一種用於捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理裝置的製作方法
2023-05-29 18:56:26
專利名稱：一種用於捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於樣品前處理儀器領域，涉及一種用於捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理裝置。
背景技術：
捲菸燃燒過程產生的煙氣中含有數千種化學物質，已經鑑定出的化學成分已經超過4000種，這些化學成分中既有提供菸草香氣、吃味和生理作用的物質，也有產生雜氣、刺激和不良氣味的物質，還有微量對人體健康產生危害的物質。HOFFMANN名單(69種)以及加拿大政府通過立法要求生產商定期檢測捲菸主流煙氣中的有害成分的名單(46種)中列出的有害物質得到了世界衛生組織和菸草行業的普遍認可，其中亞硝胺類化合物是最受關注的有害物質之一。菸草中存在4種形式的N-亞硝胺:非揮發性的N-亞硝胺、帶亞硝基的胺基酸、揮發性的N-亞硝胺和菸草特有的N-亞硝胺(TSNAs)，其中TSNAs的含量最高。TSNAs是僅存在於菸草及菸草製品中的一類亞硝胺，也是一類重要的致癌物。目前已鑑定出的8中TSNAs中，對N-亞硝基新菸鹼、4- (N-甲基亞硝胺基)-1- (3-吡啶基)-1-丁酮，N-亞硝基降菸鹼和N-亞硝基假木賊鹼的研究較為深入，其含量在10_9 10_6 g/g之間。國內外對菸草和煙氣中亞硝胺的提取、淨化、分離和檢測進行了大量研究。由於菸草、菸草製品及煙氣中TSNAs含量很低，且基體複雜，要準確定量難度較大，因此分析前一般要先進行複雜的樣品前處理過程。先用溶劑提取菸草或煙氣冷凝物中的TSNAs，提取液經分離純化後進入分析儀器進行檢測。作為《菸草控制框架公約》的成員國之一，我國已頒布了測定主流煙氣總粒相物中菸草特有亞硝胺等七種有害成分的國家標準推薦方法。然而由於捲菸煙氣的組成十分複雜，樣品在色譜檢測前需經分離富集等前處理過程，測定捲菸煙氣總粒相物中菸草特有亞硝胺的標準推薦方法存在前處理步驟冗長、操作繁瑣、有機溶劑消耗大、自動化程度低、不能同時處理多個樣品等問題。因此，研究分析捲菸煙氣中亞硝胺的高效、快速、適用於大批量樣品分析的樣品前處理技術，建立快速準確、靈敏度高、重現性好、成本低的分析方法是菸草行業當前的一項迫切任務。
實用新型內容本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種用於捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理裝置。本實用新型通過以下技術方案實現上述目的:一種用於捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理裝置，包括氮吹濃縮裝置、超聲萃取裝置和柱層析裝置，其中:所述氮吹濃縮裝置包括設有濃縮進樣管的氮吹儀、與氮吹儀相連的自動進樣器、與氮吹儀通過氮氣管相連的氮氣系統，以及與氮吹儀通過濃縮出液管相連的樣品瓶；所述超聲萃取裝置包括裝有萃取瓶的超聲儀，以及通過萃取劑管與萃取瓶相連的溶劑瓶；萃取劑管通過超聲前進樣管與濃縮進樣管相連，萃取瓶通過超聲後進樣管與濃縮進樣管相連；所述柱層析裝置包括層析柱，通過廢液管與層析柱相連的廢液瓶，以及通過洗脫管與層析柱相連的洗脫瓶；層析柱通過層析進樣管與濃縮出液管相連，廢液管通過二次濃縮管與濃縮進樣管相連。使用本實用新型的前處理裝置時，各種試劑的製備、用量以及加入順序參考GBT23228-2008中描述的方法，先將捕集了捲菸煙氣的濾片或吸附劑等放入超聲萃取裝置中並加入溶劑進行萃取，之後萃取液進入氮吹濃縮裝置，濃縮後成為第一濃縮液，接著第一濃縮液進入層析柱中，分離純化的洗脫液再進入氮吹濃縮裝置，加入內標物後濃縮成為第二濃縮液，進入樣品瓶中，即為最終處理產物。最終處理得到樣品瓶中的第二濃縮液可直接上樣到檢測儀器進行分析測試。