造紙法再造煙葉萃取液與濃縮液含水率的測定研究

汪華 黃蘭 葛少林 黃傳喜 張朝 朱青林

摘? 要：通過對色譜條件和前處理?xiàng)l件的選擇優(yōu)化，建立了造紙法再造煙葉萃取液和濃縮液含水率準(zhǔn)確、快速測定的氣相色譜法。再造煙葉萃取液或濃縮液樣品經(jīng)乙醇振蕩萃取過濾后，采用氣相色譜結(jié)合熱導(dǎo)檢測器（TCD）進(jìn)行含水率的測定。結(jié)果表明：方法線性范圍為1.00～16.00mg/mL，R2=0.9999，加標(biāo)回收率在96.7%～101.8%，檢出限和定量限分別為0.05mg/mL、0.16mg/mL，萃取液和濃縮液測定的RSD分別為0.1% 、0.4% （n=6）。該方法可消除煙草萃取液和濃縮液中易揮發(fā)性成分對含水率測定的影響，是一種簡單、快速、準(zhǔn)確可靠的方法。

關(guān)鍵詞：再造煙葉;萃取液;濃縮液;含水率;氣相色譜法

中圖分類號 S572文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）01-0106-05

Quantifying Moisture Content in Liquid Extracts and Concentrated Solutions in Paper-making Reconstituted Tobacco

Wang Hua1 et al.

（1Technology center of China Tobacco Anhui Industrial Corporation，Hefei 230088，China）

Abstract：A rapid and accurate quantitative analysis method of moisture content in liquid extracts and concentrated solutions by GC was established on the basis of the main parameters affecting such as chromatographiccondition and Pretreatment conditions were optimized.The water content in liquid extracts and concentrated solutions samples were extracted with ethanol oscillation，after

filtered by 0.45μm organic membrane，then determinations were performed by GC with TCD detector and quantified by internal standard method.The results showed that The linear range of the method was 1.00-16.00mg/mL with R2 of 0.9999，the recovery ranged from 96.7 % to 101.8 %，and the detection limit and the limit of quantification were 0.05mg/mL and 0.16mg/mL ，the liquid extracts and concentrated solutions relative standard deviations（RSDs） were 0.1 % （n=6） and 0.4 % （n=6） ，respectively.This method simple，rapid，accurate，which can eliminates the errors caused by volatile components in liquid extracts and concentrated solutions in the determination of moisture content，andoffered more accurate and reliable results.

Key words：Reconstituted tobacco;Liquid extract;Concentrated solution;Moisture content;Gas chromatographic method

造紙法再造煙葉萃取液或濃縮液由水和固形物2個(gè)部分組成，其含水率指標(biāo)可間接反映固形物含量的大小。再造煙葉萃取液和濃縮液中的固形物含量是濃縮工序質(zhì)量控制的核心指標(biāo)，也是造紙法再造煙葉過程和成品品質(zhì)控制的關(guān)鍵參數(shù)。但目前萃取液或濃縮液中固形物含量的測定方法均存在一些缺陷[1]，根據(jù)再造煙葉萃取液和濃縮液的成分組成，要準(zhǔn)確測定其中的固形物含量，可通過測定樣品含水率來實(shí)現(xiàn)。

