一種評價菸葉原料羰基化合物釋放量的方法與流程

2023-06-20 12:58:16

本發明涉及一種評價菸葉原料羰基化合物釋放量的方法，屬於分析化學
技術領域：
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背景技術：
：揮發性羰基化合物是捲菸煙氣中一類重要的有害物質，對人體呼吸系統有強烈的刺激作用，該類化合物(甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2-丁酮和丁醛)被列入Hoffmann捲菸煙氣有害名單。其中，甲醛、乙醛和巴豆醛分別被國際癌症研究機構(IARC)列為1/2B、3類人類致癌物。掌握各種菸葉原料中羰基化合物含量水平，對不同菸葉合理復配以及捲菸中各種羰基化合物含量調控具有重要意義。目前，檢測菸草製品中的揮發性羰基化合物含量主要採用分光光度法、紙色譜法、高效液相色譜法和氣相色譜法等方法。一種常見的捕集羰基化合物的方法為在酸性條件下2,4-二硝基苯肼(DNPH)與羰基化合物反應生成穩定的腙類化合物，隨後所形成的腙類化合物可以被紫外光檢測器在365-380nm的波長檢測，進而確定各種羰基化合物的含量。技術實現要素：本發明提供了一種評價菸葉原料羰基化合物釋放量的方法，其目的在於對菸葉原料不進行捲菸製造即可掌握其製成的捲菸在抽吸時的羰基化合物釋放量。一種評價菸葉原料羰基化合物釋放量的方法包含以下步驟：1)樣品裂解；2)產物捕集：樣品原料通過裂解產生羰基化合物，然後對產物進行捕集；3)產物萃取；4)產物檢測：用高效液相色譜對萃取液進行分離和定量。所述的評價菸葉原料羰基化合物釋放量的方法，在樣品裂解前還包括實驗準備，所述的實驗準備主要包括菸葉原料預處理、2,4-二硝基苯肼重結晶、2,4-二硝基苯肼飽和溶液配製、2,4-二硝基苯肼濾片製備、萃取液配製和標準工作液配製。所述菸葉原料預處理為按照GB/T16447—2004《菸草及菸草製品調節和測試的大氣環境》的要求，菸絲樣品在溫度22±2℃和相對溼度60±5％下平衡48h。所述2,4-二硝基苯肼重結晶為取50g2,4-二硝基苯肼加入到800mL乙腈中，加熱回流至2,4-二硝基苯肼完全溶解，自然冷卻至室溫，靜置，抽濾、乙腈洗滌，真空乾燥。所述2,4-二硝基苯肼飽和溶液配製為稱取7.5g重結晶的2,4-二硝基苯肼固體於棕色平底燒瓶中，分別加入500mL乙腈和1mL70％高氯酸，60℃條件下加熱並超聲至溶解，冷卻至室溫即得。所述2,4-二硝基苯肼濾片製備為將兩張直徑為44mm玻璃纖維濾片疊放，均勻加入2mL2,4-二硝基苯肼飽和溶液，放置於真空乾燥器內避光晾乾。在菸絲裂解前，在晾乾的濾片上加入1mL2,4-二硝基苯肼飽和溶液待用。所述萃取液配製為配製體積分數為2％的吡啶/乙腈溶液。所述的標準工作液為含有如下8種苯腙化合物：甲醛-2,4-二硝基苯腙、乙醛-2,4-二硝基苯腙、丙酮-2,4-二硝基苯腙、丙烯醛-2,4-二硝基苯腙、丙醛-2,4-二硝基苯腙、巴豆醛-2,4-二硝基苯腙、2-丁酮-2,4-二硝基苯腙和丁醛-2,4-二硝基苯腙的系列標準工作液。所述的標準工作液的配製方法如下：1)配製標準儲備液：分別稱取甲醛-2,4-二硝基苯腙50mg、乙醛-2,4-二硝基苯腙100mg、丙酮-2,4-二硝基苯腙50mg、丙烯醛-2,4-二硝基苯腙40mg、丙醛-2,4-二硝基苯腙30mg、巴豆醛-2,4-二硝基苯腙30mg、2-丁酮-2,4-二硝基苯腙30mg和丁醛-2,4-二硝基苯腙30mg加入50mL燒杯中，加入30mL乙腈完全溶解後，轉移到100mL的容量瓶中，用乙腈定容至刻度，得標準儲備液；2)配製一級標準液：移取10mL標準儲備液到50mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，得一級標準液；3)配製二級標準液：分別準確移取0.1、0.2、0.5、1、5、10、25mL一級標準液到50mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，得7個二級標準液。一級標準液與7個二級標準液共同構成系列標準工作液。