2019, Vol. 45文章信息
- 赵光飞, 刘静, 屠彦刚, 陈华, 任俞澄, 吴建霖, 陈绍全, 陈宇超, 李锐, 张一扬, 周桂园
- ZHAO Guangfei, LIU Jing, TU Yan’gang, CHEN Hua, REN Yucheng, WU Jianlin, CHEN Shaoquan, CHEN Yuchao, LI Rui, ZHANG Yiyang, ZHOU Guiyuan
- 气相色谱法同时检测加热不燃烧卷烟芯材中的1,2-丙二醇、烟碱与甘油含量
- Simultaneous determination of 1,2- propylene glycol, nicotine and glycerol in heat-not-burn cigarette core material by gas chromatography method
- 中国测试, 2019, 45(3): 69-74
- CHINA MEASUREMENT & TEST, 2019, 45(3): 69-74
- http://dx.doi.org/10.11857/j.issn.1674-5124.2018050073
-
文章历史
- 收稿日期: 2018-05-24
- 收到修改稿日期: 2018-06-21
2. 中烟施伟策（云南）再造烟叶有限公司，云南 玉溪 653100
2. China Tobacco Schweitzer (Yunnan) Reconstituted Tobacco Co., Ltd., Yuxi 653100, China
加热不燃烧型烟草制品具有“加热烟草而不燃烧烟草”的特点，在感官质量及吸食方式上与传统烟草制品最为相似[1]，在满足消费者吸烟体验的同时，能够有效降低有害成分的释放量[2-4]。洪群业等[4]对近年国内外加热不燃烧型烟草制品专利技术统计分析表明，卷烟行业对加热不燃烧型卷烟研究呈逐年上升趋势，已成为国内外新型卷烟研究热点。加热不燃烧卷烟最重要的组成部分是卷烟芯材以及芯材所负载的发烟剂、烟碱和香气物质。研究表明，1,2-丙二醇和甘油在卷烟配方中既有保润作用，又能促进加热不燃烧卷烟产品在加热状态下释放烟气和香气物质[5-7] ，因此常被作为加热不燃烧卷烟芯材中的发烟剂[8]，其用量对烟气产生的机制和香气释放具有关键的作用；同时，烟碱含量是所有烟草制品重要指标，决定着烟草制品是否能满足消费者生理需求[9]；因此，准确测量1,2-丙二醇、甘油和烟碱对于加热不燃烧卷烟芯材具有重要意义。
目前检测1,2-丙二醇、甘油主要有气相色谱(GC)法[10]、高效液相色谱(HPLC) 法[11-12]、气相色谱－质谱联用（GC-MS）法[13]；其中，GC和HPLC法已被列为CORESTA 推荐方法[14-15]，国内烟草行业也建立了相应的检测标准[16-18]。测定烟碱主要有GC法[19-20]、连续流动分析法（CFA）[21]等，国内烟草行业检测标准以GC法[22-23]为主，但烟草制品中同时检测1,2-丙二醇、甘油、烟碱的行业标准尚未建立。蔡君兰等[24-25]用含有1,4-丁二醇和2-甲基喹啉双内标的异丙醇溶液萃取，气相色谱同时分析了电子烟烟液中1,2-丙二醇、烟碱和甘油含量，但针对加热不燃烧卷烟芯材的研究尚未见报道。基于此，本文建立了气相色谱同时测定加热不燃烧卷烟芯材中1,2-丙二醇、烟碱和甘油含量的分析方法，对样品水分检测、前处理和色谱分析条件进行了优化；因为加热不燃烧卷烟芯材中大量的甘油、丙二醇的使用，使得样品中水分不宜采用传统烘箱法测定，故利用卡尔费休水分滴定仪[26]检测；采用含有1,4-丁二醇和正十七碳烷双内标的异丙醇溶液萃取，气相色谱同时测定，得到样品中1,2-丙二醇、烟碱和甘油的绝干含量，对加热不燃烧卷烟芯材产品的开发和品质改善具有参考价值。
1 材料与方法 1.1 材料、试剂和仪器材料：取样于中烟施伟策（云南）再造烟叶有限公司生产线。
试剂：1,2-丙二醇（纯度>99.5%，阿拉丁试剂上海有限公司）；烟碱（纯度>97%，加拿大TRC公司）；甘油标准品（纯度>99.5%，阿拉丁试剂上海有限公司）；正十七碳烷（纯度>99%，ACROS 公司）；1,4-丁二醇标准品（纯度>98.2%，CHEM SERVICE公司）；异丙醇（色谱纯，美国Fisher 公司）；甲醇（色谱纯，德国Merck公司）；卡尔费休试剂3-5（安全型无吡啶，分析纯，上海新中化学科技公司）。
