一种利用HS‐IMR‐MS快速评价挥发性烟用香精香料质量一致性的方法与流程

本发明涉及烟用香精香料评测
技术领域：
，特别是一种利用HS‐IMR‐MS(顶空‐离子分子反应质谱)快速评价挥发性烟用香精香料质量一致性的方法。
背景技术：
：烟用香精香料是用于烟草加香的香料混合物或单体，具有一定的香气和香韵，是形成卷烟产品特色的关键添加剂。烟用香精香料在卷烟工艺中能突出或修饰产品风格，并能改善刺激性、杂气等吸味缺陷，使烟气和顺、圆润，烟香悦人。目前，我国烟草行业大多数工业企业都按照YC/T145系列标准，通过对感官指标与理化指标的测定或评估来监控烟用香精香料的质量。感官指标检测包括对烟用香精香料的外观、溶混度、香气质量和香味质量进行评定。其中香气质量评定主要是进行嗅觉评香，评定试样的香气质量(包括香型、香气浓淡、强弱、持久性、杂气)是否与标准样品一致；香味质量评定主要是将定量试样和标准样品稀释，分别注入单料卷烟或配方卷烟中，通过评吸卷烟评定试样的香味质量(包括香气、协调、杂气、刺激性、余味)是否与标准样品一致。烟用香精香味和香气质量的判定由于靠人工完成，会带有主观倾向性，且较为耗时。理化指标检测则包括相对密度、折光指数、酸值、挥发性成分总量测定等。其中挥发性成分总量是衡量香精香料质量的一项重要指标，是对整体挥发性成分含量的评判，但该法不能对挥发性物质进行具体的区分鉴别。另外，标准YC/T145.11明确说明，在进行感官指标及理化指标检测时，若为烟用香精复杂样品，还需对其进行稀释、超声溶解和离心提取的前处理工作。烟用香精香料质量判定过程较为复杂耗时，且感官指标易造成人为误差。近年来，一些新技术，如气相色谱、气相色谱‐质谱联用、液相色谱、紫外光谱、近红外光谱、电子鼻技术等，也逐渐被用于烟用香精香料的质量检测。随着新型分析仪器的不断涌现，针对现有香精香料质量控制在分析技术上存在的耗时、需前处理等问题，有必要利用现代新型仪器分析技术，研究开发更适宜的方法及技术以用于烟用香精香料的质量控制。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种快速、全面、稳定且无需前处理的利用HS‐IMR‐MS快速评价挥发性烟用香精香料质量一致性的方法。本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种利用HS‐IMR‐MS快速评价挥发性烟用香精香料质量一致性的方法，利用顶空进样器与IMR‐MS(离子分子反应质谱)获取香精香料中各挥发性化合物离子的响应值(cps)，绘制质谱指纹图谱，结合相似度分析来实现烟用香精香料质量一致性的快速评价。所述的利用HS‐IMR‐MS快速评价挥发性烟用香精香料质量一致性的方法，包括以下步骤：S1、待测样品的准备；精确称量烟用香精香料标准品及待检测样品各0.50g置于密封的20mL顶空瓶中，将空白对照、称取好的标准品及各待测样品按顺序放置于顶空进样器进样盘上，并于每两个样品间插入空白顶空瓶，用于间隔空吸，清除管道残留；S2、HS‐IMR‐MS仪器分析条件设置，包括以下子步骤：S21、顶空自动进样器分析条件如下：样品平衡温度：50℃‐150℃，定量环温度：50℃‐150℃，传输线温度：50℃‐150℃；定量环体积：1mL；样品平衡时间：2min‐30min；加压时间：0.2min；环路充装时间：0.2min；环路平衡时间：0.05min；进样时间：1min；S22、IMR‐MS分析条件如下：打开IMR‐MS系统并预热48小时以上，在IMR‐MS工作站中设置SingleMasses方法，并在该方法中进行如下参数设置：于扫描离子清单中添加质量数为16‐500的各个扫描离子，设置每个离子：扫描时间：50ms‐500ms，质谱采样压力：25mbar；电离试剂：Hg，试剂电离能：10.44eV；或电离试剂：Xe，试剂电离能：12.13eV；或电离试剂：Kr，试剂电离能：14.00eV；分辨率：1amu，样品循环扫描次数：5次；S3、质谱指纹图谱获取；计算标准品及待测样品中各离子五次扫描结果的平均值，并扣除空白对照中对应离子平均值，即得标准品及待测样品中各离子的响应值；以各离子的响应值和相应质量数作图，得到标准品及待测样品的质谱指纹图谱；通过质谱指纹图谱可直观了解标准品和待测样品所含离子质量数情况，质谱图中每一个离子的响应值来源于不同化合物的分子离子或碎片离子在该质量数处的强度之和；S4、相似度分析；将标准品和待测样品质谱指纹图谱中各离子质量数及响应值导入SPSS统计分析软件，利用双变量相关分析，采用皮尔逊相关系数法计算标准品与各待测样品质谱指纹图谱的相似度。所述的采用皮尔逊相关系数法计算标准品与各待测样品质谱指纹图谱的相似度的计算公式为：式1中rxy即两图谱的相关系数，x和y代表进行相似度比较的两张质谱指纹图谱，每张图谱有n个数据点，其中xi和yi表示x和y的第i个数据点的响应值，和表示x和y质谱数据的均值，r描述的是两个样品图谱间线性相关强弱的程度，r的绝对值越大且越接近于1，两个样品图谱的相似程度越高，即两样品质量越一致；r的绝对值越小且越接近于0，两个样品图谱相似程度越小，即两样品质量越不一致。所述的步骤S21中，样品平衡温度为：80℃，定量环温度为：100℃，传输线温度为：120℃。所述的步骤S21中，样品平衡时间为：5min。所述的步骤S22中，扫描时间：300ms。所述的步骤S22中，于扫描离子清单中添加质量数为16‐300的各个扫描离子。所述的一种利用HS‐IMR‐MS快速评价挥发性烟用香精香料质量一致性的方法的评价对象包括烟用以及非烟用的香料、香基和香精，其剂型包括液体、酊剂、浸膏和固体粉末。离子分子反应质谱(IMR‐MS)作为一种软电离质谱技术，其基本原理是使用不同电离能的气态离子试剂(Hg+，Xe+，Kr+)与挥发性物质发生电荷转移反应，使挥发性物质分子离子化，从而被过滤分离产生信号。选用适当的电离试剂，IMR‐MS就可避免大量碎片离子的产生，得到较纯净的质谱数据。IMR‐MS具有强大的快速分析优势，将其应用于烟用香精香料质量控制，就能够提供一种快速，全面，稳定且无需前处理的方法。本发明具有以下优点：1、本发明选用直接顶空进样方式，省去样品预处理过程，操作简便。2、本发明不需采用分离技术，可同时分析具有不同化学性质的多种成分，可实现对样品全挥发性成分分析。3、采用IMR‐MS进行分析，能够在几分钟甚至数秒内快速而准确地对香精香料进行测定，满足实验室快速分析需求。4、本发明通过质谱指纹图谱可直观表征香精香料挥发性成分，同时结合质谱指纹图谱相似度分析，分析过程重复性好，数据来源科学可靠，处理方法简单易行，结果稳定准确，可用于对烟用香精香料质量一致性评价。附图说明图1为本发明的实施例1中的1#烟用香精标准品质谱指纹图谱。图2为本发明的实施例2中的1#烟用香精标准品质谱指纹图谱。图3为本发明的实施例9中的2#烟用香精标准品质谱指纹图谱。图4为本发明的实施例10中的3#烟用香精标准品质谱指纹图谱。具体实施方式下面结合实施例及附图对本发明做进一步的描述：实施例1：一种利用HS‐IMR‐MS快速评价挥发性烟用香精香料质量一致性的方法，利用顶空进样器与IMR‐MS获取香精香料中各挥发性化合物离子的响应值，绘制质谱指纹图谱，结合相似度分析来实现烟用香精香料质量一致性的快速评价。具体包括以下步骤：分别选取1#烟用香精的标准品以及8家不同厂家生产的1‐A～1‐H烟用香精，按以下方法进行实验。S1、待测样品的准备；精确称量1#烟用香精标准品及8个待检测样品各0.50g置于密封的20mL顶空瓶中，将空白对照瓶、称取好的标准品及各待测样品次序放置于顶空进样器进样盘上，并于每两个样品间插入空白的顶空瓶。