专利名称：快速检测烟草中亚硝胺和氮氧化物含量的微波－分光光度法的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波辐射结合改进分光光度法检测烟草中亚硝胺和氮氧化物(NOx)含量的方法。
烟草和卷烟烟气中所含亚硝胺以其强致癌性引起人们的高度警觉。亚硝胺是强化学致癌物，300余种亚硝胺化合物中有大约90％被证明具有致癌作用动物所有的脏器和组织都可被诱发肿瘤，主要靶器官是肝脏、食管、肺、胃和肾；还能通过胎盘进行遗传，导致后代畸变。中国成年男性平均每人每天消费10支卷烟，卷烟年均总消费量已达18000亿支，占全球总消费量的三分之一。受到卷烟烟气影响的人群在中国达数亿之众。和苯并(a)芘(即3，4-苯并芘)及二噁英略有不同，亚硝胺的沸点较低因此更容易挥发到香烟烟气中，污染环境并伤害人们的身体健康。越来越多的专家认为香烟中的亚硝胺含量将是继焦油和烟碱之后应当在烟盒上标明的第三个参数，而且应当尽可能地降低。
为了从源头减少亚硝胺的污染，就需要在收购烟草和制造卷烟时及时掌握原料烟叶中的亚硝胺含量。通常检测烟草及烟草烟气中的亚硝胺含量的方法(1)国外主要使用色谱-热能分析仪(GC-TEA)方法，但是这些方法都涉及昂贵的仪器和过柱分离等复杂的操作程序，在基层单位难以推广应用；况且厂家只需要粗略知道烟草中的亚硝胺总量即可，并不需要将亚硝胺逐一分离精确测定各自的浓度。(2)用化学溶液浸取烟草提取亚硝胺，然后萃取-浓缩进行测定，至少需要2天时间。(3)本申请人在专利申请(公开号CN1193741A)中公开了一种改进式分光光度法测定烟草烟气中的亚硝胺含量，但是主要用于成品卷烟的测定。这就要求首先要将烟叶制成卷烟；然而等到制成卷烟后再点燃测定，每支烟在空气流中燃烧还需约20分钟，不仅耗时费工，而且无法指导生产以降低产品中的亚硝胺含量。显然，迫切需要有快速而简捷地测定原料烟叶中的亚硝胺含量的方法。烟草中的亚硝酸盐和硝酸盐在高温下分解产生的氮氧化物(NOx)，能够和烟碱或胺类再次热合成亚硝胺，因此被看作是产生亚硝胺的前身化合物。此外，微波辐射烟叶也能使某些亚硝胺分解而生成NOx，所以烟叶中的氮氧化物含量(NOx)和亚硝胺含量有重要的关系。但是，如果用溶液浸取法测定烟草中的亚硝胺，无法同时测出氮氧化物(NOx)含量。点烟收集烟气时也因为焦油等杂质的干扰，难以测出烟气中的含量；显然，同样也迫切需要新手段快速而简捷地测定原料烟叶中的氮氧化物(NOx)含量。
本发明的目的是提供一种简捷、快速测定烟草中亚硝胺和氮氧化物(NOx)含量的新方法。
脂肪族亚硝胺是强极性有机物，而官能团中N-NO键弱于C-H、C-C、C-N键，在300℃的热解反应中即可被断开而产生NOx。琼尼·R·威廉斯在其专利申请WO9805226和WO9858555以及CN97198261中公开了微波辐射用于烟草和大麻收获后的干燥处理、降低其烟草特有亚硝胺含量的技术，使用在烟叶子亚硝胺的破坏作用。但是我们发现很大比例的亚硝胺在微波辐射下被挥发，并且基于这个新发现建立了本发明的方法。
因此本发明的技术方案如下一种快速检测烟草中亚硝胺和氮氧化物(NOx)含量的微波-分光度法，它是1．将烟丝或烟叶置于容器内进行微波辐射；2．用惰性的载气将分解产物NOx和挥发出的亚硝胺吹脱出；3．将吹出的亚硝胺用柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲溶液吸收；4．未吸收的NOx用CrO3氧化管氧化成NO2；5．NO2用定量的磺胺、盐酸萘乙二胺溶液吸收，转化为NO2-并显色；6．于波长540nm处测量其吸光度，计算出氮氧化物(NOx)的含量Y1；7．将步骤3的吸收液用二氯甲烷萃取；8．将萃取后的二氯甲烷溶液用无水Na2SO4干燥；9．将干燥后的二氯甲烷溶液在N2气保护下浓缩；10．