仪器：Agilent 7890B 气相色谱仪（美国Agilent 公司，配有氢火焰检测器）；切丝机(河南省开封捷利器材厂)；HY-8 调速多用振荡器（金坛市友联仪器研究所）；BSA224S-CW 电子天平（感量：0.000 1 g，德国Sartorius 公司）；V10S卡尔费休水分测定仪(瑞士METTLER-TOLEDO公司)。
1.2 实验方法 1.2.1 溶液配制 1）内标萃取剂配制分别称取5 g 1,4-丁二醇（精确到0.000 1 g）、0.6 g正十七碳烷（精确到0.000 1 g）至同一1L容量瓶，异丙醇溶解并定容至刻度，二者质量浓度分别为5 mg/mL、0.6 mg/mL。0~4 ℃保存，备用。
2）标准工作液配制混合标液配制：按其纯度折算为100%质量，分别称取0.25 g烟碱（精确到0.000 1 g），2.5 g丙二醇、甘油（精确到0.000 1 g），用内标萃取液定容于50 mL容量瓶，烟碱质量浓度为5 mg/mL，丙二醇、甘油为50 mg/mL。0~4 ℃保存，备用。
工作液配制：分别移取混合标准液0.2，0.5，1.0，1.5，2.0 mL于10 mL容量瓶，内标萃取液定容，制得烟碱质量浓度分别为0.10，0.25，0.50，0.75，1.00 mg/mL，丙二醇、甘油浓度分别为1.00，2.50，5.00，7.50，10.00 mg/mL的五级标准工作液，进行GC-FID分析。
1.2.2 样品前处理将样品切丝，准确称取1 g样品，精确0.000 1 g，置于150 mL锥形瓶中，加入50 mL内标萃取液，室温下振荡2 h，加入适量无水硫酸钠除水，取上层清液，0.45 μm有机滤膜过滤，进行GC-FID定量分析。
水分检测按照国标[26]，利用卡尔费休电位滴定仪测定样品原始水分。
1.2.3 色谱条件色谱柱为DB-WAX（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；程序升温，初温100 ℃（保持4 min），以15 ℃/min 的速率升至230 ℃，保持2.5 min；进样口温度为250 ℃；FID 检测器温度275 ℃；载气为氮气，载气流量1.5 mL/min，恒流模式；空气流量300 mL/min；氢气30 mL/min；尾吹气氮气25 mL/min；进样体积为1 μL，分流进样，分流比10:1。
1.2.4 数据处理样品中目标物百分含量 X以每克试样中含有目标物的质量数来表示，即：
| $X = \frac{{cV}}{{m(1-w)}}\times 100{\text{%}}$ | (1) |
式中：X——加热不燃烧试样中目标物百分含量，%；
c——测得的目标物质量浓度，mg/mL；
V——内标萃取液的体积，mL；
m——加热不燃烧试样质量，mg；
w——卡尔费休法检测样品水分，%；
2 结果与讨论 2.1 内标的选择综合考虑内标物与被分析的样品组分有基本相同或尽可能一致的物理化学性质(如化学结构、极性、挥发度及在溶剂中的溶解度等)、色谱行为和响应特征，以及在色谱分析条件下，保证内标物必须能与样品中各组分充分分离原则，同时考虑到加热不燃烧卷烟芯材中烟碱与1,2-丙二醇、甘油含量差异较大，因此本方法采用双内标进行定量测定。本方法参照行业标准[16-17]，以1,4-丁二醇作为1,2-丙二醇和甘油内标，同时参照国标[23]，以正十七碳烷作为烟碱内标，利用异丙醇 （未加内标）直接萃取样品，色谱图见图1（a），从图中可知，加热不燃烧卷烟芯材中不含1,4-丁二醇和正十七碳烷，峰形较好，样品中其他成分与内标峰无重叠。
|
| 图 1 异丙醇萃取色谱图 1. 1,2-丙二醇；2. 正十七碳烷；3. 烟碱；4. 1,4-丁二醇；5. 甘油。 |
2.2 色谱峰化合物定性
分别对比1,2-丙二醇、烟碱、甘油标样及加热不燃烧再造烟叶样品在气相色谱上的保留时间，来确定检测目标化合物；为了排除其他化合物干扰，同时在加热不燃烧卷烟芯材样品中加入标准品，重叠对比色谱图详见图1（b），查看色谱峰响应是否增加以确定目标化合物。
