一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法

1.本发明涉及烟草挥发性物质的捕集及检测领域，尤其涉及一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法。


背景技术：

2.烟草作为一种重要的经济作物，受到人们的广泛关注，其加热产生的烟气中含有多种香味物质，有机酸作为烟草中重要的致香成分，对卷烟的吸味和口感具有重要影响。
3.目前，烟草中烟气的采集多采用吸烟机抽吸模拟卷烟燃烧，再采用剑桥滤片对逸出的烟气进行捕集，但该种捕集方式价格较为昂贵，且剑桥滤片捕集后的的提取过程较为复杂，增大了资金投入和时间成本，且难以做到捕集氛围的调节和程序升温。
4.因此，需要研究一种烟草中有机酸类物质的测定方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提出一种烟草中有机酸类物质的测定方法，能够对29种有机酸进行测定，并且对目标分析物高灵敏、高选择、适用范围广等优点。
6.为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
7.一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，包括如下步骤：
8.1)标准系列溶液的配置：以二氯甲烷为溶剂，29种有机酸标准品为溶质，配制成标准系列溶液；
9.2)将经过多梯度释放烟气装置烟草样品产生的烟气，吹入放置有吸收溶剂的吸收瓶后得到吸收液，将吸收液进行衍生化处理后经0.22μm有机相微孔滤膜过滤后待测；
10.3)将步骤1)得到的标准系列溶液和步骤2)得到的样品溶液在相同条件下进行气相色谱-串联质谱分析；
11.4)采用dmrm方法对有机酸标准溶液进行检测后绘制标准曲线，得到29种有机酸的线性回归方程及相关系数，然后通过公式计算步骤2)计算样品溶液中有机酸类物质的含量；
12.计算公式为：
13.其中：
14.mi——烟草中有机酸类物质i的含量，ng/g；
15.ai——物质i的峰面积；
16.a、b——由线性回归方程求出(将标准系列溶液中待测物的含量与内标量之比对色谱图中待测物峰面积与内标面积的比值作图，得到工作曲线的a值和b值)；
17.ms——样品溶液中的内标含量，ng；
18.as——内标峰面积；
19.v——样品溶液的体积，ml；
20.m——进行本次分析的烟草质量，g。
21.取两次平行测定结果的算术平均值作为样品的最终测试结果，精确至0.01ng/g。
22.进一步，在步骤1)中，29种有机酸分别为乙酸、2-甲基丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、4-甲基戊酸、己酸、庚酸、十三酸、十四酸、十六酸、十七酸、十八酸、亚麻酸、亚油酸、甘油酸、3-羟基丁酸、2-呋喃甲酸、乙酰丙酸、羟基乙酸、苯甲酸、间甲基苯甲酸、3-羟基苯甲酸、十二酸、十五酸、辛酸、壬酸、癸酸、油酸，并且有机酸的浓度为10ng/ml、20ng/ml、40ng/ml、60ng/ml、80ng/ml、100ng/ml、200ng/ml、300ng/ml、400ng/ml、500ng/ml。
23.进一步，内标液为反-2-己烯酸和肉桂酸。
24.进一步，多梯度释放烟气装置包括石英管，石英管内设置有石英舟，并且由管式炉提供热量进行加热，管式炉上连接有热电偶和温控器，
25.石英管一端设置有气体接头，气体接头上设置有推杆，并且气体接头通过三通管路连接两个气体管道，两个气体管道上分别连接有气体供应装置，气体管道上设置有减压阀和转子流量计；
26.石英管另一端连接有若干根第一出气管，并且石英管出气端设置有温度传感器，第一出气管上设置有电磁阀，热电偶、温控器、温度传感器和电磁阀均与外部的控制器连接，控制器连接可视化操作屏幕，
27.第一出气管末端连接有第一吸收瓶，第一吸收瓶放置在冷却槽内，第一吸收瓶上设置有第二出气管。
28.进一步，气体供应装置为空气供应装置和氮气供应装置。
29.进一步，衍生化试剂的种类可选择n-甲基-n-(三甲基硅基)三氟乙酰胺(mstfa)、n-特丁基二甲基硅烷基-n-甲基三氟乙酰胺(mtbstfa)、n,o-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(bstfa)和bstfa+1％tmcs，优选为bstfa。；衍生化过程的衍生温度为20-80℃，优选为60℃。
30.进一步，衍生化过程的衍生时间为20-80min，优选为50min；