将浓缩后的二氯甲烷溶液用HBr-HOAc溶液将N-亚硝基化合物的N-NO官能团中的N-N键裂解；11．用惰性的载气将分解产生的NOx吹脱出；12．吹脱出的气体经碱性洗气瓶净化；13．将净化后的NOx用CrO3氧化管氧化成NO2；14．NO2用定量的磺胺、盐酸萘乙二胺溶液吸收、转化为NO2-并显色；15．用波长540nm处测定其吸光度，计算出亚硝胺的含量Y2；本发明的微波-分光光度法，所用的微波可以是频率为2450MHz或915MHz的微波，微波辐射的功率为500-2000W，优选的功率为800-1000W，辐射时间为30-400秒，优选的辐射时间为60-220秒，惰性的载气可以是高纯的氮气、氦气或氩气，载气的流速为10-500mL/min，优选的速度是为100-140mL/min。所用的亚硝胺吸收液是PH为4.5的柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲溶液，所用的CrCO3氧化管是充填CrO3-海砂的氧化管。
通过本发明的方法测定这些亚硝胺以及氮氧化物NOx，就能粗略了解原料烟叶中的亚硝胺含量。本发明方法的优点在于(1)烟草及烟草烟气中含有挥发性、非挥发性和烟草特有的亚硝胺，主要危害环境的是那些能够挥发到烟气中的亚硝胺，而微波法检测的恰恰也是那些能够挥发的亚硝胺。(2)烟草中的硝酸盐类在卷烟燃烧时会分解产生氮氧化物(NOx)，与烟碱和胺类热合成出一些亚硝胺。用溶液浸取烟草中的亚硝胺，由于在常温下进行而无法反映出这个高温变化。微波辐射会局部加热烟丝，所以得到的数据和卷烟气中的含量较为接近。(3)微波法可以检测烟丝、烟草叶片，不受样品形状的限制，也不要求必须卷成卷烟。和点烟收集烟气测定法相比，微波法耗时更短，仅需要3分钟左右就能将亚硝胺收集到溶液里，以供测定。(4)将原料烟草直接经微波处理，所需投资少、工艺简单而适于在基层单位推广应用。
以下通过实施例进一步说明本发明。将卷烟A(烤烟型，云南省产，焦油含量为15mg/支，烟气烟碱量为1.2mg/支)的烟丝(16支卷烟)置于容器里放在WP850D微波炉中，在容器后接4个串联的洗气瓶，洗气瓶中各盛有PH值为4.5的柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲溶液15mL，吸收挥发出的亚硝胺，洗气瓶后接一个双球氧化管，氧化管内充填8克左右的CrO3-海砂(质量比为1∶20)，氧化管后接一个吸收瓶，吸收瓶内装有50.0mL显色液(5克磺胺和0.05克盐酸萘乙二胺溶于含50mL冰醋酸的1000mL蒸馏水中)，将载气N2流经容器，N2的流速为100mL/min，启动微波炉进行辐射，功率为850W，辐射时间为70秒，容器中烟丝分解产生的NOx和挥发出的亚硝胺被载气吹出，挥发的亚硝胺被洗气瓶吸收，分解产生的NOx被氧化管氧化成NO2，进入显色瓶内，辐射结束后用比色法测定(540nm处)，计算出NO2-的含量Y1，另外将四个洗气瓶中的缓冲溶液合并，用二氯甲烷提取亚硝胺，然后用改进的分光光度法(参见CN97107228.0A)检测出NO2-含量Y2，烟丝中亚硝胺的含量为Y2。测得卷烟A亚硝胺的含量为2.50nmol/支，氮氧化物(NOx)的含量为10.01nmol/支。重复实验2次，测出亚硝胺含量分别为2.48和2.63nmol/支，(NOx)含量分别为9.80和10.11nmol/支。三次数据与平均值的误差对于亚硝胺分别为1.6％，2.4％和3.5％，对于NOx分别为0.4％，1.7％和1.4％。将卷烟B(烤烟型，江苏省产，焦油含量为18mg/支，烟气烟碱量为1.4mg/支)的烟丝(12支)卷烟，放入容器内如实施例1测定方法测定亚硝胺含量，但辐射时间改为210秒，N2的流速改为120mL/min，两次测定结果，亚硝胺的总含量分别为3.17nmol/支和3.13nmol/支。两次数据的误差为1.3％。