2.3 萃取方式、萃取剂选择综合考虑超声萃取不仅噪音大，而且会造成萃取溶液发热挥发，从而引起样品中的1,2-丙二醇、烟碱、甘油浓度变化，故采用振摇萃取样品。取已知甘油含量分别为15%、25%、30%，1,2-丙二醇均为5%的样品1号，2号和3号，以甲醇、异丙醇内标溶液进行萃取效率比较，每个样品测2个平行，结果见表1。从检测结果分析，异丙醇作为萃取剂时，1,2-丙二醇、甘油检测结果比甲醇萃取时高，且更接近配方理论值，同时考虑到异丙醇比甲醇对人体危害小，故本方法采用异丙醇作为加热不燃烧卷烟芯材萃取试剂。
| 萃取试剂 | 样品 | 1,2-丙二醇/% | 烟碱/% | 甘油/% |
| 甲醇 | 1（15%） | 4.24 | 0.56 | 13.49 |
| 2（25%） | 4.27 | 0.59 | 23.48 | |
| 3（30%） | 4.24 | 0.53 | 26.60 | |
| 异丙醇 | 1（15%） | 4.27 | 0.53 | 14.60 |
| 2（25%） | 4.27 | 0.65 | 23.61 | |
| 3（30%） | 4.25 | 0.61 | 27.07 |
2.4 萃取时间选择
在确定利用异丙醇振摇萃取样品的基础上，比较了萃取时间为1，2，3 h的萃取效率。1,2-丙二醇、烟碱、甘油检测结果见表2。结果显示，萃取时间从1 h增加到3 h，1,2-丙二醇、烟碱、甘油测定结果的相对标准偏差为0.80%、2.17%、1.49%，表明萃取时间主要影响烟碱、甘油检测结果，当萃取时间为2 h时，烟碱、甘油检测结果明显高于1 h，与萃取3 h基本相等，综合考虑整个样品检测时间，确定萃取时间为2 h。
| 样品 | 萃取时间/h | 1,2-丙二醇/% | 烟碱/% | 甘油/% |
| 1 | 1 | 4.04 | 0.54 | 23.30 |
| 2 | 4.07 | 0.56 | 23.49 | |
| 3 | 4.05 | 0.56 | 23.54 | |
| 2 | 1 | 4.02 | 0.53 | 22.56 |
| 2 | 3.98 | 0.55 | 23.06 | |
| 3 | 3.98 | 0.56 | 22.89 | |
| 相对标准偏差/% | 0.80 | 2.17 | 1.49 | |
2.5 标准工作曲线、检测限及定量限
将五级标准工作液进行GC-FID分析，标准样品色谱图见图2（a），建立标准工作曲线，将各目标物峰面积与内标物峰面积之比和各目标物浓度与内标物浓度之比进行线性回归分析，得到1,2-丙二醇、烟碱、甘油标准工作曲线及相关系数，见表3。将最低浓度混合标液进样10次，分别通过标准曲线定量每次进样的1,2-丙二醇、烟碱、甘油浓度含量，并计算检测结果的标准偏差，以3倍和10倍标准偏差确定为检测限和定量限。结果表明，3种目标物的工作曲线线性良好，相关系数均高于0.999；1,2-丙二醇、烟碱、甘油检测限分别为0.019 mg/mL、0.009 mg/mL、0.011 mg/mL，定量限为0.064 mg/mL、0.030 mg/mL、0.039 mg/mL，检测限远低于加热不燃烧卷烟芯材中目标物含量，适用于目标物定量分析。
|
| 图 2 混合标样与样品色谱图 1. 1,2-丙二醇；2. 正十七碳烷；3. 烟碱；4. 1,4-丁二醇；5. 甘油。 |
| 化合物 | 保留时间/min | 线性范围/(mg·mL–1) | 回归方程 | 相关系数 | 检出限/(mg·mL–1) | 定量限/(mg·mL–1) |
| 1,2丙二醇 | 7.654 | 1.00~10.00 | y=0.723 9x+0.007 5 | 0.999 1 | 0.019 | 0.064 |
| 烟碱 | 10.228 | 0.10~1.00 | y=0.657 7x+0.004 3 | 0.999 2 | 0.009 | 0.030 |
| 甘油 | 13.081 | 1.00~10.00 | y=0.543 5x+0.001 0 | 0.999 2 | 0.011 | 0.039 |
2.6 精密度与回收率
对同一加热不燃烧卷烟芯材称取6个平行样品进行检测，检测结果的相对标准偏差为精密度，见表4。
| 样品 | 1,2-丙二醇 | 烟碱 | 甘油 |
| 1 | 4.13 | 0.61 | 23.79 |
| 2 | 3.96 | 0.65 | 23.56 |
| 3 | 4.02 | 0.63 | 23.73 |