31.进一步，加热烟草的质量为0.1-12g。
32.进一步，气体吹扫的流量范围在0.1-100ml/min，优选为10ml/min。
33.进一步，加热烟草样品的温度区间在15-1200℃，优选为250℃；升温速率在0.1-30℃/min，优选为15℃/min。
34.进一步，吸收溶剂的体积在0.1-150ml，优选为60ml；吸收溶剂的温度范围在-10-25℃，优选为0℃。
35.进一步，烟气的分析方法是gc-ms/ms；其中，色谱条件：agilent db-36.5ms-ui色谱柱(30m
×
0.25mm
×
0.25μm)；进样口温度：250℃；不分流进样模式，进样体积：0.1μl；载气为高纯氦气(99.999％)，色谱柱升温程序：初始温度40℃，保持4min，以4℃/min升至160℃，保持1min，以6℃/min升至260℃，保持2min。
37.质谱条件：电子轰击离子源(ei源)，离子源温度230℃，接口温度250℃，四级杆温度150℃，溶剂延迟时间3min，扫描方式为动态多反应监测模式(dmrm)，扫描间隔0.3s。
38.进一步，烟草样品为初烤烟叶、加热卷烟和再造烟叶等。
39.进一步，热电偶、温控器、电磁阀、温度传感器、控制器和可视化操作屏幕均为市场上所购买，其内部结构和电路连接关系均为本领域所公知的。
40.进一步，烟气的分析方法是gc-ms/ms。
41.其中，色谱条件为：agilent db-5ms-ui色谱柱(30m
×
0.25mm
×
0.25μm)；进样口温度：250℃；不分流进样模式，进样体积：0.1μl；载气为高纯氦气(99.999％)，色谱柱升温程序：初始温度80℃，保持2min，以10℃/min升至110℃，保持1min，以3℃/min升至240℃，保持5min。
42.质谱条件为：电子轰击离子源(ei源)，全扫描模式(scan)，扫描范围是45～500amu，采集总离子流图，离子源温度和四级杆温度分别为230℃和150℃。
43.进一步地，烟草中挥发性物质包括烟碱、有机酸类、醛类、酮类和醇类等。
44.进一步地，所述烟草包括初烤烟叶和加热卷烟等。
45.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：
46.1.本发明相较吸烟机-剑桥滤片捕集烟气具有价格低廉、操作简单的优点，且捕集过程的环境氛围、升温程序、气体的吹扫时间和吸收溶剂的体积都是可调可控的，可对烟草中29种有机酸进行准确定量，是烟草烟气中有机酸分析的有效途径。
47.2.首次对烟草制品中结构相近、化学性质相近、色谱表现几乎一致的三对同分异构体：2-甲基丙酸和丁酸、3-甲基丁酸和戊酸、4-甲基戊酸和己酸，进行了准确定性定量分析。
48.3.通过捕集装置控制烟草中挥发性物质释放的环境氛围，除空气和氮气环境外，还可选择不同含氧的氛围，如5％或10％氧气的氛围。
49.4.可设置管式炉的升温程序，控制不同温度区间的升温速率，得到不同升温程序下挥发性物质的连续规律或各种温度下烟草的挥发性物质成分，探索不同物质随加热温度的迁移规律，为烟草烟气或加热卷烟适宜温度的设置提供基础数据。
50.5.通过捕集装置将烟草的全烟气组分捕集在吸收瓶中，相比于传统的捕集方式，简化了实验步骤，减小了烟气损失。
51.5.具有按需组装或调整的灵活性，如温度调节范围广、加热氛围可选择等。
附图说明
52.图1为本发明的结构示意图；
53.图2为本发明石英管与第一出气管连接结构示意图；
54.图中：1-气体供应装置；2-减压阀；3-转子流量计；4-推杆；5-气体接头；6-石英管；7-管式炉；8-石英舟；9-热电偶；10-温控器；11-第一吸收瓶；12-冷却槽；16-第一出气管；17-电磁阀；18-第二出气管。
55.图3为有机酸标准品色谱图；
56.图中,1.乙酸2.2-甲基丙酸 3.羟基乙酸 4.丁酸5.3-甲基丁酸6.戊酸7.4-甲基戊酸 8.己酸is1.反-2-己烯酸9.2-呋喃甲酸 10.乙酰丙酸11.3-羟基丁酸 12.甘油酸 13.庚酸 14.苯甲酸 15.辛酸16.3-甲基苯甲酸 17.壬酸 18.癸酸is2.肉桂酸 19.间羟基苯甲酸 20.十二酸21.十三酸 22.十四酸 23.十五酸 24.十六酸 25.十七酸 26.亚麻酸 27.亚油酸 28.油酸 29.十八酸。
57.图4为有氧和无氧氛围下的有机酸对比分析；
58.图5为初烤烟叶和再造烟叶中总有机酸含量的对比分析；
59.图6为烟叶原料样品色谱图；
60.图7为再造烟叶样品色谱图；
61.图8为加热卷烟样品色谱图。
具体实施方式
