振蕩萃取/微波消解-連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定卷煙煙絲中鉀含量的比較研究

朱 萍，楊金龍，張瑞婷，王文婷，郝華玲，程利俠

(甘肅煙草工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，甘肅 蘭州 730050)

眾所周知，鉀元素的存在對(duì)卷煙的燃燒性能具有很大的影響，這是因?yàn)槠渚哂兄夹裕軌蚴沟镁頍煹娜紵^程加快[1]，而影響燃燒的鉀元素主要存在于卷煙紙和煙絲中。因此，準(zhǔn)確測(cè)定卷煙紙和煙絲中的鉀元素含量對(duì)于控制卷煙質(zhì)量有積極作用。

目前已知的卷煙產(chǎn)品及輔料中鉀元素的測(cè)定方法主要有連續(xù)流動(dòng)法[2-3]、原子吸收光譜法[4]、離子色譜法[5]和電感耦合等離子體法(ICP-MS)[1]等，但在卷煙煙絲中鉀含量的測(cè)定最常用的卻是連續(xù)流動(dòng)法，這是因?yàn)檫B續(xù)流動(dòng)法較其他幾種方法來(lái)說(shuō)，它快捷方便、省時(shí)經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確度也高，且其在煙草化學(xué)成分分析中的應(yīng)用更加廣泛。在本研究中繼續(xù)選用連續(xù)流動(dòng)法，不過前處理選用一種微波消解的方式來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行處理，再與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用的萃取振蕩的前處理方式的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，通過研究這兩種前處理方法帶來(lái)的差異性并對(duì)其量化[6]，為控制卷煙產(chǎn)品質(zhì)量做好理論基礎(chǔ)工作。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品、儀器與試劑

煙絲樣品：S1，S2，S3由本單位提供，分別代表三種不同規(guī)格的卷煙煙絲。

儀器：Milli-Q超純水機(jī)(美國(guó)Millipore公司)；連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3，德國(guó)SEAL公司)；微波消解儀(Multiwave 3000型，Anton Paar公司)；電子分析天平(MSA224S-CE型，德國(guó)Sartorius公司)；回旋振蕩器(HY-5，國(guó)華電器有限公司)；火焰光度計(jì)(Flame Photometer 410，英國(guó)Sherwood公司)。

試劑：65%濃硝酸(優(yōu)純級(jí)，德國(guó)默克公司)；35%雙氧水(優(yōu)純級(jí)，美國(guó)Acros公司)；超純水(電阻率18.2 MΩ·cm)；氯化鉀基準(zhǔn)物質(zhì)(GB10736-2008，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

振蕩提取：稱取0.25g(精確至0.0001 g)煙草樣品于50 mL三角瓶中，加入25 mL超純水，加塞，在振蕩器上振蕩萃取30 min。用定性濾紙過濾，棄去前幾毫升濾液，收集后續(xù)濾液，用連續(xù)流動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)定。

微波消解：稱取0.1 g(精確至0.0001 g)煙草樣品放置于微波消解罐中，加入5 mL65%硝酸和2 mL35%雙氧水，旋緊密封后用微波消解儀消解(消解程序如表1所示)。冷卻至室溫后，將消解罐內(nèi)的溶液用超純水沖洗兩次，所得洗液一起合并于50 mL容量瓶中，用超純水定容至50 mL，混合搖勻，用連續(xù)流動(dòng)分析儀進(jìn)行測(cè)定，具體測(cè)定方法參考煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 217-2007[2]。

表1 微波消解參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 工作曲線和檢出限

根據(jù)前處理方式的不同(振蕩萃取和微波消解)，配制鉀的不同濃度系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后用流動(dòng)分析法對(duì)其進(jìn)行測(cè)定得到兩種方式下的不同工作曲線。其中，采用振蕩萃取前處理方式時(shí)，選用的鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液母液為1.0 mg/mL，系列濃度溶液直接進(jìn)樣測(cè)定；而采用微波消解方式時(shí)，選用的鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液母液為10 mg/mL，系列濃度溶液先微波消解，定容后進(jìn)樣測(cè)定，具體可以參考煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《YC/T 161-2002 煙草及煙草制品 總氮的測(cè)定 連續(xù)流動(dòng)法》[7]。用最低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行10次測(cè)定得到檢出限(計(jì)算10次連續(xù)測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，檢出限為3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差)。工作曲線和檢出限結(jié)果如表2所示。