為了控制前處理裝置中各管道內液體的流量，萃取劑管與超聲前進樣管連接處設有萃取泵，超聲後進樣管上設有超聲泵，二次濃縮管上設有濃縮泵，層析進樣管上設有層析泵、洗脫管上設有洗脫泵。優選地，上述的萃取泵、超聲泵、濃縮泵、層析泵和洗脫泵均為電磁流量泵。為了進一步引導前處理裝置中液體的流動方向，超聲前進樣管設有超聲前閥門，超聲後進樣管與濃縮進樣管的連接處和超聲泵之間設有超聲後閥門，二次濃縮管與濃縮進樣管的連接處和濃縮泵之間設有二次濃縮閥門，層析進樣管與濃縮出液管的連接處和層析泵之間設有層析進樣閥門，層析進樣管與濃縮出液管的連接處和樣品瓶之間設有樣品閥門，廢液管與二次濃縮管的連接處和層析柱之間設有層析閥門，廢液管與二次濃縮管的連接處和廢液瓶之間設有廢液閥門，廢液管與二次濃縮管的連接處和濃縮泵之間設有濃縮閥門。優選地,萃取瓶的瓶口內徑為34 40 mm,萃取瓶的圓弧部內徑為94 100mm,萃取瓶的底部內徑為130 134 mm ;溶劑瓶的容量為2.5 4 L ;萃取瓶內設有圓柱體下凹部分，方便超聲萃取完成後可以將萃取液完全輸出；層析柱的內徑為20 24 mm，長度為300 320 mm。優選地，氮吹儀設有紅外檢測器，紅外檢測器根據氮吹儀中萃取液的濃縮體積來控制氮吹功能的開啟與關閉。作為一個優選的方案，本實用新型還設有與氮吹濃縮裝置連接的回收裝置。所述回收裝置包括與氮吹儀相連的冷凝裝置以及與冷凝裝置相連的萃取劑回收瓶，冷凝裝置依次經過過濾裝置和增壓裝置連接至氮氣管。在該方案中，用冷凝裝置回收萃取溶劑和洗脫液，用過濾裝置和增壓裝置回收氮氣並循環利用。與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果:1.本實用新型將捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析前處理的各個步驟連接起來，並實現了自動化，提高捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的穩定性、重複性和前處理效率。2.本實用新型所提供的前處理裝置通過冷凝裝置將萃取溶劑和洗脫液回收，減少了將其排放到大氣中對環境的危害。[0021]3.本實用新型所提供的前處理裝置通過過濾裝置和增壓裝置將氮氣回收後循環使用，節約成本。
圖1:本實用新型實施例1中前處理裝置的結構示意圖。附圖標記表:1溶劑瓶；2萃取瓶；3超聲儀；4萃取慄；5超聲慄；6氣吹儀；5進樣器；7氮氣系統；8樣品瓶；9樣品閥門；10層析進樣閥門；11 二次濃縮閥門；12超聲後閥門；13超聲前閥門；14自動進樣器；15萃取劑回收瓶；16冷凝裝置；17過濾裝置；18增壓裝置；19濃縮泵；20層析泵；21層析柱；22廢液瓶；23洗脫泵；24洗脫瓶；25層析閥門；26濃縮閥門；27廢液閥門。
具體實施方式
實施例1裝置的構建:一種用於捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理裝置，包括氮吹濃縮裝置、超聲萃取裝置、柱層析裝置和回收裝置，其中:所述氮吹濃縮裝置包括設有濃縮進樣管的氮吹儀6、與氮吹儀6相連的自動進樣器14、與氮吹儀6通過氮氣管相連的氮氣系統7，以及與氮吹儀6通過濃縮出液管相連的樣品瓶8 ；所述超聲萃取裝置包括裝有萃取瓶2 (瓶口內徑為34 mm,萃取瓶2的圓弧部內徑為94 mm,萃取瓶2的底部內徑為130 mm,設有圓柱下凹部分)的超聲儀3,以及通過萃取劑管與萃取瓶2相連的溶劑瓶I (可容納4 L溶劑)；萃取劑管通過超聲前進樣管與濃縮進樣管相連，萃取瓶2通過超聲後進樣管與濃縮進樣管相連；所述柱層析裝置包括層析柱21 (內徑為20 mm，長度為300 mm)，通過廢液管與層析柱21相連的廢液瓶22，以及通過洗脫管與層析柱21相連的洗脫瓶24 ;層析柱21通過層析進樣管與濃縮出液管相連，廢液管通過二次濃縮管與濃縮進樣管相連；所述回收裝置包括與氮吹儀6相連的冷凝裝置16以及與冷凝裝置16相連的萃取劑回收瓶15，冷凝裝置16依次經過過濾裝置17和增壓裝置18連接至氮氣管。