CN110954604A - 一种基于gc-ms/ms的烟用香精质量监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种于GC‑MS/MS的烟用香精质量监控方法。本发明通过建立GC‑MS/MS快速分析烟用香精全组分香气成分的方法，并结合基于主成分分析的MSPC技术，采用统计量Hotelling T2，建立烟用香精质量监控评价模型并进行烟用香精的质量判定。本发明所述的方法全面反映烟用香精的内在质量，为烟用香精的质量监控提供一种准确、灵敏、可靠的评价方法，保证烟用香精的质量稳定。
Description
技术领域
本发明属于烟草香精的质量检测领域，特别是涉及一种基于GC-MS/MS的烟用香精质量监控方法。
背景技术
烟用香精的质量监控一直是香精企业和卷烟生产企业高度关注的问题，目前，香精质量通常依照YC/T 145行业标准方法测定折光指数、相对密度和酸值等理化指标来监控。由于受产品特性、主观意识、环境和个体差异等因素的影响,常规理化指标检测不能准确反映香精的内在质量及其波动。只有对香精成分进行精确分析，并建立有效的监控体系，才能保证烟用香精质量的稳定性。
烟用香精主要采用GC、GC-MS、GC×GC-TOFMS和HPLC等方法分析主要致香成分并结合指纹图谱等化学计量学方法进行质量控制，由于烟用香精的化学组分十分复杂，现有分析方法受检测灵敏度的限制并不能对香气成分进行全组分分析，造成检测结果准确度不高。而且各组分对香味的贡献存在着协同效应,有时即使是含量极少或本身没有香气的组分,也可能对卷烟的吸味产生影响。因此有必要研究开发一种能够快速准确分析烟用香精全组分香气成分的方法和灵敏可靠的质量监控评价方法。
GC-MS/MS近年来在农药残留、环境污染物等领域得到广泛应用，其高通量、高选择性和高灵敏度的优势对于烟用香精这种复杂基质体系的分析具有很大的应用空间。多元统计过程控制(Multivariate Statistical Process Control,MSPC)通过建立多元统计模型(PCA、PLS模型)，将大量的过程变量通过多元统计的方法投影或映射到由少量隐变量定义的低维空间中去，并计算各时间点的控制参数(如Hotelling T2、平方预测误差Q等)，通过统计量建立控制图，使过程监控、质量检测及相应的研究得以简化。
发明内容
本发明的目的在于建立快速准确提取分析烟用香精全组分香气成分的方法，全面反映烟用香精的内在质量，为烟用香精的质量监控提供一种准确、灵敏、可靠的评价方法，保证烟用香精的质量稳定。
本发明的主要目的是通过以下技术方案来实现的：建立GC-MS/MS快速分析烟用香精全组分香气成分的方法，并结合基于主成分分析的MSPC技术，采用统计量Hotelling T2，建立烟用香精质量监控评价模型并进行烟用香精的质量判定。
本发明提出的一种基于GC-MS/MS的烟用香精质量监控方法，包括以下步骤：
1)将香精样品、无水硫酸钠加入至含有内标溶液的萃取剂中，超声提取，取上层萃取液，过滤，获得香精样品溶液；
其中，选取不少于12个批次，每个批次选取不少于5个的香精样品；
2)将所述香精样品溶液进行GC-MS/MS分析，获得所述待测样品溶液各香气成分的峰面积与内标峰面积的比值，对所述待测样品进行半定量分析；
3)基于GC-MS/MS分析所得到的数据，建立PCA模型；设Xm×n为m行n列的数据矩阵，表示m个样品的n个性质的数据矩阵；通过主成分分析可以使Xm×n分解为主成分矩阵Tm×p、载荷矩阵
和残差矩阵Em×n：
其中，p为主成分数，用λ表示Xm×n协方差阵的特征值；
4)计算统计量Hotelling T2，以3σ为控制上限，进行绘制，建立质量监控控制图；
所述Hotelling T2是数据距离参考位置的马氏距离，即为：
其中，S为X的方差-协方差阵，即为：
5)将待测香精样品采用步骤1)相同的方法，获得待测香精溶液，然后采用步骤2)相同的GC-MS/MS分析采集数据，然后将所述数据带入T2模型中，计算其T2值，并根据控制限确定其是否为合格品。
其中，步骤1)中的所述超声提取具体为：超声提取5～10min后静置5min。
所述过滤采用有机滤膜进行过滤。
本发明限定每10mL萃取剂中加入0.4～0.6g香精样品，以及4～6g无水硫酸钠。其中，每1L萃取剂中加入浓度为0.0001g/mL内标溶液0.08～1.2mL；