所述的評價菸葉原料羰基化合物釋放量的方法中，樣品裂解為重複裂解兩份樣品，裂解條件為：以氮氧混合氣為載氣，60～120℃/s速率下升溫至600～1200℃，再保持2～10s。氮氧混合氣由體積分數9％的氧氣和餘量氮氣組成，載氣流速16～17mL/s。該條件能用菸葉原料裂解氛圍模擬捲菸抽吸時的氛圍，菸葉原料羰基化合物的釋放量與其製成的捲菸抽吸時產生的羰基化合物量具有較好的一致性，可以用菸葉原料裂解產生的羰基化合物含量評價其製成的捲菸抽吸時產生的羰基化合物含量。所述的評價菸葉原料羰基化合物釋放量的方法中，樣品萃取所用的萃取液為體積分數為2％的吡啶/乙腈溶液，所用萃取液的體積為100mL。所述的評價菸葉原料羰基化合物釋放量的方法中，產物檢測中高效液相色譜條件為：檢測器：二極體陣列檢測器；檢測波長：365nm；進樣量：10μL；柱溫箱溫度：30℃；色譜柱：ExplosiveE2250mm×4.6mm色譜柱填料粒度5μm；流動相：A為去離子水，B為乙腈，流速：1mL/min；洗脫條件：0～20min，50％A-50％A，20～25min，50％A-40％A，25～30min，40％A-40％A，30～35min，40％A-20％A，35～40min，20％A-10％A，40～41min，10％A-50％A，41～45min，50％A-50％A。與現有技術相比，本發明的優點在於：本發明的菸葉原料裂解氛圍與捲菸抽吸時的條件相似，可以通過菸葉原料裂解產生的羰基化合物含量評價其製成的捲菸抽吸時的羰基化合物含量，對篩選菸葉原料和菸葉原料復配具有重要意義以及為捲菸中羰基化合物釋放量降低技術研究提供數據參考和技術支持，不經過捲菸就能評價菸葉原料中的羰基化合物含量，節約了成本。本發明採用過飽和的2,4-二硝基苯肼溶液製作濾片，可以對菸葉原料產生的揮發性羰基化合物進行更有效捕集，同時使用重結晶的2,4-二硝基苯肼，可以有效減少2,4-二硝基苯肼固體中羰基化合物雜質的含量，使背景幹擾減少，使測定結果更加準確。本發明在產物萃取過程中所用萃取液為體積分數為2％的吡啶/乙腈混合液，所用的萃取液體積為100mL，使萃取效率和有機溶劑用量之間達到平衡，既提高了萃取效率，又節約了有機溶劑用量。附圖說明圖1為檢測樣和標準工作液的高效液相色譜圖，其中1為甲醛-2,4-二硝基苯腙、2為乙醛-2,4-二硝基苯腙、3為丙酮-2,4-二硝基苯腙、4為丙烯醛-2,4-二硝基苯腙、5為丙醛-2,4-二硝基苯腙、6為巴豆醛-2,4-二硝基苯腙、7為2-丁酮-2,4-二硝基苯腙和8為丁醛-2,4-二硝基苯腙的色譜峰。具體實施方案為了使本發明的方案更加具體和優點更加突出，下面結合具體實例做進一步說明，但並不限制本發明。儀器和試劑高效液相色譜儀、乙腈(色譜純)、天平、甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2-丁酮、丁醛2,4-二硝基苯腙標準品；2,4-二硝基苯肼、吡啶、高氯酸(分析純)。實施例本實施例中包含實驗準備、樣品裂解、產物捕集、產物萃取以及產物檢測。1、實驗準備本實施例中的實驗準備主要包括菸葉原料預處理、2,4-二硝基苯肼重結晶、2,4-二硝基苯肼飽和溶液配製、2,4-二硝基苯肼濾片製備、萃取液配製和標準工作液配製(a)菸葉原料預處理：按照GB/T16447—2004《菸草及菸草製品調節和測試的大氣環境》的要求，菸葉原料在溫度22±2℃和相對溼度60±5％下平衡48h。(b)2,4-二硝基苯肼重結晶：取50g2,4-二硝基苯肼加入到800ml乙腈中，加熱回流至2,4-二硝基苯肼完全溶解，轉入到燒杯中密封避光自然冷卻，靜置過夜，結晶經抽濾、乙腈洗滌，真空乾燥後即得。(c)2,4-二硝基苯肼飽和溶液配製：稱取7.5g經提純的2,4-二硝基苯肼固體於棕色平底瓶中，分別加入500mL乙腈和1mL70％高氯酸，60℃條件下加熱並超聲至溶解，冷卻至室溫得2,4-二硝基苯肼飽和溶液；(d)2,4-二硝基苯肼濾片製備：2,4-二硝基苯肼濾片製備為將兩張直徑為44mm玻璃纖維濾片疊放，均勻加入2mL2,4-二硝基苯肼飽和溶液，放置於真空乾燥器內避光晾乾。在菸絲裂解前，在晾乾的濾片上加入1mL2,4-二硝基苯肼飽和溶液待用。(e)萃取溶液配製：配製體積分數2％的吡啶/乙腈溶液。