氣相色譜法檢測(cè)再造煙葉濃縮液濃度

張玉娟，袁廣翔，俞京，徐如彥，袁益來(lái)，張合川，王棟

1 江蘇鑫源煙草薄片有限公司，江蘇省淮安市浦發(fā)大道66號(hào) 223002；2 江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，江蘇省南京市夢(mèng)都大街28號(hào) 210012

再造煙葉濃縮液由煙草原料提取液濃縮制得，是煙草香味物質(zhì)的最主要載體，濃縮液濃度即濃縮液總固形物含量直接影響了產(chǎn)品的涂布率，而涂布率又決定了產(chǎn)品的化學(xué)成分、物理指標(biāo)、煙氣指標(biāo)以及抽吸品質(zhì)，因此濃縮液的濃度的準(zhǔn)確測(cè)定是穩(wěn)定控制涂布過(guò)程從而保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要前提。

造紙法再造煙葉濃縮液中包含可溶性固形物和不溶性固形物。目前，造紙法再造煙葉濃縮液濃度測(cè)定方法主要有檢測(cè)其固形物濃度的烘箱法，以及檢測(cè)其可溶性固形物濃度的密度法和波美度法。再造煙葉中糖和揮發(fā)性成分含量較高，烘箱法高溫烘干會(huì)使其有效成分散失，從而導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低[1]。而密度法、波美度法和折射法[2]等方法雖然快速、便捷，但其濃度對(duì)照密度的值仍需要用烘箱法測(cè)定和校準(zhǔn)。水溶液的濃度還可以采用蒸餾法、卡爾費(fèi)休法以及氣相色譜法檢測(cè)。其中蒸餾法中，由于乳化現(xiàn)象、水分揮發(fā)不完全、冷凝管壁上有水分附著等原因，檢測(cè)結(jié)果偏差較大[3]，卡爾費(fèi)休法需要較復(fù)雜的裝置和試劑，操作繁瑣[4]。而氣相色譜法操作簡(jiǎn)單，分離測(cè)定準(zhǔn)確率高[5-7]。但目前有關(guān)氣相色譜法測(cè)定造紙法再造煙葉濃縮液濃度的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

針對(duì)上述情況，本文建立了測(cè)定造紙法再造煙葉濃縮液濃度的氣相色譜法。將造紙法再造煙葉濃縮液樣品用含內(nèi)標(biāo)物的溶液萃取后，用配有熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）的氣相色譜儀進(jìn)行樣品的水分測(cè)定，再由水分計(jì)算出樣品的濃度，即包含了可溶性固形物和不溶性固形物的總固形物含量。該方法能及時(shí)準(zhǔn)確的反映濃縮液的質(zhì)量，同時(shí)也能為密度法、波美度法、折光法等快速、間接的濃度測(cè)定方法提供校準(zhǔn)，從而為造紙法再造煙葉質(zhì)量穩(wěn)定以及品質(zhì)提升提供保障。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

造紙法再造煙葉濃縮液（造紙法再造煙葉生產(chǎn)中取得）。甲醇、乙醇、異丙醇、正丙醇（AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。Agilent 6890氣相色譜儀（美國(guó)Agilent公司）；FD115烘箱（德國(guó)Binder公司）；ML204電子天平（感量：0.0001 g，瑞士Metteler Toledo公司）；HY-8調(diào)速震蕩器（常州國(guó)華電器有限公司）。

1.2 樣品前處理

準(zhǔn)確移取一定量濃縮液樣品（取之前需搖晃均勻），精確至0.1 mg，放入干燥后的萃取容器中。準(zhǔn)確移取100 mL萃取劑（萃取劑中內(nèi)標(biāo)物濃度為2.0 mL/L）至萃取容器中，立刻上蓋密封，在震蕩器上震蕩萃取一定時(shí)間后用一次性注射器移取約5 mL萃取液，在一次性注射器上裝上孔徑0.45 μm的濾膜濾頭，先放出部分萃取液易沖洗濾膜，然后將后續(xù)過(guò)濾的萃取液轉(zhuǎn)移至色譜進(jìn)樣瓶中，上蓋密封，以做GC分析用。

1.3 儀器條件

Agilent 6890氣相色譜儀配備熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）檢測(cè)器，色譜柱為毛細(xì)管柱PoraPLOT/Q（30 m×0.53 mm，20 μm）；程序升溫，初溫60℃（保持0 min），以5℃/min升溫速率升至130 ℃，保持0 min，以10 ℃/min升溫速率升值170 ℃，保持5 min；進(jìn)樣口溫度為150 ℃；TCD檢測(cè)器溫度250℃；載氣為氦氣，載氣流速5 mL/min，恒流模式；進(jìn)樣體積為0.5 μL，不分流，不分流時(shí)間約1 min。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