S2、HS‐IMR‐MS仪器分析条件设置，包括以下子步骤：S21、顶空自动进样器分析条件：样品平衡温度：80℃，定量环温度：100℃，传输线温度：120℃；实际应用中，以上三个温度也可根据烟用香精性状于50℃‐150℃范围选择；定量环体积：1mL；样品平衡时间：5min，该时间在实际应用中也可根据烟用香精性状于2min‐30min范围选择；加压时间：0.2min；环路充装时间：0.2min；环路平衡时间：0.05min；进样时间：1min；S22、IMR‐MS分析条件如下：打开IMR‐MS系统并预热48小时以上，在IMR‐MS工作站中设置SingleMasses方法，并在该方法中进行如下参数设置：于扫描离子清单中添加质量数为16‐300的各个扫描离子，实际应用中也可根据烟用香精中主要挥发性成分于16‐500质量数范围内选择扫描段；设置每个离子：扫描时间：300ms，实际应用中也可根据烟用香精中主要挥发性成分于50ms‐500ms范围内选择；质谱采样压力：25mbar；电离试剂：Hg，试剂电离能：10.44eV，实际应用中也可根据烟用香精中主要挥发性成分电离势范围选择其他电离试剂，如Xe，试剂电离能：12.13eV；Kr，试剂电离能：14.00eV；分辨率：1amu，样品循环扫描次数：5次。S3、质谱指纹图谱获取；计算标准品及待测样品中各离子五次扫描结果的平均值，并扣除空白对照中对应离子平均值，即得标准品及待测样品中各离子的响应值。以各离子的响应值和相应质量数作图，得到标准品及待测样品质谱指纹图谱。其中，1#标准品质谱指纹图谱如图1所示。S4、相似度分析；将标准品和待测样品质谱指纹图谱中各离子质量数及响应值导入SPSS19.0统计分析软件，利用双变量相关分析，采用皮尔逊相关系数法计算标准品与各待测样品质谱指纹图谱之间的相似度，计算公式(公式1)为：式1中rxy即两图谱的相关系数，x和y代表进行相似度比较的两张质谱指纹图谱，每张图谱有n个数据点，其中xi和yi表示x和y的第i个数据点的响应值，和表示x和y质谱数据的均值，r描述的是两个样品图谱间线性相关强弱的程度，r的绝对值越大且越接近于1，两个样品图谱的相似程度越高，即两样品质量越一致；r的绝对值越小且越接近于0，两个样品图谱相似程度越小，即两样品质量越不一致。进一步的，还包括方法重复性考察步骤。为验证以上测定方法的稳定性，考察了该方法的日内、日间重复性：取待测样品1‐E与1#标准品，重复进行6次上述实验步骤，考察该方法的日内重复性，结果如表1所示；于5日内，每日重复进行1次上述实验步骤，考察该方法的日间重复性，结果如表2所示。表1和表2的结果显示，质谱指纹图谱相似度的相对标准偏差均小于3％。从整个图谱的相似度角度考察，该方法具有很好的重复性和稳定性。表1HS‐IMR‐MS法的日内重复性考察结果(n＝6)相关系数r1r2r3r4r5r6平均值RSD％1#标～1‐E0.9900.9880.9830.9890.9860.9880.9870.25表2HS‐IMR‐MS法的日间重复性考察结果(n＝5)相关系数r1r2r3r4r5平均值RSD％1#标～1‐E0.9880.9790.9870.9820.9770.9830.481#烟用香精相似度测定结果8个不同厂家生产的1#烟用香精与1#标准品相似度计算结果如表3所示。从表3可知，8个厂家生产的1#烟用香精的质谱指纹图谱和1#标准品的质谱指纹图谱的相似度各不相同，其中1‐C烟用香精与1#标准品相似度最接近，相关系数r高达0.997，1‐D烟用香精与1#标准品相似度最低，相关系数r只为0.565。表31#烟用香精标准品与待测样品相似度(电离试剂：Hg)结果验证用红外光谱法及感官评吸法测定样品1‐A～1‐H与1#标准品的一致性。红外分析结果中，1‐C样品与标准品具有最高相似度匹配值，为0.996；感官评价结果中，1‐C样品与1#标准品评吸体验最为一致。红外光谱检测及感官评价法的结果都与本发明方法结果保持一致，验证了HS‐IMR‐MS方法对评价挥发性烟用香精香料质量一致性的正确性，同时，也证明了该方法用于控制烟用香精香料质量，从源头保证卷烟产品的质量的可操作性。