一种红外辅助水合反应在线顶空?气相色谱质谱法测定烟草水提物的方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外辅助水合反应在线顶空?气相色谱质谱法测定烟草水提物的方法，包括如下步骤：(1)将装有烟草水提物的试管置于顶空样品瓶中后密封瓶口，顶空样品瓶内底部置于干燥剂；(2)红外灯加热顶空样品瓶至烟草水提物中水蒸气完全被干燥剂吸收，然后进行顶空?气相色谱质谱测定，按峰面积归一化法进行计算，求出各组分的相对百分含量。本发明建立的检测方法，操作简单，准确，灵敏，具有推广应用价值，可以有效用于香精香料等含有水分的致香样品的分析，特别适用于含有水分的固体样品以及其中含有能与干燥剂反应的组分的液体样品或固体样品的顶空进样。
【专利说明】
一种红外辅助水合反应在线顶空-气相色谱质谱法测定烟草 水提物的方法
技术领域
[0001] 本发明属于化学分析领域，涉及了一种烟草水提物的分析方法，具体涉及了一种 红外辅助水合反应在线测定烟草水提物的顶空一气相色谱质谱法。
【背景技术】
[0002] 烟草的香味是多种具有特定香味特征的香气成分共同作用的结果，不同烟草类型 的品种或类型相同的品种在不同的生态环境和栽培条件下，其香气成分的组成、含量和比 例不尽相同，因此表现不同的香气类型。通过定性定量分析，可以了解它们对卷烟产品风格 的影响，又可为卷烟配方设计人员和调香技术人员提供技术依据和参考信息。
[0003] 传统的烟草香味成分提取方法有超声提取法、水蒸气蒸馏提取法、索氏提取法等， 但这些方法均存在提取时间长，提取效率低，操作步骤繁杂，暴露机会较多，易造成挥发性 成分的损失，样品信息的失真等缺点。近年来，固相萃取及固相微萃取技术虽然已用于烟草 中挥发性成分的含量测定，但其萃取装置的萃取头涂层种类少，价格昂贵，且使用寿命短， 多次使用还存在交叉污染的问题。因此需建立快速、准确和灵敏性高的样品前处理方法用 于分析检测烟草中的挥发性成分。
[0004]近年来顶空技术凭借其装置简单，成本低，气体进样，对色谱系统污染少，且分析 速度快，灵敏度高等特点越来越多地应用于烟草中香味成分的分析检测。另外，由于烟草化 学成分比较复杂，利用顶空技术分析检测烟草中的挥发性成分，使挥发性成分得到分离、纯 化与富集，既可以减少干扰成分，又避免了对后续色谱检测系统的污染，是简便、快速、灵敏 度尚的样品如处理新技术。
[0005] 目前测定烟草顶空成份的方法主要有静态顶空和动态顶空法气相色谱质谱法等。 静态顶空气相色谱质谱法是在已达到平衡的密闭容器中液体或固体分析物的顶部空间取 气态样品，并与气相色谱质谱结合对气态样品进行分析的一种比较特殊的分析技术。顶空 气态取样的主要优点是避免了直接的液体或固体取样时使复杂的样品基体成分一起被带 入分析仪器系统的可能性，从而消除了由基体成分的带入而对样品中可挥发性成分的分析 所造成的影响和干扰。但是在目前的顶空进样装置中，由于样品中经常会有些水分，随着加 热、加压，样品中的水分也进入气相色谱中。由于水对气相色谱柱的损伤较大，且影响色谱 峰，因此如何除掉样品中的水分是顶空分析的关键所在。
【发明内容】
[0006] 克服现有技术存在的不足，为烟草水提取物挥发性成分的顶空在线分析检测提供 一种简单、快速、高灵敏度的分析方法。
[0007] -种红外辅助水合反应在线顶空-气相色谱质谱法测定烟草水提物的方法，包括 如下步骤：
[0008] (1)将装有烟草水提物的试管置于顶空样品瓶中后密封瓶口，顶空样品瓶内底部 置于干燥剂；
[0009] (2)红外灯加热顶空样品瓶至烟草水提物中水蒸气完全被吸收，然后进行顶空-气 相色谱质谱测定，按峰面积归一化法进行计算，求出各组分的相对百分含量。
[0010] 红外辐射是介于可见光与微波之间的电磁波，其波长范围在约〇 · 76μπι到ΙΟΟΟμπι之 间，频率从4 X 1014Ηζ到3 X 10ηΗζ。它具有以下优点：1)安全环保，与微波相比，红外辐射对 人体的危害极小，无需考虑泄露的问题。2)节能高效，红外辐射热量是以电磁波形式传递 的，因此红外加热时，不需要任何媒介，热损失小，同时也不会产生任何废弃物污染周围环 境。3)加热速度快，红外辐射的能量与辐射温度4次方成正比。它能提供比对流加热高几十 倍的热流密度。由于红外辐射具有高的热渗透力和安全性，是一种理想的热源，已被广泛应 用在天然产物的提取以及农副产品加工等领域。本发明主要采用红外辅助加热使烟草水提 物中的水分快速蒸发，与干燥剂(无水硫酸钠、无水硫酸镁、无水氯化钙等)发生水合反应生 成水合物，进而实现除水的目的。本发明方法避免了传统水提物进行顶空分析时需进行萃 取、脱水、过滤等一系列繁琐的处理流程，同时避免了干燥剂与样品直接接触。