目前，含水率的測定方法主要有熱干燥法[2]、烘箱法[3]、蒸餾法[4]、卡爾費(fèi)休法[5-8]、核磁共振法[9]、近紅外光譜法[10]等。然而，上述方法均存在一些缺點(diǎn)。例如：在熱干燥法和烘箱法的實(shí)際溫度下，所失去的是揮發(fā)性物質(zhì)的總量，而不完全是水分;在蒸餾法復(fù)雜體系中，水與有機(jī)溶劑易發(fā)生乳化現(xiàn)象，樣品中的水分可能未完全揮發(fā)出來，水分有時(shí)附著在冷凝管壁上，造成讀數(shù)誤差;卡爾費(fèi)休法消耗試劑多、操作繁瑣;近紅外光譜法需要先建模，但建模的難度較大，定標(biāo)樣品的選擇、制備，精確的化學(xué)分析，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及選擇計(jì)量學(xué)方法的合理性，都將直接影響最終的分析結(jié)果。氣相色譜法（GC）則能夠消除揮發(fā)性成分對含水率測定結(jié)果的影響[11]，具有快速、靈敏、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于中藥[12]及煙草[13-15]含水率的測定。但目前有關(guān)氣相色譜測定再造煙葉萃取液和濃縮液含水率的研究尚未見報(bào)道。為此，本研究針對上述分析方法的不足，建立了測定再造煙葉萃取液和濃縮液含水率的氣相色譜法，為再造煙葉固形物含量的準(zhǔn)確測定奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 超純水（符合GB/T 6682—2008[16]中一級水的要求）;無水乙醇（液相色譜級/光譜級，美國ACS）;異丙醇（液相色譜級，安徽天地高純?nèi)軇┯邢薰荆?。Agilent 6890氣相色譜儀（美國Agilent公司，配備熱導(dǎo)檢測器）;Milli-Q Element型超純水儀（美國Millipore公司）;HY-5型回旋式振蕩器（常州市金壇區(qū)環(huán)宇科學(xué)儀器廠）;電子天平（METTLE TOLEDO AL204-1C，感量0.0001g）;100mL具塞錐形瓶（天長市天滬分析儀器有限公司）;有機(jī)相、水相針式濾器（13mm×0.45μm，美國Millipore公司）;5mL一次性注射器（鄭州康佳醫(yī)療器械有限公司）。

1.2 樣品前處理 樣品來自安徽中煙再造煙葉科技有限責(zé)任公司及其他再造煙葉公司生產(chǎn)的再造煙葉萃取液和濃縮液樣品。將再造煙葉萃取液或濃縮液樣品充分搖晃均勻，準(zhǔn)確稱量0.5g到100mL干燥具塞的錐形瓶中，加入50mL含內(nèi)標(biāo)（異丙醇12.5mL/L）的乙醇溶液，振蕩萃取10min;分析前，應(yīng)搖動(dòng)萃取液使水分均勻，使用注射器移取約5mL萃取液，在注射器上裝13mm×0.45μm的有機(jī)相針式濾器，先放出部分（約3mL）萃取液以沖洗濾膜，然后將后續(xù)過濾的萃取液轉(zhuǎn)移至色譜瓶中，上蓋密封，進(jìn)行氣相色譜分析。為消除試劑、環(huán)境、容器等因素的影響，應(yīng)進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，在100mL干燥具塞的錐形瓶中，不加樣品，按照上述步驟，得到空白溶液，進(jìn)行氣相色譜分析。

1.3 氣相色譜分析條件 不銹鋼填充色譜柱：Agilent Porapak Q柱[長度1.8m，內(nèi)徑2mm，固定相150～180μm （80～100目）];柱箱溫度：170℃，等溫;進(jìn)樣量：1μL;進(jìn)樣口溫度：250℃;載氣：氦氣，流速10mL/min;檢測器：熱導(dǎo)檢測器（TCD）;檢測器溫度：250℃。

1.4 定性定量分析方法 采用保留時(shí)間定性，內(nèi)標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)曲線定量。樣品含水率按下式進(jìn)行計(jì)算：

[X（%）=ct-cb1000×m0×Vt×100]

式中：X—樣品含水率，%;ct—由標(biāo)準(zhǔn)工作曲線得到的水分質(zhì)量濃度，mg/mL;cb—空白試驗(yàn)的水分質(zhì)量濃度，mg/mL;m0—稱取樣品質(zhì)量，g;Vt—萃取劑體積，mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 升溫程序 關(guān)于氣相色譜法檢測煙草及煙草制品中水分含量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)已有報(bào)道[13-15]。實(shí)驗(yàn)在參考國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)報(bào)道的基礎(chǔ)上，對填充柱分別采用表1中的條件進(jìn)行驗(yàn)證比較，結(jié)果表明，在170℃等溫條件下測定，樣品中的水、乙醇及異丙醇（內(nèi)標(biāo)）的分離效果很好，且7min已出峰完畢，分析時(shí)間較短;采用80℃、90℃初始溫度進(jìn)行程序升溫時(shí)，雖然樣品中的3個(gè)目標(biāo)物可以有效分離，但基線不是很平穩(wěn)，且分析時(shí)間相對較長（圖1）。故實(shí)驗(yàn)采用Porapak Q填充色譜柱170℃等溫條件測定。