实施例2：为考察不同电离试剂对样品检测分析的影响，实施例2与实施例1的区别在于：在步骤S2中，IMR‐MS分析条件如下：打开IMR‐MS系统并预热48小时以上，在IMR‐MS工作站中设置SingleMasses方法，并在该方法中进行如下参数设置：于扫描离子清单中添加质量数为16‐300的各个扫描离子，设置每个离子：扫描时间：300ms，质谱采样压力：25mbar，电离试剂：Kr，试剂电离能：14.00eV，分辨率：1amu，样品循环扫描次数：5次。实施例2的结果如表4所示，其中1#标准品的质谱指纹图谱如图2所示。由表4可知，实施例2与实施例1相似度计算结果基本一致；但相较于图1，图2中的标准质谱指纹图谱有较大差异，m/z为153处的响应值明显降低，主峰数有所减少，主要是由于电离能过大，致使离子碎片增加，故根据样品选择适宜的电离试剂也是有必要的。表41#烟用香精标准品与待测样品相似度(电离试剂：Kr)待测样品1‐A1‐B1‐C1‐D1‐E1‐F1‐G1‐H相关系数(r)0.8410.9600.9980.4930.9770.9020.9660.957实施例3‐5：按照实施例1进行实施，并在以下方面做相应调整：为了考察不同样品平衡温度对检测结果的影响，实施例3采用样品平衡温度60℃，实施例4采用样品平衡温度100℃，实施例5采用样品平衡温度120℃，在不同平衡温度下，比较待测样品与标准品的相似度，结果如表5所示。由表5可知，通过实施例3～4的实施结果表明：当样品平衡温度为60℃及100℃时，其相似度结果与实施例1保持一致，都是1‐C与1#标准品具有最大相似度，1‐D与1#标准品相似度最低；实施例5的结果与实施例1不一致，1‐H与1#标准品相似度最高。实施例3～5的实施表明，需尽量选择合理偏低的温度，否则样品在过高温度下会造成性质改变，干扰测试结果的正确性。表5不同样品平衡温度对样品相似度测定结果的影响实施例6‐8：按照实施例1进行实施，并在以下方面做相应调整：为了考察不同样品平衡时间对检测结果的影响，实施例6采用样品平衡时间10min，实施例7采用样品平衡时间20min，实施例8采用样品平衡时间30min，在不同平衡时间下，比较待测样品与标准品的相似度。结果表明，HS‐IMR‐MS法在对1#样品进行质量一致性分析时，样品平衡时间对实施结果影响不大，都是1‐C与1#标准品相似度最高，1‐D与1#标准品相似度最低。考虑到耗时问题，故在选择样品平衡时间时，应尽量选择适宜的偏低样品平衡时间。实施例9‐10：为考察本发明对其他烟用香精香料样品分析的适用性，实施例9～10按照实施例1进行实施，并在以下方面做相应调整：实施例9中，分别选取2#烟用香精的标准品以及6家不同厂家生产的2‐A～2‐F烟用香精进行实验，IMR‐MS参数设置中，于扫描离子清单中添加质量数为16‐150的各个扫描离子，其余按照实施例1进行实施。2#标准品质谱指纹图谱如图3所示，相似度实验结果如表6所示。实施例10中，分别选取3#烟用香精的标准品以及9家不同厂家生产的3‐A～3‐I烟用香精进行实验，IMR‐MS参数设置中，于扫描离子清单中添加质量数为16‐150的各个扫描离子，其余按照实施例1进行实施。3#标准品质谱指纹图谱如图4所示，相似度实验结果如表7所示。由表6可知，2‐F与2#标准品有最高的相似度，为0.991。用红外光谱检测法进行验证，结果与实施例9保持一致，2‐F与2#标准品有最高相似度匹配值，为0.991。由表7可知，3‐E与3#标准品有最高的相似度，为0.995。用红外光谱检测法进行验证，结果与实施例10保持一致，3‐E与3#标准品有最高相似度匹配值，为0.992。表62#烟用香精香料标准品与待测样品相似度(电离试剂：Hg)表73#烟用香精香料标准品与待测样品相似度(电离试剂：Hg)当前第1页1 2 3