[0011]优选地，所述红外灯置于顶空样品瓶的底部。
[0012] 进一步优选，所述红外灯距离顶空样品瓶底部1~3cm。
[0013] 更有选，所述红外灯距离顶空样品瓶底部2cm。
[0014] 优选地，所述红外灯的功率为250~300W，红外灯照射时间为10~60min。
[0015] 最优选地，本发明考察了红外灯距离(2、4、6、8、10cm)、红外灯功率(100、150、175、 250、2751)、加热时间（1〇111丨11、2〇111丨11、3〇111丨11、4〇111丨11、5〇111丨11、6〇111丨11)这几个关键影响因素，观 察顶空样品瓶中挥发出的水蒸气，以水蒸气与无水硫酸镁完全进行水合反应为标准，最终 优选的条件为距离顶空瓶底部2cm，在275W的红外灯加热60min。
[0016] 本发明采用红外加热方式，具有如下优点：
[0017] (1)相同的样品量采用传统加热需90min(即放置在柱温箱里），顶空样品瓶中挥发 出的水蒸气与无水硫酸镁完全进行水合反应;而采用红外加热方式，仅需60min，大大地缩 短了除水时间。这是因为水的吸收光谱均在2.5μ-25μπι之间处于红外辐射的范围内，当红外 辐射的波长与被加热物的吸收波长一致时，该物质就易于吸收红外线，分子运动加剧。
[0018] (2)除此之外，采用传统加热后进行顶空-气相色谱-质谱分析，其总离子流图如图 3(A)所示，总峰面积为2.32Χ108,而红外加热其总峰面积为8.05Χ108,强度大大加强，红外 辐射可到达样品内部，使基质内部温度迅速上升，加速被萃取成分向周围的扩散，从而缩短 提取时间，提尚提取效率。
[0019] (3)传统加热共定性出19种化合物(见表1)，主要包括1种醇类化合物，4种醛类化 合物，2种酸类化合物，2种酮类化合物，1种烃类化合物，8种杂环类化合物，1种酯类化合物。 从百分含量来看，杂环类化合物含量最高占72.65 %，醛类化合物次之占18.78 %，醇类化合 物、酮类化合物、酯类化合物、烯烃类化合物和酸类化合物分别占6.54 %、1.32 %、0.36 %、 0.23%、0.11%〇
[0020] 红外辅助水合反应在线顶空-气相色谱质谱法测定烟草水提物的总离子流如图3 (Β)所示，共定性出30种挥发性组分(见表2)，主要包括2种醇类化合物，6种醛类化合物，3种 酸类化合物，3种酮类化合物，1种烃类化合物，13种杂环类化合物，2种酯类化合物。从百分 含量来看，杂环类化合物含量最高占60.17 %，酸类化合物次之占19.89 %，醛类化合物、醇 类化合物、酮类化合物、酯类化合物和烯烃类化合物分别占12.91 %、4.42%、1.59%、 0.76 %、0.25 %，酚类化合物占0.80 %。从单个化合物来看，主要有烟碱（50.06 % )、乙酸 (17.7%)、5_甲基糠醛(4.07%)、植醇(2.25%)等一些重要致香成分。
[0021 ]表1烟末水提物传统加热定性定量表
[0023]优选地，顶空分析条件为：
[0024] 平衡温度为160°C，平衡时间设置为30min，传输线温度为160°C，提取时间为 0.2min，进样时间为0.5min，GC循环时间120min。
[0025] 优选地，色谱条件为：毛细管色谱柱DB-324，260°C (60m X 320μπι X 1.8μπι);进样口 温度:250 °C ;程序升温:初始温度设为40 °C，保持lOmin，以2 °C /min升至150 °C，保持Omin，然 后再以3"€/111；[11升至260<€，保持10111；[11 ;载气：氦气（纯度99.999%);载气流速：111117111；[11 ;进 样方式:分流进样，分流比5:1，进样体积lyL。