将卷烟C(烤烟型，江苏省产，焦油含量为17mg/支，烟气烟碱量为1.1mg/支)，在烟丝中添加3％m/m多孔性净化材料后，侧流烟气亚硝胺含量从4.57nmol/支降低到2.31nmol/支，减少了49.5％，(测试方法见专利申请公开号CN1193741A，下同)。取烟丝(20支卷烟)按实施例1的方法测定烟丝中亚硝胺的含量，辐射时间为210秒，N2流速为120mL/min，测不含添加剂和含添加剂的烟丝亚硝胺含量分别为4.88和2.74nmol/支，减少幅度为43.9％，准确地反映出添加剂的作用。卷烟D(烤烟型，美国产，焦油含量为15mg/支，烟气烟碱量为1.3mg支)的侧流烟气亚硝胺含量为6.65nmol/支。卷烟E(烤烟型，英国产，焦油含量为12mg/支，烟气烟碱量为1.0mg/支)的侧流烟气亚硝胺含量为3.65nmol/支，为卷烟D的54.9％。二者的烟丝经本发明的微波-分光光度法(850W功率下辐射210秒)测出的亚硝胺含量分别为3.00和1.85nmol/支，卷烟E为卷烟D的61.7％，反映出二者的差距。卷烟F(混合型，美国产，焦油含量为12mg/支，烟气烟碱量为1.0mg支)的侧流烟气亚硝胺含量为4.17nmol/支。卷烟G(混合型，云南省产，焦油含量为11mg/支，烟气烟碱量为1.0mg支)的侧流烟气亚硝胺含量为3.00 nmol/支，为卷烟F的71.9％。二者的烟丝经本发明的微波-分光光度法(850W功率下辐射210秒)测出的亚硝胺含量分别为3.45和2.65nmol/支，卷烟G为卷烟F的75.9％，与点燃方法测出的二者差距相近。
由上可知，将烟草用微波辐射结合改进式分光光度法能快速测定其中的亚硝胺和氮氧化物(NOx)含量，不仅重复性好，而且能反映出不同烟草的差别。本发明的技术实用性强，所需设备少而且成本低廉，测定简便，耗时短，适合在卷烟厂和其他烟草部门推广应用以掌握烟草中的亚硝胺含量，发展新型卷烟，进而逐步减少吸烟对于环境的污染。
权利要求
1．—种快速检测烟草中亚硝胺和氮氧化物(NOx)含量的微波-分光度法，其特征是(1)将烟丝或烟叶置于容器内进行微波辐射，(2)用惰性的载气将NOx和挥发出的亚硝胺吹脱出，(3)将吹出的亚硝胺用柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲溶液吸收，(4)未吸收的NOx用CrO3氧化管氧化成NO2，(5)NO2用定量的磺胺、盐酸萘乙二胺溶液吸收，转化为NO2-并显色，(6)于波长540nm处测量其吸光度，计算出氮氧化物的含量Y1，(7)将步骤3的吸收液用二氯甲烷萃取，(8)将萃取后的二氯甲烷溶液用无水Na2SO4干燥，(9)将干燥后的二氯甲烷溶液在N2气保护下浓缩，(10)将浓缩后的二氯甲烷溶液用HBr-HOAc溶液将N-亚硝基化合物的N-NO官能团中的N-N键裂解，(11)用惰性的载气将分解产生的NOx吹脱出，(12)吹脱出的气体经碱性洗气瓶净化，(13)将净化后的NOx用CrO3氧化管氧化成NO2，(14)NO2用定量的磺胺、盐酸萘乙二胺溶液吸收、转化为NO2-并显色，(15)用波长540nm处测定其吸光度，计算出亚硝胺的含量Y2，
2．根据权利要求1所述的微波-分光光度法，其特征是所用的微波的频率为2450MHz或915MHz，功率为500-2000W。
3．根据权利要求1所述的微波-分光光度法，其特征是辐射的时间为30-400秒。
4．根据权利要求1所述的微波-分光光度法，其特征是所用的惰性的载体是氮气，氦气或氩气，气体流速为10-500mL/min。
全文摘要
一种快速测定烟草中亚硝胺和氮氧化物(NO
文档编号G01N31/20GK1298096SQ0013437
公开日2001年6月6日 申请日期2000年12月8日 优先权日2000年12月8日
发明者朱建华, 徐杨, 恽之瑜, 王英 申请人:南京大学