| 4 | 4.05 | 0.61 | 23.63 |
| 5 | 4.09 | 0.61 | 23.38 |
| 6 | 4.01 | 0.61 | 23.82 |
| 相对标准偏差 | 1.50 | 2.62 | 0.70 |
取上述加热不燃烧卷烟样品3份，以样品中1,2-丙二醇、烟碱、甘油的绝干含量为基准，分别加入低、中、高3个水平的1,2-丙二醇、烟碱、甘油标准品，每个添加水平测2个平行样。加标后的样品分别进行前处理和GC-FID分析，并由样品中原含量、加标量和测定值计算样品加标回收率，结果见表5。
| 化合物 | 样品原始含量/mg | 添加量/mg | 检测量/mg | 回收率/% |
| 1,2-丙二醇 | 34.88 | 19.79 | 55.18 | 102.58 |
| 33.99 | 39.58 | 73.68 | 100.30 | |
| 34.13 | 74.21 | 110.28 | 102.62 | |
| 烟碱 | 4.84 | 2.94 | 7.785 | 100.17 |
| 4.74 | 5.88 | 10.59 | 99.48 | |
| 4.78 | 11.76 | 16.465 | 99.36 | |
| 甘油 | 199.59 | 113.45 | 315.69 | 102.33 |
| 199.59 | 226.90 | 427.08 | 100.26 | |
| 199.06 | 453.80 | 639.74 | 97.11 |
由表4，表5可知：1,2-丙二醇、烟碱、甘油相对标准偏差分别为1.50%、2.62%、0.70%，加标回收率范围分别为100.30%~102.62%、99.36%~100.17%、97.11%~102.33%，说明方法的准确率高、重复性好，适用于加热不燃烧卷烟芯材中1,2-丙二醇、烟碱、甘油的定量分析。
2.7 样品检测采用本方法测定16个市售加热不燃烧卷烟芯材样品，检测结果如表6所示。从表中可看出，所测16个样品中均检测出1,2-丙二醇、烟碱、甘油（若实际样品中1,2-丙二醇、烟碱、甘油浓度超出标准工作曲线浓度范围，需进行一定倍数稀释后再进行GC-FID分析），含量分别在0.38%~4.38%、0.39%~1.42%、12.33%~24.60%之间，图2（b）为加热不燃烧卷烟芯材样品色谱图。
| 样品 | 1,2-丙二醇 | 烟碱 | 甘油 | 样品 | 1,2-丙二醇 | 烟碱 | 甘油 | |
| 1 | 4.02 | 0.53 | 22.56 | 9 | 4.38 | 1.14 | 18.98 | |
| 2 | 3.98 | 0.55 | 23.06 | 10 | 4.04 | 1.24 | 19.36 | |
| 3 | 3.98 | 0.56 | 22.89 | 11 | 4.25 | 1.14 | 18.35 | |
| 4 | 3.35 | 0.70 | 12.33 | 12 | 3.93 | 0.56 | 22.90 | |
| 5 | 3.23 | 1.20 | 17.36 | 13 | 4.04 | 0.54 | 23.30 | |
| 6 | 3.69 | 1.30 | 17.79 | 14 | 2.95 | 0.48 | 22.44 | |
| 7 | 0.38 | 1.36 | 18.38 | 15 | 4.05 | 0.56 | 23.54 | |
| 8 | 0.39 | 1.42 | 18.74 | 16 | 1.01 | 0.39 | 24.60 |
3 结束语
本文采用异丙醇为振荡萃取剂，正十七碳烷和1,4-丁二醇为双内标定量，建立了气相色谱-氢火焰离子化检测器同时分析加热不燃烧卷烟芯材中烟碱、1,2-丙二醇和甘油含量的方法。并使用卡尔费休水分电位滴定仪测定样品中的水分，最终得到烟碱、1,2-丙二醇和甘油在样品中的绝干含量。实验结果表明该方法前处理简单、安全，定量结果准确可靠，重现性好，选择性高，适用于加热不燃烧卷烟芯材中1,2-丙二醇、烟碱、甘油定量分析。
| [1] |
窦玉青, 沈轶, 杨举田, 等. 新型烟草制品发展现状及展望[J].
中国烟草科学, 2016-10, 37(5): 92-97.
|
| [2] |
李翔, 谢复炜, 刘惠民. 新型烟草制品毒理学评价研究进展[J].