(f)標準工作液的配製：1)配製標準儲備液：分別稱取甲醛-2,4-二硝基苯腙50mg、乙醛-2,4-二硝基苯腙100mg、丙酮-2,4-二硝基苯腙50mg、丙烯醛-2,4-二硝基苯腙40mg、丙醛-2,4-二硝基苯腙30mg、巴豆醛-2,4-二硝基苯腙30mg、2-丁酮-2,4-二硝基苯腙30mg和丁醛-2,4-二硝基苯腙30mg加入50mL燒杯中，加入30mL乙腈完全溶解後，轉移到100mL的容量瓶中，用乙腈定容至刻度，得標準儲備液；2)配製一級標準液：移取10mL標準儲備液到50mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，得一級標準液；3)配製二級標準液：分別準確移取0.1、0.2、0.5、1、5、10、25mL一級標準液到50mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，得7個二級標準液。一級標準液與7個二級標準液共同構成標準工作液。2、樣品裂解重複裂解2份菸絲樣品，每份樣品質量為50～200mg，裂解條件為：升溫程序：載氣：9％O2(體積分數，其餘為N2)，16.7mL/s。3、產物捕集裂解完畢，取下捕集器，放置3min，使煙氣中的羰基化合物充分與2,4-二硝基濾片充分作用。4、產物萃取取出濾片，轉移至盛有100mL萃取溶液的錐形瓶中，160～200轉/分，機械振蕩15min，靜置2min，萃取液過0.45μm有機相濾膜，進HPLC分析。5、產物檢測用高效液相色譜對標準工作液和捕集到產物進行分析，高效液相色譜條件為：檢測器：二極體陣列檢測器；檢測波長：365nm；進樣量：10μL；柱溫箱溫度：30℃；色譜柱：ExplosiveE2250mm×4.6mm色譜柱填料粒度5μm；流動相：A：去離子水，B：乙腈，流速：1mL/min；洗脫梯度見下表1表1洗脫梯度表時間，min流動相A，％流動相B，％05050205050254060304060352080401090415050455050實驗結果與分析將分析得到的各羰基物峰面積與其對應濃度作回歸分析，得到濃度與峰面積的線性方程，線性範圍及相關係數，見下表2；表2各羰基物的線性方程及線性範圍序號檢測成分線性方程線性範圍相關係數1甲醛y＝342.02x-0.520.03～14.960.99992乙醛y＝259.64x-0.300.08～39.091.00003丙酮y＝196.04x+0.120.05～27.250.99994丙烯醛y＝251.20x+0.240.04～19.380.99995丙醛y＝202.46x+0.220.03～16.901.00006巴豆醛y＝181.35x+0.630.04～19.091.000072-丁酮y＝150.92x+0.410.03～17.261.00008丁醛y＝165.44x+0.240.03～17.200.9999從表2的可以看出，八種羰基物線性關係範圍較寬，相關係數在0.9999～1.0之間，線性方程能夠用來準確評價菸葉原料中的羰基化合物含量。表3菸葉原料熱裂解與捲菸抽吸羰基化合物釋放量結果對比將對照菸葉樣品製成捲菸，對比菸葉樣品熱裂解與捲菸抽吸結果(見表3)，8種羰基化合物熱裂解與捲菸抽吸結果比值範圍為95％～107％，由此可見，菸葉原料羰基化合物的釋放量與其製成的捲菸抽吸時產生的羰基化合物含量具有較好的一致性。表4不同產地及部位菸葉原料羰基化合物釋放量(mg/g)從表4可以看出，不同產地的菸葉原料和不同部位的菸葉原料中各種羰基化合物的含量不同，菸草原料中各種羰基化合物的含量不同，其中乙醛含量最高，為4.98～7.58mg/g，甲醛含量次之，為2.47～4.96mg/g，丙酮和丙烯醛含量相當，分別為1.36～2.16mg/g和1.06～2.36mg/g，丙醛的含量為0.35～0.81mg/g，巴豆醛、2-丁酮和丁醛的相較於前四種，含量更少，依次為0.21～0.55mg/g、0.12～0.41mg/g和0.11～0.36mg/g。這些數據對篩選菸葉原料和菸葉原料復配具有重要意義，同時也為捲菸中羰基化合物釋放量降低技術研究提供數據參考和技術支持。當前第1頁1&nb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