进一步优选，每10mL萃取剂中加入0.5g香精样品，以及5g无水硫酸钠。其中，每1L萃取剂中加入浓度为0.0001g/mL内标溶液1mL；
本发明采用的萃取剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、环己烷中的一种或多种，优选为丙酮。
本发明所采用的内标根据香气成分种类进行选择和配制，一般选择香精中不存在的组分，例如萘、苯甲酸正丙酯、乙酸苯乙酯；优选为苯甲酸正丙酯。其中，所述内标溶液的溶剂与萃取剂一致。
其中，含有内标溶液的萃取剂可选用如下方式配制：
1)配制内标溶液：准确称取0.1g内标标准品于100mL容量瓶中，用溶剂定容至刻度。
2)配制萃取溶液：准确移取0.1mL步骤1)配制的内标溶液，用溶剂稀释定容至1L。
本发明对多批次同一香精样品经萃取提取后，进行GC-MS/MS分析，用相对峰面积(各目标物的峰面积与内标峰面积的比值)对样品进行半定量分析。
其中，所述GC-MS/MS分析中优选的色谱分析条件具体为：采用DB-WAX毛细管柱，进样口温度：250℃；进样量：1μL，不分流进样；恒流模式，柱流量1mL/min；升温程序：初始温度45℃，保持5min，以4℃/min的速率升温至200℃，再以10℃/min的速率升温至240℃，保持5min。
其中，所述GC-MS/MS分析中优选的质谱分析条件具体为：EI电离模式，电离能70ev；离子源温度：230℃；传输线温度：250℃；Q1和Q3温度：150℃；碰撞气：N2，纯度99.999％，流速1.5mL/min；淬灭气：He，流速2.25mL/min；；扫描方式：Scan、SIM、多反应监测MRM模式。
本发明在进行GC-MS/MS分析、数据处理后，建立初始模型，其中，所述主成分数可以通过计算累积贡献率δ来确定：
计算中一般满足第p个主成分的λ大于1，且前p个主成分的累积贡献率大于85％。
本发明步骤4)，因T2计算需要对数据的方差-协方差阵求逆，S需满秩。一般数据存在共线性问题，无法直接计算T2，可以先通过主成分分析计算主成分，去掉干扰信息，并去除数据共线性问题，然后用主成分计算T2。
优选的，在主成分分析前，为了消除量纲的影响，对数据进行标准归一化，即为：
T2是多个变量变换后累积的标量，可表示偏离正常期望的程度。在控制图中采用3σ方法计算T2控制限。
本发明所述的烟用香精质量监控方法提供一种优选方案，具体包括如下步骤：
1)将香精样品、无水硫酸钠按每10mL丙酮中加入0.4～0.6g香精样品，以及4～6g无水硫酸钠的量，加入至含有内标溶液的丙酮中，超声提取，取上层萃取剂，过滤，获得香精样品溶液；
其中，每1L丙酮中加入浓度为0.0001g/mL内标溶液0.08～1.2mL；所述内标溶液为苯甲酸正丙酯的丙酮溶液
其中，选取不少于12个批次，每个批次选取不少于5个的香精样品；
2)将所述香精样品溶液进行GC-MS/MS分析，获得所述待测样品溶液各香气成分的峰面积与内标峰面积的比值，对所述待测样品进行半定量分析；
其中，所述GC-MS/MS分析中色谱分析条件具体为：采用DB-WAX毛细管柱，进样口温度：250℃；进样量：1μL，不分流进样；恒流模式，柱流量1mL/min；升温程序：初始温度45℃，保持5min，以4℃/min的速率升温至200℃，再以10℃/min的速率升温至240℃，保持5min；
质谱分析条件具体为：EI电离模式，电离能70ev；离子源温度：230℃；传输线温度：250℃；Q1和Q3温度：150℃；碰撞气：N2，纯度99.999％，流速1.5mL/min；淬灭气：He，流速2.25mL/min；；扫描方式：Scan、SIM、多反应监测MRM模式；
3)基于GC-MS/MS分析所得到的数据，建立PCA模型；设Xm×n为m行n列的数据矩阵，表示m个样品的n个性质的数据矩阵；通过主成分分析可以使Xm×n分解为主成分矩阵Tm×p、载荷矩阵
和残差矩阵Em×n：
其中，p为主成分数，用λ表示Xm×n协方差阵的特征值；
4)计算统计量Hotelling T2，以3σ为控制上限，进行绘制，建立质量监控控制图；
所述Hotelling T2是数据距离参考位置的马氏距离，即为：
其中，S为X的方差-协方差阵，即为：
其中，所述主成分数可以通过计算累积贡献率δ来确定：
计算中一般满足第p个主成分的λ大于1，且前p个主成分的累积贡献率大于85％。
计算T2前，先通过主成分分析计算主成分，去掉干扰信息，并去除数据共线性问题，然后用主成分计算T2；
