同时测定卷烟主流烟气中水分和烟碱含量的毛细管柱气相色谱法

技术领域

本发明涉及卷烟主流烟气中烟碱和水分的检测方法，具体地指 一种同时测定卷烟主流烟气中水分和烟碱含量的毛细管柱气相色 谱法。

背景技术

卷烟主流烟气中烟碱和水分含量的测定是卷烟主流烟气最基 本的两项检测工作。当前，对卷烟主流烟气中烟碱和水分的检测， 主要使用填充柱气相色谱法和毛细管柱气相色谱法，一般都需要在 气相色谱仪中单独为烟碱和水分两个检测通道分别配备进样口、色 谱柱和检测器，样品的分析也是对两种分析物分别进样并计算检测 结果，因此，不可避免存在设备复杂，效率较低的问题。另外，还 有许多检测烟碱的方法被提出，如，液相色谱法，固相微萃取法等。

有研究人员对气相色谱仪进行了改造，提出一次进样，然后利 用分样器将汽化后的样品分成两路，分别进入烟碱水分的色谱柱和 检测器的方法，这样可以节省分析时间，但还是需要两根色谱柱和 两个检测器，也无法减少检测数据的处理时间。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种使 用一个检测通道(一个进样口，一根色谱柱，一个检测器)、在一 张谱图上同时测定卷烟主流烟气中水分和烟碱含量的毛细管柱气 相色谱法。

为实现上述目的，本发明所提供的同时测定卷烟主流烟气中水 分和烟碱含量的毛细管柱气相色谱法，包括以下步骤：

1)待测样品的前处理：将卷烟烟支在规定的温湿度环境下平 衡48小时以上，通过吸烟机，参照标准进行抽吸，将捕集了20支 卷烟主流烟气粒相物的剑桥滤片放入萃取液中，振荡萃取30～60分 钟，所述萃取液为含有0.5mg/mL的苯乙醇内标的正丁醇溶液，然 后将萃取后的溶液作为待测样品检测；

2)标准工作液的配制：分别称取烟碱和去离子水，用正丁醇 定容配制烟碱和水分的标准溶液；分别移取1mL、2mL、3mL、4mL、 5mL标准溶液，加入步骤1)所述的萃取液，配制成5级标准工作 液；

3)检测：分别对待测样品和标准工作液，采用毛细管柱气相 色谱仪同时检测水分和烟碱的含量，使用内标法制作标准曲线，将 待测样品检测结果与标准曲线拟合，得出卷烟主流烟气中水分和烟 碱含量；其中，气相色谱仪的检测条件为：

色谱柱为Agilent DB-5，规格为15m×0.32mm×0.25μm；进样量 为1μL；进样口温度为250℃；分流比为10:1；气流速度为 1.5mL/min；程序升温条件为：初始温度100℃，保持1min，以升 温速率120℃/min升到220℃，保持2min；检测器温度为250℃； 参比流量为20mL/min；尾吹气流量为6mL/min。

本发明的有益效果在于：

①本发明实现了将水分和烟碱在一张色谱图上同时出峰并进 行定量检测；

②本发明简单高效，回收率在94.2％～103.6％之间，相对标准 偏差(RSD)小于3％；

③本发明适用于卷烟主流烟气检测，在检测工作样品量较大时 优势尤其明显。

附图说明

图1为萃取时间对水分萃取效果的影响曲线图。

图2为萃取时间对烟碱萃取效果的影响曲线图。

图3为标准工作液的色谱图。

图4为实际样品的色谱图。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施例对本发明 作进一步的详细说明，但它们不对本发明构成限定。

实施例

本实施例所采用的材料、试剂与仪器如下：

卷烟(2013年国内卷烟烟气监测样品1#和2#、CM7)；

正丁醇(AR，国药集团化学试剂有限公司)；苯乙醇(AR， 国药集团化学试剂有限公司)；

烟碱(纯度≥98.5％，国家烟草质检中心)；

RM20H吸烟机(德国BORGWALDT-KC公司)；7890气相色 谱仪(配TCD检测器，美国安捷伦公司)；AL204电子天平(感 量：0.0001g，瑞士METTLER TOLEDO公司)；Milli-Q Advantage  A10超纯水仪(美国Millipore公司)；HY-5回旋振荡器(金坛 市博科试验设备研究所)。

萃取液的配制：称取将0.5g苯乙醇，加入正丁醇溶液中，定 容到1L，配制成苯乙醇含量为0.5mg/mL的萃取液。

测定方法如下：

1)待测样品的前处理：将卷烟烟支在规定的温湿度环境下平 衡48小时以上，通过吸烟机，参照标准ISO4387进行抽吸，将捕 集了20支卷烟主流烟气粒相物的剑桥滤片放入装有已配制好的萃 取液的玻璃瓶中，放在振荡器上振荡萃取40分钟，然后将萃取后 的溶液作为待测样品检测；