萃取劑管與超聲前進樣管連接處設有萃取泵4，超聲後進樣管上設有超聲泵5，二次濃縮管上設有濃縮泵19，層析進樣管上設有層析泵20、洗脫管上設有洗脫泵23 ;所述萃取泵4、超聲泵5、濃縮泵19、層析泵20和洗脫泵23均為電磁泵。超聲前進樣管設有超聲前閥門13，超聲後進樣管與濃縮進樣管的連接處和超聲泵5之間設有超聲後閥門12，二次濃縮管與濃縮進樣管的連接處和濃縮泵19之間設有二次濃縮閥門11，層析進樣管與濃縮出液管的連接處和層析泵20之間設有層析進樣閥門10，層析進樣管與濃縮出液管的連接處和樣品瓶8之間設有樣品閥門9，廢液管與二次濃縮管的連接處和層析柱21之間設有層析閥門25，廢液管與二次濃縮管的連接處和廢液瓶22之間設有廢液閥門27，廢液管與二次濃縮管的連接處和濃縮泵19之間設有濃縮閥門26。氮吹儀6設有紅外檢測器，紅外檢測器根據氮吹儀6中萃取液的濃縮體積來控制氮吹功能的開啟與關閉。[0034]實施例2使用實施例1構建的裝置，並結合GBT 23228-2008中描述的方法，進行捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理。具體方法如下:將捕集了捲菸煙氣的濾片(吸附劑)(濾片或吸附劑捕集到的是煙氣總粒相物)放入超聲儀3中的萃取瓶2中，萃取劑(二氯甲烷)置於溶劑瓶I中，通過萃取泵4 (20 ml/s,流量可根據實際情況進行調節)將溶劑瓶I中的100 mL萃取劑輸送到萃取瓶2中進行第一次萃取，超聲萃取時間為10 min,獲得第一次萃取液。超聲完成後，超聲後閥門12打開，第一次萃取液通過超聲泵5(20 ml/s，流量可根據實際情況進行調節)進入氮吹儀6進行濃縮，當萃取液完全進入氮吹儀6後，超聲後閥門12關閉，氮吹儀6開始進行濃縮，氮吹儀中的氮氣由氮氣系統7供應，當氮吹儀6中的萃取液濃縮至5 ml時，氮吹儀6由紅外檢測響應後自動終止氮吹。在氮吹過程中，萃取劑經過冷凝裝置16進入到萃取劑回收瓶15回收；氮氣經過冷凝裝置16後經過過濾裝置17和增壓裝置18重新回到氮吹儀6中重複利用。氮吹完成後萃取泵4將80 mL萃取劑輸送到超聲儀3中進行第二次萃取(10 min),之後萃取液進入氮吹儀6，氮吹儀6重複第一次氮吹過程。第二次氮吹完成後重複進行第三次萃取過程和氮吹過程。合併三次萃取液獲得總萃取液(三次萃取溶液共260 ml)，總萃取液濃縮至5 mL後，層析進樣閥門10打開，總萃取液通過層析泵20輸送進入層析柱21中，層析柱21下層裝填有15 g鹼性氧化鋁，上層裝填有10 g無水硫酸鈉。層析閥門25和廢液閥門27打開，5 ml萃取液通過層析柱後21進入到廢液瓶22中。之後超聲前閥門13打開，溶劑瓶I中的30mL萃取劑通過萃取泵4經過氮吹儀6後經層析進樣閥門10進入層析柱21進行淋洗層析柱，不收集洗脫液，洗脫液經層析閥門25和廢液閥門27進入廢液瓶22中。然後洗脫瓶24中100 mL8%甲醇-二氯甲烷(體積分數)洗脫液通過洗脫泵23進入層析柱21淋洗層析柱，此時廢液閥門27關閉，濃縮閥門26打開，洗脫液通過層析閥門25、濃縮閥門26和濃縮泵19進入氮吹儀6，待洗脫液完全進入氮吹儀6後，自動進樣器14加入Iml內標物(按GBT 23228-2008中的要求配備)後氮吹儀6進行濃縮，當氮吹儀6中的溶液濃縮至I ml時，氮吹儀6由紅外檢測響應後自動終止氮吹。然後樣品閥門9打開，濃縮液進入樣品瓶8中，即為最終處理產物。最終處理得到樣品瓶中的濃縮液可直接上樣到檢測儀器進行分析測試。通過本裝置檢測出的結果與GB23228-2008《捲菸主流煙氣總粒相物中菸草特有N-亞硝胺的測定氣相色譜熱能分析聯用法》規定的前處理方法得出的結果相一致，相對偏差在10%以內，符合標準規定的要求。通過該裝置測得的N-亞硝基新菸鹼、4- (N-甲基亞硝胺基)_1_ (3-卩比唳基)-1- 丁酮、N-亞硝基降菸鹼和N-亞硝基假木賊鹼回收率分別是93.4%, 94.8%, 94.5% 和 91.2%。