[0026]质谱条件为：离子源：电子轰击离子源(EI源）；电子能量：70eV;传输线温度：260 °C ;离子源温度:230°C ;检测模式:全离子扫描监测，质量扫描范围为50~450amu，扫描速度 是3scans/s〇
[0027] 与现有分析方法相比，本发明建立的在线测定烟草水提物的顶空-气相色谱质谱 法具有以下优点：
[0028] (1)本发明采用红外辐射作为水合反应的热源，具有加热速度快，加热均匀，节能 高效，安全无害的特点，是一种理想的热源。
[0029] (2)本发明适用于含有水分的样品的顶空进样，其结构简单，操作方便，避免了繁 琐的预处理过程，能够快速对含有水分的样品进行在线分析检测。
[0030] (3)本发明建立的检测方法，不仅提高了样品分析的灵敏度，而且使最终进入色谱 柱的样品不含有水分，避免了色谱柱因受水分的影响而减少使用寿命。
[0031] (4)本发明建立的检测方法，操作简单，准确，灵敏，具有推广应用价值，可以有效 用于香精香料等含有水分的致香样品的分析，特别适用于含有水分的固体样品以及其中含 有能与干燥剂反应的组分的液体样品或固体样品的顶空进样。
【附图说明】
[0032]图1为本发明方法原理示意图。
[0033] 图2为本发明加热方法的烟末水提取总离子流图。
[0034] 图3为传统加热方法与本发明加热方法的烟末水提取总离子流图对比图。
【具体实施方式】
[0035]通过下述实施例对本发明做进一步的说明，但实施例并不是对本发明技术方案的 限定。
[0036] 实施例1 [0037] 1.仪器与试剂
[0038]仪器:AL 204电子分析天平(梅特勒-托利多仪器上海有限公司）；顶空自动进样装 置(Agilent Technologies 7697A,USA);气相色谱-质谱联用仪（Agilent Technologies 7890A-5975C,USA);顶空瓶（20ml，Agilent Technologies);密封帽（聚四氟乙稀，Agilent 1^(*11〇1呢^8，1^4);红外灯(海宁市奇异照明电器有限公司，浙江，中国）；烟末水提物样品 (利群薄片厂提供）；无水硫酸镁(分析纯，上海试四赫维化工有限公司）。
[0039] 2.红外辅助水合反应在线测定烟草水提物的顶空-气相色谱质谱法
[0040] 具体步骤如下：
[0041] I:样品准备:准确称取3g无水硫酸镁样品，放置于20ml顶空样品瓶瓶底，准确移取 ?οομL烟末水提物于2ml试管中，然后用镊子将试管放于顶空样品瓶中，用含有聚四氟乙烯/ 有机硅隔垫的铝帽进行密封。
[0042] Π :红外辅助水合反应:将红外灯设置距离顶空瓶底部2cm，在275W的红外灯照射 一定时间（1〇111；[11，20111；[11，30111；[11，40111；[11，50111；[11，60111；[11)，观察图1中顶空样品中的水蒸气情 况，发现60min时顶空样品瓶中挥发出的水蒸气与无水硫酸镁完全进行水合反应即水蒸气 完全被吸收。
[0043] m:顶空分析条件:顶空设备平衡温度为160°C，平衡时间设置为30min，传输线温 度为160°C，提取时间为0.2min，进样时间为0.5min，GC循环时间120min。
[0044] 3.气相色谱-质谱联用分析条件
[0045] 色谱条件：毛细管色谱柱DB-324，260 °C (60m X 320μπι X 1.8μπι);进样 口温度：250 °C ;程序升温:初始温度设为40°C，保持1 Omin，以2°C/min升至150 °C，保持Omin，然后再以3 <€/111；[11升至260<€，保持10111；[11 ;载气:氦气(纯度99.999%);载气流速：111117111；[11 ;进样方式： 分流进样，分流比5:1，进样体积lyL。
[0046]质谱条件:离子源：电子轰击离子源(El源）；电子能量:70eV;传输线温度:260°C; 离子源温度:230 °C ;检测模式:全离子扫描监测，质量扫描范围为50~450amu，扫描速度是 3scans/s〇
[0047] 4.挥发性成分的定性及定量分析
[0048]定性分析通过自动质谱解卷积定性系统，解卷积参数峰宽设为20,分辨率、灵敏度 及色谱峰形的要求均设为中等，匹配因子最小值设置为80,谱图检索选择NIST11，同时结合 文献辅助定性。定量分析通过化学工作站数据处理系统，按峰面积归一化法进行计算，求出 各组分的相对百分含量。