在主成分分析前，为了消除量纲的影响，对数据进行标准归一化，即为：
5)将待测香精样品采用步骤1)相同的方法，获得待测香精溶液，然后采用步骤2)相同的GC-MS/MS分析采集数据，然后将所述数据带入T2模型中，计算其T2值，并根据控制限确定其是否为合格品。
本发明的至少具有如下有益效果：
1、本发明采用超声提取的方式，可以更加快速提取香精中的香气成分，避免长时间提取造成香气成分的损失。
2、本发明采用GC-MS/MS分析方法，可以最大程度获取香精中香气成分的组成情况，充分反映烟用香精的内在质量。
3、本发明结合基于主成分分析的MSPC技术，采用统计量Hotelling T2，建立了烟用香精质量监控评价模型，可以准确、灵敏、可靠地对烟用香精质量进行判定。
4、本发明的方法适用于不同类型香精香料的质量判定。所述香精香料包括香精、料液、浸膏、酊剂及各种香原料等。
附图说明
图1为实施例1的流程图；
图2为实施例1中累计贡献率随主成分数变化图；
图3为实施例中质量监控模型控制图及合格样品判定结果；
图4为实施例1中不合格样品判定结果。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种基于GC-MS/MS的烟用香精质量监控方法，以M型烟用香精为例，如图1所示的流程图，具体包括如下步骤：
1)萃取溶液的配制
准确称取0.1g苯甲酸正丙酯标准品，置于100mL容量瓶中，用丙酮稀释并定容，得浓度为1mg/mL的内标溶液。然后准确移取0.1ml内标溶液于1L容量瓶中，用丙酮稀释并定容，得萃取溶液。
2)样品前处理
准确称取0.5g(精确至0.1mg)M型香精于25mL具塞三角瓶中，加入10mL萃取溶液，再加入5g无水硫酸钠，轻摇几下，至无水硫酸钠不结块，然后超声提取5min，静置5min，取上层萃取液经微孔滤膜过滤，获得提取液。
3)将提取液进行GC-MS/MS分析；
其中，色谱分析条件具体为：进样口温度：250℃；进样量：1μL，不分流进样；恒流模式，柱流量1mL/min；升温程序：初始温度45℃，保持5min，以4℃/min的速率升温至200℃，再以10℃/min的速率升温至240℃，保持5min；
质谱分析条件具体为：EI电离模式，电离能70ev；离子源温度：230℃；传输线温度：250℃；Q1和Q3温度：150℃；碰撞气：N2，纯度99.999％，流速1.5mL/min；淬灭气：He，流速2.25mL/min；；扫描方式：Scan、SIM、多反应监测MRM模式；
仪器分析参数如表1所示。
4)数据分析
对连续12批次M型香精样品GC-MS/MS分析后，每批次样品平行测定5次，获取的72个香气成分半定量分析结果。
5)建立初始模型
基于GC-MS/MS分析所得到的数据，建立PCA模型；设Xm×n为m行n列的数据矩阵，表示m个样品的n个性质的数据矩阵；通过主成分分析可以使Xm×n分解为主成分矩阵Tm×p、载荷矩阵
和残差矩阵Em×n：
其中，p为主成分数，用λ表示Xm×n协方差阵的特征值；
采用累积方差贡献率对不同主成分数进行了分析，结果如图2所示，主成分数在5时累积贡献率可达到90％，因此本研究采用5个主成分计算T2；
6)计算统计量Hotelling T2，以3σ为控制上限，进行绘制，建立质量监控控制图；
所述Hotelling T2是数据距离参考位置的马氏距离，即为：
其中，S为X的方差-协方差阵，即为：
其中，所述主成分数可以通过计算累积贡献率δ来确定：
计算中一般满足第p个主成分的λ大于1，且前p个主成分的累积贡献率大于85％。
计算T2前，先通过主成分分析计算主成分，去掉干扰信息，并去除数据共线性问题，然后用主成分计算T2；
在主成分分析前，为了消除量纲的影响，对数据进行标准归一化，即为：
图3所示为M型香精质量监控模型控制图，控制图以3σ为控制上限，图中12批次共计60个样品的T2值都在3σ控制上限以内。
7)未知样品质量判定
采用上述模型对最新进货批次M型香精进行了分析和监测，结果如图3所示。61-65号样品为最新批次香精Hotelling T2计算结果，都处于质量控制限以内，说明该批次香精质量较稳定。
针对其它种类香精的混入及香气成分含量的改变造成的香精品质改变也可以通过该模型进行预测，图4所示为异常样品的预测结果。66-71号样品为1:1混入其它品种香精的预测结果，72、73号样品分别为加入不同梯度混合标准样品后预测的结果，T2计算结果都远远超出质量监控模型的控制上限，说明该香精样品质量不合格。
