应器中加入45%(质量比)的改性剂,加入50%(质量比)交联葡聚糖凝胶,升温至60±2℃恒温、搅拌、回流反应60min,滴加5%(质量比)的1,6-己二异氰酸酯,搅拌均匀于60±2℃恒温反应8h;反应完毕后用乙醇洗涤,取出后放真空干燥箱中干燥,得到氨基改性交联葡聚糖凝胶填料。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法,其中,在步骤3)中,所述乙醇和异丙醇的体积比为1:2;
优选地,流动相的流速为3.5ml/min。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的方法制备的烟碱标准物质。
8.根据权利要求7所述的烟碱标准物质,其中,所述烟碱标准物质的纯度≥99.7%。
9.一种根据权利要求1-6中任一项所述的方法制备的烟碱标准物质或权利要求7或8所述的烟碱标准物质分析待测样品中烟碱含量的用途。
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