2)标准工作液的配制：分别称取0.2g烟碱和0.5g去离子水， 用正丁醇定容25mL，配制烟碱和水分的标准溶液；分别移取1mL、 2mL、3mL、4mL、5mL标准溶液，加入50mL已配制好的萃取液， 配制成5级标准工作液；

3)检测：分别对待测样品和标准工作液，采用毛细管柱气相 色谱仪同时检测水分和烟碱的含量，使用内标法制作标准曲线，将 待测样品检测结果与标准曲线拟合，得出卷烟主流烟气中水分和烟 碱含量；其中，气相色谱仪的检测条件为：

色谱柱为Agilent DB-5，规格为15m×0.32mm×0.25μm；进样量 为1μL；进样口温度为250℃；分流比为10:1；气流速度为1.5 mL/min；程序升温条件为：初始温度100℃，保持1min，以升温速 率120℃/min升到220℃，保持2min；检测器温度为250℃；参比 流量为20mL/min；尾吹气流量为6mL/min。

样品前处理条件的选择及优化

1、萃取溶剂的选择

分别测试了乙醇、异丙醇、正丙醇、正丁醇、正戊醇等几种萃 取剂，使用正丁醇和正戊醇与水的分离状况较好，正戊醇对水的溶 解性比正丁醇差，因此确定使用正丁醇作为萃取剂。

2、振荡萃取时间优化

选择CM7样品，设置振荡萃取时间为10～60分钟，水分和烟 碱萃取效果分别如图1和图2所示。综合看来，设置萃取时间为40 分钟，水分和烟碱都可萃取完全。

3、内标物质的选择

烟气分析常规方法使用的内标都因与目标分析物保留时间过 于接近而不适用于本发明。苯乙醇保留时间介于水分和烟碱之间， 且与分析目标物和样品中干扰物质分离完全，因此，选择苯乙醇作 为本发明的内标。

苯乙醇属于一种天然烟草香味物质，不同类型的烟叶中都有一 定含量的苯乙醇，其值介于0.45μg/g～8.86μg/g之间，醇类香味物质 由卷烟向主流烟气的转移率约为6.55％～18.96％，因而，转移到粒 相物中的苯乙醇会导致萃取液内标含量增大，但与萃取液约为 0.5mg/mL的内标浓度相比，影响几乎可以忽略不计。因此，本发 明选用的内标浓度为0.5mg/mL。

检测方法的优化

在保持其余色谱条件不变的情况下，通过调整程序升温程序， 对同一标准试样溶液和样品溶液进行检测，以此考察内标物和目标 物的出峰情况。设置柱流量1.5mL/min，为保持较高的检测效率和 较好的分离效果，选用程序升温条件为：初始温度100℃，保持 1min，以升温速率120℃/min，至220℃，保持2min。该条件下待 测目标物、内标、杂质峰能够分离完全，如图3所示，可满足分析 要求。

工作曲线及检测限

5级标准工作液分别对应的烟气烟碱含量分别为0.4mg/cig.、 0.8mg/cig.、1.2mg/cig.、1.6mg/cig.、2.0mg/cig.，对应的烟气水分 含量为1.0mg/cig.、2.0mg/cig.、3.0mg/cig.、4.0mg/cig.、5.0mg/cig.。 采用内标标准曲线法定量，以目标物相对内标的峰面积比Y对其浓 度X进行回归分析，按3倍信噪比和10倍信噪比来确定各分析物 的定性检出限和定量检出限，得到的线性回归方程、相关系数和检 测限如表1所示。

表1  烟碱和水分的工作曲线及检测限

重复性和回收率

按照低、中、高3个含量水平分别在卷烟样品的萃取液中添加 烟碱含量为0.1mg/cig.、0.5mg/cig.、2.0mg/cig.的烟碱标准溶液和 水分含量为0.5mg/cig.、2.0mg/cig.、5.0mg/cig.的水分标准溶液， 每种浓度添加进行6次平行实验，根据结果计算方法的加标回收率 及加标后测定值的相对标准偏差(RSD)，结果如表2所示。

表2  方法的回收率及重复性   (n＝6)

本发明的方法与现有常规方法的对比

选取了3个卷烟样品，使用本发明的方法和现有的常规方法分 别检测，进行方法对比，样品的色谱图如图4所示，检测结果如表 3所示。

表3中的“本发明方法”和“现有的常规方法”的检测结果都 为一个样品6次检测的平均值。CM7的推荐值取自2013年亚太烟 气合作共同实验结果。

表3  方法比对结果(单位：mg/cig.)

从表3可看出，本发明方法的检测结果与推荐值比较吻合。