表1 M型烟用香精中72种香气组分及内标物的仪器分析参数
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种基于GC-MS/MS的烟用香精质量监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将香精样品、无水硫酸钠加入至含有内标溶液的萃取剂中，超声提取，取上层萃取液，过滤，获得香精样品溶液；
其中，选取不少于12个批次，每个批次选取不少于5个的香精样品；
2)将所述香精样品溶液进行GC-MS/MS分析，获得所述待测样品溶液各香气成分的峰面积与内标峰面积的比值，对所述待测样品进行半定量分析；
3)基于GC-MS/MS分析所得到的数据，建立PCA模型；设Xm×n为m行n列的数据矩阵，表示m个样品的n个性质的数据矩阵；通过主成分分析可以使Xm×n分解为主成分矩阵Tm×p、载荷矩阵
和残差矩阵Em×n：
其中，p为主成分数，用λ表示Xm×n协方差阵的特征值；
4)计算统计量Hotelling T2，以3σ为控制上限，进行绘制，建立质量监控控制图；
所述Hotelling T2是数据距离参考位置的马氏距离，即为：
其中，S为X的方差-协方差阵，即为：
5)将待测香精样品采用步骤1)相同的方法，获得待测香精溶液，然后采用步骤2)相同的GC-MS/MS分析采集数据，然后将所述数据带入T2模型中，计算其T2值，并根据控制限确定其是否为合格品。
2.根据权利要求1所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，每10mL萃取液中加入0.4～0.6g香精样品，以及4～6g无水硫酸钠；
其中，每1L萃取剂中加入浓度为0.0001g/mL内标溶液0.08～1.2mL；
优选的，所述内标溶液的溶剂与萃取剂一致。
3.根据权利要求1或2所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，所述萃取剂选自甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、环己烷中的一种或多种，优选为丙酮。
4.根据权利要求1～3任一项所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，所述内标溶液选自萘、苯甲酸正丙酯、乙酸苯乙酯溶液中的一种或多种；优选为苯甲酸正丙酯溶液。
5.根据权利要求1～4任一项所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，所述GC-MS/MS分析中色谱分析条件具体为：采用DB-WAX毛细管柱，进样口温度：250℃；进样量：1μL，不分流进样；恒流模式，柱流量1mL/min；升温程序：初始温度45℃，保持5min，以4℃/min的速率升温至200℃，再以10℃/min的速率升温至240℃，保持5min。
6.根据权利要求1～5任一项所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，所述GC-MS/MS分析中质谱分析条件具体为：EI电离模式，电离能70ev；离子源温度：230℃；传输线温度：250℃；Q1和Q3温度：150℃；碰撞气：N2，纯度99.999％，流速1.5mL/min；淬灭气：He，流速2.25mL/min；；扫描方式：Scan、SIM、多反应监测MRM模式。
7.根据权利要求1～6任一项所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，所述主成分数可以通过计算累积贡献率δ来确定：
计算中一般满足第p个主成分的λ大于1，且前p个主成分的累积贡献率大于85％。
8.根据权利要求1～7任一项所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，计算T2前，先通过主成分分析计算主成分，去掉干扰信息，并去除数据共线性问题，然后用主成分计算T2。
9.根据权利要求8所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，在主成分分析前，为了消除量纲的影响，对数据进行标准归一化，即为：