配置含內(nèi)標(biāo)物2.0 ml/L的萃取劑，加入一定量水于萃取劑中，混合均勻，制備標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液，本方法按下列濃度范圍制定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)：水分含量0 mg/mL、2.5 mg/mL、5.0 mg/mL、10.0 mg/mL、15.0 mg/mL、20.0 mg/mL和30.0 mg/mL。

1.5 定量結(jié)果的計(jì)算及表述

造紙法再造煙葉濃縮液樣品水分含量按式（1）計(jì)算得出：

式中：

W——樣品水分含量，單位為%；

S——試樣水分含量，單位為mg/mL；

S0——空白水分含量，單位為mg/mL；

V——使用萃取劑的體積，單位為mL；

m——樣品質(zhì)量，單位為mg。

造紙法再造煙葉濃縮液樣品濃度按式（2）計(jì)算得出：

式中：

C——樣品濃度，單位為%。

以?xún)纱纹叫袦y(cè)試濃縮液樣品濃度的平均值作為最終測(cè)定結(jié)果，結(jié)果精確到0.01%，平行測(cè)定結(jié)果的相對(duì)平均偏差小于2%。

2 結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)標(biāo)的選擇

選擇內(nèi)標(biāo)物應(yīng)考慮到與被分析物質(zhì)的理化性質(zhì)的相似性。標(biāo)準(zhǔn)方法以及文獻(xiàn)[8-9]表明水分的測(cè)定多采用異丙醇為內(nèi)標(biāo)。本方法參考上述標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)，采用異丙醇為內(nèi)標(biāo)物對(duì)造紙法再造煙葉濃縮液中的水分進(jìn)行定量測(cè)定。

采用含異丙醇為內(nèi)標(biāo)物的溶解對(duì)樣品進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)氣相色譜儀分析得到的色譜圖如圖1。如圖所示，在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)溶劑、水分和內(nèi)標(biāo)物的峰與峰之間分離徹底，因此適于進(jìn)行定量分析。

圖1 再造煙葉濃縮液水分檢測(cè)的氣相色譜圖Fig.1 GC chromatograms of concentrates of reconstituted tobacco

2.2 萃取劑和萃取時(shí)間的比較

稱(chēng)取一定量造紙法再造煙葉濃縮液，在標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的定量范圍，分別用含內(nèi)標(biāo)物異丙醇的甲醇、乙醇、異正丙醇為萃取劑進(jìn)行稀釋。室溫下震蕩一定時(shí)間后，檢測(cè)萃取劑種類(lèi)對(duì)樣品濃度測(cè)定結(jié)果的影響。檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 不同萃取劑測(cè)得樣品濃度的比較Tab.1 Comparison of measured values of sample concentration with different solvents

甲醇與水極性相近，所以從檢測(cè)結(jié)果里可以看到甲醇可快速將濃縮液中的水分萃取。乙醇和正丙醇短時(shí)間內(nèi)對(duì)水分的萃取效果不如甲醇，但在經(jīng)過(guò)超過(guò)30 min的充分震蕩之后，使用各溶劑后測(cè)得的樣品濃度接近。因此本方法選用甲醇作為溶劑。

考慮到采用甲醇萃取，萃取時(shí)間超過(guò)10 min后測(cè)定結(jié)果趨于穩(wěn)定，因此為了提高工作效率，萃取震蕩時(shí)間確定為10 min。

2.3 稱(chēng)樣量的確定

分別準(zhǔn)確稱(chēng)取0.5 g，1 g，1.5 g，2 g，3 g再造煙葉濃縮液至于錐形瓶中，各加入100 mL含內(nèi)標(biāo)物異丙醇2.0mL/L的甲醇萃取劑，振蕩10 min后取稀釋液進(jìn)行GC分析。樣品濃度檢測(cè)結(jié)果如表2。結(jié)果表明，幾個(gè)稱(chēng)樣量測(cè)得的結(jié)果基本一致，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.65%。

本方法在保證水分檢測(cè)靈敏度的前提下，兼顧造紙法再造煙葉濃縮液中水分含量與標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍，稱(chēng)樣量確定為1 g。

表2 不同稱(chēng)樣量的比較Tab.2 Comparison of measured values of sample concentration with different sampling weights

2.4 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)

將標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液進(jìn)行GC分析，記錄水分和內(nèi)標(biāo)物峰面積。以標(biāo)準(zhǔn)溶液中水分和內(nèi)標(biāo)物峰面積比與水分含量之比進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析，得到水分含量標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)及相關(guān)系數(shù)，如圖2所示。

圖2 水分含量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)Fig.2 Calibration curve of water content

結(jié)果表明，水分含量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)相關(guān)系數(shù)高于0.999，線(xiàn)性良好，適于做定量分析。