62.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-5及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
63.多梯度释放烟气装置包括石英管6，石英管6内设置有石英舟8，并且设置有石英舟8的石英管6外壁设置有管式炉7，管式炉7上连接有热电偶9和温控器10，
64.石英管6一端设置有气体接头5，气体接头5上设置有推杆4，并且气体接头5通过三通管路连接两个气体管道，两个气体管道上分别连接有气体供应装置1，气体管道上设置有减压阀2和转子流量计3；
65.石英管6另一端连接有若干根第一出气管16，并且石英管6出气端设置有温度传感器，第一出气管16上设置有电磁阀17，热电偶9、温控器10、温度传感器和电磁阀17均与外部的控制器连接，控制器连接可视化操作屏幕，第一出气管16末端连接有第一吸收瓶11，第一吸收瓶11放置在冷却槽12内，第一吸收瓶11上设置有第二出气管18。
66.在使用时，将设置有烟草样品的石英舟8放置入石英管6，开启管式炉7进行加热，管式炉7加热石英舟8内的烟草样品产生的烟气。
67.进一步，烟气的分析方法是gc-ms/ms。
68.其中，色谱条件为：agilent db-5ms-ui色谱柱(30m
×
0.25mm
×
0.25μm)；进样口温度：250℃；不分流进样模式，进样体积：0.1μl；载气为高纯氦气(99.999％)，色谱柱升温程序：初始温度80℃，保持2min，以10℃/min升至110℃，保持1min，以3℃/min升至240℃，保持5min。
69.质谱条件为：电子轰击离子源(ei源)，全扫描模式(scan)，扫描范围是45～500amu，采集总离子流图，离子源温度和四级杆温度分别为230℃和150℃。
70.有机酸及内标的保留时间和多反应监测参数如表1所示。在工作过程中：29种有机酸的线性方程、线性范围、相关系数及检测限如表2所示；
71.表1有机酸质谱扫描参数
[0072][0073]
备注：第一段时间为3-16min，第二段时间为16-31min，第三段时间为31-53min
[0074]
表2 29种有机酸的线性方程、线性范围、相关系数及检测限
[0075]
[0076][0077]
实施例1
[0078]
称取0.1g的25种再造烟叶为原料,平铺于60mm
×
30mm石英舟中，将石英舟及样品置于炉管中央，将进气口与吹扫部分连接，出气口与吸收部分连接；有氧条件下捕集烟气中的有机酸。打开进气阀和出气阀，以10ml/min的流量向进气口通空气，设置升温程序(10℃/min的升温速率升至250℃，保持10min，以10ml/min的流量吹扫60min，则收集到的烟气就是0-250摄氏度加热范围内的烟气)，具体操作为：在进行加热时，通过设定控制器不同温度范围的烟气进入到不同的第一出气管16，进而进入到不同的第一吸收瓶11内进行吸收后进行分析，例如，设定好温度范围在0-250℃的烟气经过第一个第一出气管16，温度范围在251-400℃的烟气经过第二个第一出气管16，在烟气产生时，当烟气温度为0-250℃时，温度传感器检测到温度信号，然后将信号传递给控制器，控制器促使第一个第一出气管16的电磁阀打开吹扫进入到第一组吸收瓶内进行吸收；当烟气温度为251-400℃时，温度传感器检测到温度信号，然后将信号传递给控制器，控制器促使第二个第一出气管16的电磁阀打开吹扫进入到第二组吸收瓶内进行吸收)，以60ml吸收剂捕集烟气得到吸收液，将吸收液衍生后用0.22μm有机相微孔滤膜过滤,衍生化试剂的种类为bstfa+1％tmcs；衍生化过程的衍生温度为60℃，衍生化过程的衍生时间为50min；衍生化试剂的用量为200μl；衍生化试剂浓度为
98％；衍生完成后，向吸收液中加入2μg/ml的已衍生的反-2-己烯酸和肉桂酸的混合内标2.5ml，并将吸收液定容到100ml，而后进行gc-ms/ms分析。
[0079]
实施例2
[0080]
实施例2与实施例1的区别在于：无氧条件下捕集烟气中的有机酸。除加热前以100ml/min的流量从进气口通氮气20min以排尽装置内空气，并且加热与吸收过程均通入氮气外，其它步骤同有氧操作。
[0081]
将实施例1和实施例2烟气中的有机酸进行定量分析，结果如图3所示：并且图3中显示，25种再造烟叶的有机酸总含量差异较大，同种烟叶在不同氛围下的有机酸总含量也有一定差异，有氧条件更利于有机酸的释放，究其原因，可能是氮气条件下烟草只发生裂解反应，而在有氧条件下，除发生裂解反应外，还发生了氧化反应，很多有机酸是氧化反应的产物。
[0082]
实施例3
[0083]