表2 工作曲線和檢出限

2.2 回收率

選取卷煙監(jiān)控樣品，按照實(shí)驗(yàn)方法，稱取0.1 g樣品于微波消解罐中，分別加入K標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 mL、0.2 mL和0.4 mL)進(jìn)行微波消解-連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定，結(jié)果見表3。結(jié)果表明，用該方法測(cè)定煙葉中鉀含量的加標(biāo)回收率分別為102.3%，102.8%，104.2%，說(shuō)明該方法的回收率較好。

表3 回收率

2.3 精密度

采用兩種前處理方法(振蕩萃取和微波消解)對(duì)三個(gè)卷煙煙絲樣品中的鉀含量進(jìn)行了重復(fù)性測(cè)定，結(jié)果見表4。由表可知，用微波消解-連續(xù)流動(dòng)法測(cè)定三個(gè)煙葉樣品中鉀含量的RSD(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差)分別為1.10%，0.50%，1.04%，表明該方法精密度高。

表4 精密度 %

2.4 兩種檢測(cè)方法的鉀含量顯著性差異分析

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[6]，使用配對(duì)-t檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析的前提條件是兩組數(shù)據(jù)符合正態(tài)性分布，這是Person法的適宜要求，這是因?yàn)椴环恼龖B(tài)分布的數(shù)據(jù)可能會(huì)對(duì)-t檢驗(yàn)產(chǎn)生影響。

將表4中的S1的數(shù)據(jù)在Minitab軟件中進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)分析，結(jié)果如圖1和圖2所示。圖1是用振蕩萃取-流動(dòng)分析法測(cè)試樣品結(jié)果所得的正態(tài)性檢驗(yàn)，P = 0.057 > 0.05，圖2是用微波消解-流動(dòng)分析法測(cè)試樣品結(jié)果所得的正態(tài)性檢驗(yàn)，P = 0.808 > 0.05，說(shuō)明用振蕩萃取/微波消解-流動(dòng)分析法測(cè)試樣品的結(jié)果都服從正態(tài)分布。

圖1 振蕩萃取-流動(dòng)分析法所測(cè)樣品的正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果

圖2 微波消解-流動(dòng)分析法所測(cè)樣品的正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果

基于兩個(gè)樣本均滿足正態(tài)分布的要求，對(duì)其進(jìn)行配對(duì)-t檢驗(yàn)，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表5。用Minitab軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)分析，平均差的95%置信區(qū)間為(0.1554，0.2313)，P值=0.000，且小于0.05，表明兩種方法測(cè)得的結(jié)果存在顯著性差異。

表5 振蕩萃取/微波消解-流動(dòng)分析法的配對(duì)-t

2.5 兩種檢測(cè)方法的鉀含量相關(guān)性分析

圖3 兩種方法檢測(cè)鉀含量結(jié)果的相關(guān)性分析

通過檢測(cè)不同樣品S1，S2，S3中鉀的含量，運(yùn)用Minitab軟件使兩種檢測(cè)方法檢測(cè)煙葉中鉀的差異得到量化。將表5中的檢測(cè)結(jié)果，采用Minitab軟件中的回歸分析兩種檢測(cè)方法之間是否存在較好的相關(guān)性。由圖3可知，從R2=1.000計(jì)算得R=1.000>0.95，說(shuō)明在兩種不同前處理方法下測(cè)得結(jié)果之間存在高度的線性關(guān)系，且線性關(guān)系公式為微波消解= -0.3107+1.221震蕩萃取，從而實(shí)現(xiàn)達(dá)到量化兩種測(cè)試方法之間差異的目的。

3 結(jié)論

建立了煙草制品中鉀元素的微波消解-連續(xù)流動(dòng)法，對(duì)煙草制品中鉀的含量進(jìn)行測(cè)定，該方法精密度、重復(fù)性和加標(biāo)回收率都較好，且該前處理方法與振蕩萃取相比，具有樣品消解完全，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，適合煙草制品中鉀含量的測(cè)定。與煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法YC/T217-2007對(duì)比，微波消解/震蕩萃取-連續(xù)流動(dòng)法這兩種方法存在顯著性差異。盡管兩種方法對(duì)鉀含量的測(cè)定存在差異性，但通過Minitab軟件實(shí)現(xiàn)了兩種方法的量化，存在高度的線性關(guān)系，公式為微波消解= -0.3107+1.221震蕩萃取。