2.5 檢測(cè)限和定量限的測(cè)定

將最小濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液（除空白樣）進(jìn)樣10次，用標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)測(cè)出該標(biāo)準(zhǔn)溶液的水分，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 最小濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的水分檢測(cè)值Tab.3 Water content of standard solution with minimum concentration

根據(jù)上表的檢測(cè)結(jié)果，分別以標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍和10倍[10]確定檢測(cè)限和定量限結(jié)果表明，本方法水分檢測(cè)限為0.0144%，定量限為0.048%，本方法檢測(cè)限和定量限遠(yuǎn)低于造紙法再造煙葉濃縮液中的水分含量，因此適合于做定量分析。

2.6 精密度實(shí)驗(yàn)

2.6.1 重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

對(duì)三種不同的濃縮液樣品分別進(jìn)行5個(gè)平行實(shí)驗(yàn)，計(jì)算測(cè)定濃縮液濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

表4 分析方法的重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果Tab.4 Verification results of repeat test by analysis method

結(jié)果表明，重復(fù)性實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.572%到0.681%之間，因此，該方法重復(fù)性較好，適合于造紙法再造煙葉濃縮液濃度的定量分析。

2.6.2 再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)

對(duì)三種不同的濃縮液樣品分別在兩個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)室用不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)兩次平行實(shí)驗(yàn)，計(jì)算測(cè)定濃縮液濃度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。

表5 分析方法的再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果Tab.5 Verification results of reproduction test by analysis method

結(jié)果表明，再現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.694%到1.227%之間，因此，該方法再現(xiàn)性較好，適合于造紙法再造煙葉濃縮液濃度的定量分析。

2.7 回收率的測(cè)定

取已知含量（烘箱法檢測(cè)）的經(jīng)甲醇稀釋后的造紙法再造煙葉濃縮液樣品，分別按照低、中、高三種水平加入一定量水分。加標(biāo)后的樣品經(jīng)過(guò)檢測(cè)分析后，計(jì)算加標(biāo)回收率。結(jié)果如表6所示。

表6 分析方法的加標(biāo)回收率Tab.6 Spiked recoveries of the analysis method

結(jié)果表明，加標(biāo)回收率分別在100.3%～101.7%之間。因此，該方法適合于造紙法再造煙葉濃縮液中的水分以及濃度的定量分析。

2.8 與烘箱法的比較

取5組不同濃度的造紙法再造煙葉濃縮液樣品分別采用烘箱法[1]以及本方法進(jìn)行濃度測(cè)定，其結(jié)果如表7所示。

表7 本方法與烘箱法測(cè)定結(jié)果的比較Tab.7 Comparison of determination results between gas chromatographic method oven method

檢測(cè)結(jié)果表明，兩種方法精密度接近，烘箱法測(cè)定值低于氣相色譜法2.23%～2.84%。這是由于烘箱法高溫烘干過(guò)程中濃縮液中溶解的揮發(fā)性與半揮發(fā)性物質(zhì)發(fā)生了散失。而氣相色譜法檢測(cè)結(jié)果更接近濃縮液的實(shí)際濃度。

將濃縮液用烘箱法進(jìn)行烘干，樣品恒重后記錄并計(jì)算得到的溶液濃度。改變烘箱的烘干溫度，得到不同的檢測(cè)值。結(jié)果如表8所示。

表8 設(shè)定溫度對(duì)烘箱法檢測(cè)結(jié)果的影響Tab.8 Effect of temperature setting on test results of oven method

由上表數(shù)據(jù)可知，隨著烘干溫度的升高，涂布液中揮發(fā)性與半揮發(fā)性物質(zhì)散失，表現(xiàn)為固含量逐漸下降。烘干溫度較低的時(shí)候，檢測(cè)出濃縮液濃度更接近氣相色譜法檢測(cè)結(jié)果，但同時(shí)烘干恒重時(shí)間會(huì)大大延長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)表明，采用90 ℃烘干溫度檢測(cè)濃縮液濃度樣品烘干至恒重就要超過(guò)8h。因此靠降低烘干溫度來(lái)得到更準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果是不經(jīng)濟(jì)的。

3 結(jié)論

建立了測(cè)定造紙法再造煙葉濃縮液濃度的氣相色譜法。采用含有內(nèi)標(biāo)物異丙醇的甲醇溶液對(duì)造紙法再造煙葉濃縮液振蕩萃取10 min，然后通過(guò)GCTCD定量分析濃縮液中的水分含量，扣除其中水分計(jì)算得出濃縮液濃度。結(jié)果表明，測(cè)定濃度結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.572%～0.681%之間，加標(biāo)回收率在100.3%～101.7之間。與烘箱法相比，本方法能消除濃縮液中易揮發(fā)組分高溫下散失而對(duì)結(jié)果的影響，同時(shí)本方法精密度高，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

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