權利要求1.一種用於捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理裝置，包括氮吹濃縮裝置、超聲萃取裝置和柱層析裝置，其特徵在於: 所述氮吹濃縮裝置包括設有濃縮進樣管的氮吹儀(6)、與氮吹儀(6)相連的自動進樣器(14)、與氮吹儀(6)通過氮氣管相連的氮氣系統(7)，以及與氮吹儀(6)通過濃縮出液管相連的樣品瓶(8)； 所述超聲萃取裝置包括裝有萃取瓶(2)的超聲儀(3)，以及通過萃取劑管與萃取瓶(2)相連的溶劑瓶(I);萃取劑管通過超聲前進樣管與濃縮進樣管相連，萃取瓶(2)通過超聲後進樣管與濃縮進樣管相連； 所述柱層析裝置包括層析柱(21)，通過廢液管與層析柱(21)相連的廢液瓶(22)，以及通過洗脫管與層析柱(21)相連的洗脫瓶(24);層析柱(21)通過層析進樣管與濃縮出液管相連，廢液管通過二次濃縮管與濃縮進樣管相連。
2.如權利要求1所述的前處理裝置，其特徵在於萃取劑管與超聲前進樣管連接處設有萃取泵(4)，超聲後進樣管上設有超聲泵(5)，二次濃縮管上設有濃縮泵(19)，層析進樣管上設有層析泵(20 )、洗脫管上設有洗脫泵(23 )。
3.如權利要求2所述的前處理裝置，其特徵在於所述萃取泵(4)、超聲泵(5)、濃縮泵(19)、層析泵(20)和洗脫泵(23)均為流量泵。
4.如權利要求2所述的前處理裝置，其特徵在於:超聲前進樣管設有超聲前閥門(13)，超聲後進樣管與濃縮進樣管的連接處和超聲泵(5)之間設有超聲後閥門(12)，二次濃縮管與濃縮進樣管的連接處和濃縮泵(19)之間設有二次濃縮閥門(11 )，層析進樣管與濃縮出液管的連接處和層析泵(20)之間設有層析進樣閥門(10)，層析進樣管與濃縮出液管的連接處和樣品瓶(8)之間設有樣品閥門(9)，廢液管與二次濃縮管的連接處和層析柱(21)之間設有層析閥門(25 )，廢液管與二次濃縮管的連接處和廢液瓶(22 )之間設有廢液閥門(27)，廢液管與二次濃縮管的連接處和濃縮泵(19)之間設有濃縮閥門(26)。
5.如權利要求1所述的前處理裝置，其特徵在於:萃取瓶(2)的瓶口內徑為34 40mm，萃取瓶(2)的圓弧部內徑為94 100 mm,萃取瓶(2)的底部內徑為130 134mm。
6.如權利要求1所述的前處理裝置，其特徵在於溶劑瓶(I)的容量為2.5 4 L0
7.如權利要求1所述的捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析前處理裝置，其特徵在於萃取瓶(2)內設有圓柱體下凹部分。
8.如權利要求1所述的前處理裝置，其特徵在於層析柱(21)的內徑為20 24mm，長度為300 320mm。
9.如權利要求1所述的前處理裝置，其特徵在於氮吹儀(6)設有紅外檢測器，紅外檢測器根據氮吹儀(6 )中萃取液的濃縮體積來控制氮吹功能的開啟與關閉。
10.如權利要求1-9中任一項所述的前處理裝置，其特徵在於:還設有與氮吹濃縮裝置相連的回收裝置；所述的回收裝置包括與氮吹儀(6)相連的冷凝裝置(16)以及與冷凝裝置(16)相連的萃取劑回收瓶(15)，冷凝裝置(16)依次經過過濾裝置(17)和增壓裝置(18)連接至氮氣管。
專利摘要本實用新型屬於樣品前處理領域，涉及一種用於捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的前處理裝置，該裝置包括超聲萃取裝置、柱層析裝置和氮吹濃縮裝置。先將捕集了捲菸煙氣的濾片或吸附劑等放入超聲萃取裝置中並加入溶劑進行萃取，之後萃取液進入氮吹濃縮裝置，濃縮後成為第一濃縮液，接著第一濃縮液進入層析柱中，分離純化的洗脫液再進入氮吹濃縮裝置，加入內標物後濃縮成為第二濃縮液，進入樣品瓶中，即為最終處理產物。本實用新型將捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析前處理的各個步驟連接起來，並實現了自動化，提高捲菸煙氣中菸草特有亞硝胺分析的穩定性、重複性和前處理效率。
文檔編號G01N30/06GK202994747SQ20122073223
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月27日 優先權日2012年12月27日
發明者沈光林, 吳君章, 汪軍霞, 孔浩輝 申請人:廣東中煙工業有限責任公司