2.1.2 載氣流速 實(shí)驗(yàn)在參考國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)報(bào)道[13-15]的基礎(chǔ)上，比較170℃等溫時(shí)分別采用載氣流速為10mL/min、15mL/min、30mL/min和35mL/min時(shí)的分離效果，結(jié)果表明：在不同載氣流速條件下，樣品中各組分均可有效分離，且基線較平穩(wěn)，載氣流速越大，化合物出峰越快，分析時(shí)間越短（圖2）。從節(jié)約資源角度考慮，實(shí)驗(yàn)載氣流速選擇10mL/min。

2.1.3 內(nèi)標(biāo) 實(shí)驗(yàn)采用乙醇為萃取溶劑，甲醇和異丙醇為內(nèi)標(biāo)，在柱箱溫度170℃、載氣流速為10mL/min條件下，對同一樣品連續(xù)進(jìn)樣200次測定，水、甲醇、乙醇、異丙醇峰面積的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）分別為1.46%、1.20%、1.29%和1.22%，說明甲醇和異丙醇均比較穩(wěn)定?？紤]到甲醇毒性較大，結(jié)合色譜分離效果（圖3），實(shí)驗(yàn)最終確定以異丙醇作為內(nèi)標(biāo)。

2.2 萃取條件的選擇

2.2.1 萃取溶劑 由于水分極性較強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)考察了強(qiáng)極性溶劑甲醇、乙醇和異丙醇萃取效果，分別稱取0.5g濃縮液和萃取液樣品，再分別加入50mL的甲醇、乙醇和異丙醇，室溫下振蕩萃取20min，考察3種溶劑對含水率測定結(jié)果的影響，每種溶劑平行測定5次，取結(jié)果的平均值進(jìn)行比較。結(jié)果表明，甲醇和乙醇對樣品水分萃取的能力較好，異丙醇最差。甲醇與乙醇相比，測定的結(jié)果較相近，樣品中水分含量的相對偏差均<0.5%（表2）。異丙醇與甲醇、乙醇相比，測定濃縮液含水率的相對偏差均>4%，這可能是由于甲醇和乙醇的極性與水較接近，容易分散濃縮液和萃取液樣品，從而使水分萃取更完全?？紤]到甲醇溶劑毒性較大，所以實(shí)驗(yàn)選擇乙醇為萃取溶劑。

2.2.2 萃取方式 分別準(zhǔn)確稱取再造煙葉濃縮液和萃取液樣品0.5g，選用甲醇和乙醇為萃取溶劑，采用手搖和振蕩2種萃取方式測定含水率，結(jié)果表明：甲醇和乙醇做溶劑時(shí)，手搖與振蕩萃取20min測定結(jié)果相近（表3）。從實(shí)驗(yàn)方法要求操作規(guī)范的角度考慮，最終選擇乙醇做溶劑振蕩萃取的方式。

2.2.3 萃取時(shí)間 分別稱取0.5g濃縮液和萃取液樣品，加入50mL含有12.5mL/L異丙醇（內(nèi)標(biāo)）的乙醇溶劑，在室溫下振蕩萃取，考察萃取時(shí)間對含水率測定的影響，每個(gè)時(shí)間條件下平行測定5次，取結(jié)果的平均值。結(jié)果表明：萃取時(shí)間對含水率結(jié)果影響不顯著，因此選擇振蕩萃取10min（圖4）。

2.2.4 稱樣量 分別準(zhǔn)確稱取0.1g、0.3g、0.5g、0.7g再造煙葉濃縮液樣品，加入50mL含有12.5mL/L異丙醇（內(nèi)標(biāo)）的乙醇溶劑，在室溫下振蕩萃取20min，每個(gè)稱樣量條件下平行測定5次，取結(jié)果的平均值。結(jié)果表明：不同的稱樣量含水率測定結(jié)果基本相同，說明稱樣量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響不明顯。為盡量減少稱量誤差，實(shí)驗(yàn)選擇0.5g為本方法的稱樣量（圖5）。