根据实施例1所述的方法，以25种初烤烟叶及其对应的再造烟叶为原料，在有氧氛围中对其烟气中的29种有机酸进行定量分析，结果如图4所示：
[0084]
从图4可以看出，25种初烤烟叶和再造烟叶加热产生的烟气中有机酸的含量差异较大，该差异可能是由烟草产地的环境和烟草等级不同造成的。对比初烤烟叶及其制成的再造烟叶可知，25种初烤烟叶含有的29种有机酸总量均低于由其制成的再造烟叶，可见再造烟叶的制作过程会使得有机酸类物质的含量增加。
[0085]
实施例4
[0086]
依据实施例1所述方法，以3种初烤烟叶和3种再造烟叶为原料，在有氧氛围下对其烟气中的29种有机酸进行定量分析，结果如表3所示。
[0087]
表3初烤烟叶和再造烟叶中的有机酸含量
[0088][0089][0090]
实施例5
[0091]
依据实施例1所述方法，以7种加热卷烟成品为原料，在有氧氛围下对其烟气中的29种有机酸进行定量分析，结果如表4所示。
[0092]
表4 7种加热卷烟中的有机酸含量
[0093][0094]
分析实验：选择再造烟叶样品，按照实施例1所述方法进行烟气捕集和检测前处理，分别添加不同水平(本底量的0.5、1、2倍)的有机酸标准溶液，采用dmrm方法分析，并加标回收率和精密度，结果见表5；
[0095]
表5方法的加标回收率和精密度
[0096]
[0097]
[0098]
[0099][0100]
实施例6
[0101]
称取12g的25种再造烟叶为原料,平铺于60mm
×
30mm石英舟中，将石英舟及样品置于炉管中央，将进气口与吹扫部分连接，出气口与吸收部分连接；有氧条件下捕集烟气中的有机酸。打开进气阀和出气阀，以10ml/min的流量向进气口通空气，设置升温程序(30℃/min的升温速率升至400℃，保持10min，以50ml/min的流量吹扫60min，则收集到的烟气就是0-400摄氏度加热范围内的烟气)，以此方式，称取0.1g烟草样品平铺于60mm
×
30mm石英舟中，将石英舟及样品置于炉管中央，将进气口与吹扫部分连接，出气口与吸收部分连接；有氧条件下捕集烟气中的有机酸。打开进气阀和出气阀，以50ml/min的流量向进气口通空气，具体操作为：在进行加热时，通过设定控制器不同温度范围的烟气进入到不同的第一出气管16，进而进入到不同的第一吸收瓶11内进行吸收后进行分析，例如，设定好温度范围在0-400℃的烟气经过第一个第一出气管16，温度范围在401-500℃的烟气经过第二个第一出气管16，在烟气产生时，当烟气温度为0-400℃时，温度传感器检测到温度信号，然后将信号传递给控制器，控制器促使第一个第一出气管16的电磁阀打开吹扫进入到第一组吸收瓶内进行吸收；当烟气温度为401-500℃时，温度传感器检测到温度信号，然后将信号传递给控制器，控制器促使第二个第一出气管16的电磁阀打开吹扫进入到第二组吸收瓶内进行吸收)，以150ml吸收剂捕集烟气得到吸收液，将吸收液衍生后用0.22μm有机相微孔滤膜过滤，衍生化试剂为n-甲基-n-(三甲基硅基)三氟乙酰胺；衍生化过程的衍生温度为20℃，衍生化过程的衍生时间为20min；衍生化试剂的用量为200μl；衍生化试剂浓度为98％；衍生完成后，向吸收液中加入2μg/ml的已衍生的反-2-己烯酸和肉桂酸的混合内标2.5ml并将吸收液定容到100ml，而后进行gc-ms/ms分析。
[0102]
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本技术公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

技术特征：
1.一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：包括如下步骤：1)标准系列溶液的配置：以二氯甲烷为溶剂，29种有机酸标准品为溶质，配制成标准系列溶液；2)将经过多梯度释放烟气装置烟草样品产生的烟气，吹入放置有吸收溶剂的吸收瓶后得到吸收液，将吸收液进行衍生化处理后经0.22μm有机相微孔滤膜过滤后待测；3)将步骤1)得到的标准系列溶液和步骤2)得到的样品溶液在相同条件下进行气相色谱-串联质谱分析；4)采用dmrm方法对有机酸标准溶液进行检测后绘制标准曲线，得到29种有机酸的线性回归方程及相关系数，然后通过公式计算步骤2)计算样品溶液中有机酸类物质的含量；计算公式为：其中：m
i
——烟草中有机酸类物质i的含量，ng/g；a
i
——物质i的峰面积；a、b——由线性回归方程求出，将标准系列溶液中待测物的含量与内标量之比对色谱图中待测物峰面积与内标面积的比值作图，得到工作曲线的a值和b值；m