烟草科技, 2016, 49(1): 88-93.
|
| [3] |
FOY J W D, BOMBICK B R, BOMBICK D W, et al. A comparison of in vitro toxicities of cigarette smoke condensate from" Eclipse” cigarettes and four commercially available ultralow-" tar” cigarettes[J].
Food and Chemical Toxicology, 2004, 42(2): 237-243.
DOI:10.1016/j.fct.2003.08.020 |
| [4] |
洪群业, 郑路, 程多福, 等. 国内加热不燃烧型卷烟专利技术统计分析[J].
烟草科技, 2017, 50(11): 66-74.
|
| [5] |
王孝峰, 周顺, 何庆, 等. 加热状态下烟草气溶胶释放特性的影响因素: 温度、甘油和气氛[J].
烟草科技, 2017, 50(10): 48-54.
|
| [6] |
朱浩, 席辉, 柴国璧, 等. 温度对加热非燃烧卷烟烟熏香成分释放的影响[J].
烟草科技, 2017, 50(11): 33-38.
|
| [7] |
赵龙, 刘珊, 曾世通, 等. 甘油对烟丝加热状态下烟气中挥发性和半挥发性成分的影响[J].
烟草科技, 2016, 49(4): 53-60.
|
| [8] |
刘珊, 崔凯, 曾世通, 等. 加热非燃烧型烟草制品剖析[J].
烟草科技, 2016, 49(11): 56-65.
|
| [9] |
谢剑平. 烟草与烟气化学成分[M]. 北京: 化学工业出版社, 2011:365.
|
| [10] |
左萍, 吴军武, 许立宪, 等. 气相色谱法同时测定牙膏中二甘醇, 丙二醇, 甘油[J].
检验检疫科学, 2008, 18(4): 46-48.
DOI:10.3969/j.issn.1674-5354.2008.04.015 |
| [11] |
王岚, 李忠, 蒋次清, 等. HPLC 法同时测定烟草和料液中的糖和保润剂[J].
烟草科技, 2006(8): 25-28.
DOI:10.3969/j.issn.1002-0861.2006.08.006 |
| [12] |
黄菲, 黄翼飞. 高效液相色谱测定烟用香精及料液中保润剂方法的改进[J].
现代食品科技, 2011, 27(8): 1043-1046.
|
| [13] |
段沅杏, 吴亿勤, 杨威, 等. GC/MS法同时测定电子烟烟气释放物中的5种醇类化合物[J].
烟草科技, 2015, 48(10): 43-47, 61.
|
| [14] |
Determination of 1,2-propylene glycol and glycerol in tobacco and tobacco products by gas chromatography: CORESTA Recommended Methods No. 60[S]. 2005.
|
| [15] |
Determination of 1,2-propylene glycol, glycerol and sorbitol in tobacco and tobacco products by high performance liquid chromatography (HPLC): CORESTA Recommended Methods No. 61[S]. 2005.
|
| [16] |
烟草及烟草制品1,2-丙二醇、甘油的测定气相色谱法: YC/T 243—2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
|
| [17] |
烟用香精乙醇、1,2-丙二醇、甘油含量测定气相色谱法: YC/T 242-2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
|
| [18] |
烟草及烟草制品1,2-丙二醇、甘油和山梨醇的测定高效液相色谱法: YC/T 244—2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
|
| [19] |
段沅杏, 赵伟, 杨威, 等. 口用型无烟气烟草制品中烟碱的测定[J].
烟草科技, 2017, 50(7): 69-75.
|
| [20] |
吴亿勤, 刘秀明, 秦云华, 等. DART-MS/MS 法测定烟草及烟草制品中的烟碱[J].
烟草科技, 2017, 50(8): 46-51, 74.
|
| [21] |
邓小华, 陈冬林, 周冀衡, 等. 湖南烤烟烟碱含量空间分布特征及与香吃味的关系[J].
中国烟草科学, 2009, 30(5): 34-40.
DOI:10.3969/j.issn.1007-5119.2009.05.008 |
| [22] |
烟草及烟草制品烟碱的测定气相色谱法: YC/T 246—2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
|
| [23] |
卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法: GB/T 23355-2009[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.
|
| [24] |
蔡君兰, 刘绍锋, 陈黎, 等. 一种电子烟烟液中烟碱、丙二醇和甘油的同时测定方法: 201510122472.9[P]. 2015-05-27.
|
| [25] |
蔡君兰, 陈黎, 彭斌, 等. 气相色谱法同时测定电子烟烟液中的烟碱、1,2-丙二醇和甘油[J].
中国烟草学报, 2016, 22(5): 1-9.
|
| [26] |
烟草及烟草制品水分的测定卡尔费休法: GB/T 23357-2009[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.
|