[0049] 5.烟草水提取挥发性成分的定性定量结果
[0050] 红外辅助水合反应在线顶空-气相色谱质谱法测定烟草水提物的总离子流如图2 所示，共定性出30种挥发性组分(见表2)，主要包括2种醇类化合物，6种醛类化合物，3种酸 类化合物，3种酮类化合物，1种烃类化合物，13种杂环类化合物，2种酯类化合物。从百分含 量来看，杂环类化合物含量最高占60.17 %，酸类化合物次之占19.89 %，醛类化合物、醇类 化合物、酮类化合物、酯类化合物和烯烃类化合物分别占12.91 %、4.42 %、1.59 %、0.76 %、 0.25 %，酚类化合物占0.80 %。从单个化合物来看，主要有烟碱(50.06 % )、乙酸（17.7 % )、 5-甲基糠醛(4.07 % )、植醇(2.25 % )等一些重要致香成分。
[0051 ]表2烟末水提物定性定量表 [0052]
[0054] 6.方法重新性考察
[0055] 为了考察该方法的精密度，在上述条件下对烟末水提物中的挥发性化合物进行三 次重复分析测定。三种主要化合物烟碱、乙酸、植醇的相对标准偏差(RSD)分别为3.39%， 4.65%和5.77%，三种化合物的RSD值均小于10%，表明该方法具有良好的精密度。
[0056] 综上，红外辅助水合反应在线测定烟草水提物的顶空-气相色谱质谱法采用节能 高效、安全无害的红外辐射作为水合反应的热源，避免了传统水提物进行萃取、脱水干燥、 过滤等一系列繁琐的处理流程，同时避免了干燥剂与样品直接接触，是一种简单、快速、准 确、高灵敏度的分析方法，具有推广应用价值，可以有效用于香精香料等含有水分的致香样 品的顶空分析。
【主权项】
1. 一种红外辅助水合反应在线顶空-气相色谱质谱法测定烟草水提物的方法，其特征 在于，包括如下步骤： (1) 将装有烟草水提物的试管置于顶空样品瓶中后密封瓶口，顶空样品瓶内底部置于 干燥剂； (2) 红外灯加热顶空样品瓶至烟草水提物中水蒸气完全被干燥剂吸收，然后进行顶空-气相色谱质谱测定，按峰面积归一化法进行计算，求出各组分的相对百分含量。2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述红外灯置于顶空样品瓶的底部。3. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述红外灯距离顶空样品瓶底部1~3cm。4. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述红外灯的功率为250~300W，红外灯照射 时间为10~60min。5. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，顶空分析条件为： 平衡温度为160°C，平衡时间为30min，传输线温度为160°C，提取时间为0.2min，进样时 间为0.5min，GC循环时间为120min。6. 根据权利要求1所述方法，其特征在于， 色谱条件为：毛细管色谱柱DB-324，260°C ;进样口温度：250°C ;程序升温:初始温度设 为40°C，保持lOmin，以2°C/min升至150°C，保持Omin，然后再以3°C/min升至260°C，保持 lOmin;载气:氦气;载气流速:lmL/min;进样方式:分流进样，分流比5:1，进样体积lyL; 质谱条件为：离子源：电子轰击离子源；电子能量:70eV;传输线温度：260°C ;离子源温 度:230°C ;检测模式:全离子扫描监测，质量扫描范围为50~450amu，扫描速度为3scanS/S。7. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述干燥剂为无水硫酸钠、无水硫酸镁或无 水氯化钙。
【文档编号】G01N30/06GK106093267SQ201610726417
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】杨艳芹, 周国俊, 储国海, 袁凯龙, 夏倩, 蒋健, 史春云
【申请人】浙江中烟工业有限责任公司