s
——样品溶液中的内标含量，ng；a
s
——内标峰面积；v——样品溶液的体积，ml；m——进行本次分析的烟草质量，g。取两次平行测定结果的算术平均值作为样品的最终测试结果，精确至0.01ng/g。2.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：在步骤1)中，29种有机酸分别为乙酸、2-甲基丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸、4-甲基戊酸、己酸、庚酸、十三酸、十四酸、十六酸、十七酸、十八酸、亚麻酸、亚油酸、甘油酸、3-羟基丁酸、2-呋喃甲酸、乙酰丙酸、羟基乙酸、苯甲酸、间甲基苯甲酸、3-羟基苯甲酸、十二酸、十五酸、辛酸、壬酸、癸酸、油酸，并且有机酸的浓度为10ng/ml、20ng/ml、40ng/ml、60ng/ml、80ng/ml、100ng/ml、200ng/ml、300ng/ml、400ng/ml、500ng/ml。3.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：内标液为反-2-己烯酸和肉桂酸。4.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：多梯度释放烟气装置包括石英管(6)，石英管(6)内设置有石英舟(8)，并且由管式炉(7)提供热量进行加热，管式炉(7)上连接有热电偶(9)和温控器(10)，石英管(6)一端设置有气体接头(5)，气体接头(5)上设置有推杆(4)，并且气体接头(5)通过三通管路连接两个气体管道，两个气体管道上分别连接有气体供应装置(1)，气体管道上设置有减压阀(2)和转子流量计(3)；石英管(6)另一端连接有若干根第一出气管(16)，并且石英管(6)出气端设置有温度传感器，第一出气管(16)上设置有电磁阀(17)，热电偶(9)、温控器(10)、温度传感器和电磁阀(17)均与外部的控制器连接，控制器连接可视化操作屏幕，第一出气管(16)末端连接有第一吸收瓶(11)，第一吸收瓶(11)放置在冷却槽(12)内，第一吸收瓶(11)上设置有第二出气管。
5.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：气体供应装置为空气供应装置和氮气供应装置。6.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：衍生化试剂的种类可选择n-甲基-n-(三甲基硅基)三氟乙酰胺、n-特丁基二甲基硅烷基-n-甲基三氟乙酰胺、n,o-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺和bstfa+1％tmcs；衍生化过程的衍生温度为20-80℃。7.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：加热烟草的质量为0.1-12g。8.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：气体吹扫的流量范围在0.1-100ml/min。9.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：加热烟草样品的温度区间在15-1200℃，升温速率在0.1-30℃/min。10.根据权利要求1所述的一种烟草中有机酸类物质的分析检测方法，其特征在于：吸收溶剂的体积在0.1-150ml；吸收溶剂的温度范围在-10-25℃。

技术总结
本发明涉及烟草挥发性物质的捕集及检测领域，尤其涉及一种烟草中有机酸类物质的测定方法；包括如下步骤：1)标准系列溶液的配置：以二氯甲烷为溶剂，29种有机酸标准品为溶质，配制成标准系列溶液；2)将经过多梯度释放烟气装置烟草样品产生的烟气，吹入放置有吸收溶剂的吸收瓶后得到吸收液，将吸收液进行衍生化处理后经0.22μm有机相微孔滤膜过滤后待测；3)将步骤1)得到的标准系列溶液和步骤2)得到的样品溶液在相同条件下进行气相色谱-串联质谱分析；4)采用dMRM方法对有机酸标准溶液进行检测后绘制标准曲线，得到29种有机酸的线性回归方程及相关系数，然后通过公式计算步骤2)计算样品溶液中有机酸类物质的含量；能够对29种有机酸进行测定。酸进行测定。酸进行测定。


技术研发人员：蔡洁云 顾丽莉 李伟雪 顾健龙 王惠平 李超 刘洋 杨发容 孙浩巍 张轲 高莉 李俊文
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/8/13