[圖5 稱樣量對含水率的影響]

2.2.5 測試樣品溶液穩(wěn)定性 按照1.2中方法處理樣品，室溫下密封存放不同時(shí)間后進(jìn)行測定，以考察樣品測試溶液的穩(wěn)定性，結(jié)果見圖6。由圖6可知，萃取液含水率隨放置時(shí)間延長變化很小，96h內(nèi)含水率與初始值相對偏差在0.5%以內(nèi);而濃縮液在放置24h內(nèi)，含水率與初始值相對偏差在0.5%以內(nèi)，放置30h后，含水率開始逐漸降低，濃縮液萃取后放置30h、48h、72h和96h時(shí)含水率與初始值的相對偏差分別為1.63%、1.82%、1.98%和2.38%。為減少放置時(shí)間對含水率的影響，處理后的樣品溶液最好在24h內(nèi)完成測試。

2.3 含水率測定方法評價(jià)

2.3.1 方法的線性關(guān)系、檢測限及定量限 分別稱取0、50mg、100mg、200mg、400mg、600mg和800mg水，準(zhǔn)確加入50mL含內(nèi)標(biāo)（異丙醇12.5mL/L）的乙醇溶液，得到不同梯度濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。將配制的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液按照優(yōu)化后的條件進(jìn)行分析，以標(biāo)準(zhǔn)溶液中水分與內(nèi)標(biāo)物的峰面積比值（y）對相應(yīng)的濃度（x，mg/mL）進(jìn)行線性回歸分析，得線性回歸方程y=0.3317x+0.1863及其相關(guān)系數(shù)（R2=0.9999），滿足內(nèi)標(biāo)法定量要求。方法的檢出限（LOD）和定量限（LOQ）：以最低濃度的水分標(biāo)準(zhǔn)溶液，重復(fù)進(jìn)樣10次，得到測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD），以3倍SD計(jì)算檢測限為0.046mg/mL，以10倍SD計(jì)算定量限為0.155mg/mL。

2.3.2 方法的回收率和重復(fù)性 采用上述優(yōu)化后的條件對同一再造煙葉萃取液和濃縮液樣品進(jìn)行6次平行處理、測定，結(jié)果見表4。方法的回收率實(shí)驗(yàn)采用樣品加標(biāo)法，同一再造煙葉萃取液、濃縮液樣品分別取4份，其中1份不加標(biāo)樣，另外3份分別加入低、中、高3個(gè)水平等級的水分標(biāo)準(zhǔn)溶液，按實(shí)驗(yàn)方法操作，測得樣品、低、中、高4個(gè)水平下的含水率。每個(gè)水平平行測定5次，取平均值進(jìn)行加標(biāo)回收率的計(jì)算。結(jié)果表明，再造煙葉濃縮液的加標(biāo)回收率在96.73%～100.83%，RSD<0.5%;再造煙葉萃取液的加標(biāo)回收率在98.18%～101.79%，RSD<0.1%，說明方法的準(zhǔn)確性高，重復(fù)性好（表4）。

2.4 實(shí)際樣品測定結(jié)果 選擇不同的再造煙葉萃取液（C1～C10）、濃縮液（N1～N7）和涂布液（T1～T3）樣品，采用本方法測定其含水率，結(jié)果如表5所示。由表5可知，不同樣品溶液的含水率不同，濃縮液樣品含水率一般在40%～65%，萃取液含水率較高，一般在85%以上，無論是萃取液還是濃縮液，使用本方法均可準(zhǔn)確測定其含水率。

3 結(jié)論與討論

本文通過對色譜條件、萃取條件等的優(yōu)化，建立了再造煙葉萃取液和濃縮液含水率的氣相色譜法。采用本方法，6次測定萃取液和濃縮液的變異系數(shù)分別為0.09%和0.39%，加標(biāo)回收率在96.73%～101.79%，檢出限為0.046mg/mL，定量限為0.155mg/mL。該方法具有操作簡單、靈敏度高、重現(xiàn)性好的特點(diǎn)，適合大批量樣品的快速測定。另外，本方法可消除煙草萃取液和濃縮液中易揮發(fā)性成分對含水率測定的影響，測定結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠。

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（責(zé)編：張宏民）