10.根据权利要求1～9所述的烟用香精质量监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将香精样品、无水硫酸钠按每10mL丙酮中加入0.4～0.6g香精样品，以及4～6g无水硫酸钠的量，加入至含有内标溶液的丙酮中，超声提取，取上层萃取液，过滤，获得香精样品溶液；
其中，每1L丙酮中加入浓度为0.0001g/mL内标溶液0.08～1.2mL；所述内标溶液为苯甲酸正丙酯的丙酮溶液
其中，选取不少于12个批次，每个批次选取不少于5个的香精样品；
2)将所述香精样品溶液进行GC-MS/MS分析，获得所述待测样品溶液各香气成分的峰面积与内标峰面积的比值，对所述待测样品进行半定量分析；
其中，所述GC-MS/MS分析中色谱分析条件具体为：采用DB-WAX毛细管柱，进样口温度：250℃；进样量：1μL，不分流进样；恒流模式，柱流量1mL/min；升温程序：初始温度45℃，保持5min，以4℃/min的速率升温至200℃，再以10℃/min的速率升温至240℃，保持5min；
质谱分析条件具体为：EI电离模式，电离能70ev；离子源温度：230℃；传输线温度：250℃；Q1和Q3温度：150℃；碰撞气：N2，纯度99.999％，流速1.5 mL/min；淬灭气：He，流速2.25mL/min；；扫描方式：Scan、SIM、多反应监测MRM模式；
3)基于GC-MS/MS分析所得到的数据，建立PCA模型；设Xm×n为m行n列的数据矩阵，表示m个样品的n个性质的数据矩阵；通过主成分分析可以使Xm×n分解为主成分矩阵Tm×p、载荷矩阵
和残差矩阵Em×n：
其中，p为主成分数，用λ表示Xm×n协方差阵的特征值；
4)计算统计量Hotelling T2，以3σ为控制上限，进行绘制，建立质量监控控制图；
所述Hotelling T2是数据距离参考位置的马氏距离，即为：
其中，S为X的方差-协方差阵，即为：
其中，所述主成分数可以通过计算累积贡献率δ来确定：
计算中一般满足第p个主成分的λ大于1，且前p个主成分的累积贡献率大于85％；
计算T2前，先通过主成分分析计算主成分，去掉干扰信息，并去除数据共线性问题，然后用主成分计算T2；
在主成分分析前，为了消除量纲的影响，对数据进行标准归一化，即为：
5)将待测香精样品采用步骤1)相同的方法，获得待测香精溶液，然后采用步骤2)相同的GC-MS/MS分析采集数据，然后将所述数据带入T2模型中，计算其T2值，并根据控制限确定其是否为合格品。
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| CN201811134086.1A CN110954604A (zh) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 一种基于gc-ms/ms的烟用香精质量监控方法 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115537268A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-12-30 | 江西中烟工业有限责任公司 | 一种基于多级提取的混合体系美拉德反应香精及其批次稳定性控制方法 |
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| CN102830196A (zh) * | 2012-09-25 | 2012-12-19 | 广东中烟工业有限责任公司 | 一种烟用香精品质的检测方法 |
| CN105954366A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-09-21 | 大连达硕信息技术有限公司 | 一种烟用香精香料品质监控方法 |
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| CN115537268B (zh) * | 2022-09-26 | 2023-11-24 | 江西中烟工业有限责任公司 | 一种基于多级提取的混合体系美拉德反应香精及其批次稳定性控制方法 |
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