一种量化分析卷烟主流烟气中主要吡嗪类香味物质的方法
【专利摘要】本发明公开了一种量化分析卷烟主流烟气中主要吡嗪类香味物质的方法，具体来说是涉及一种基于气相色谱—串联质谱仪测定卷烟主流烟气中2?甲基吡嗪、2,5?二甲基吡嗪、2,6?二甲基吡嗪、2?甲氧基吡嗪、2,3,5?三甲基吡嗪、2?乙基?3?甲基吡嗪、2,3,5,6?四甲基吡嗪和2?乙酰基吡嗪等8种主要吡嗪类香味物质的方法，包括内标溶液、标准工作溶液和样品溶液的制备，气相色谱?串联质谱仪分析，以及测定结果的计算等步骤。本发明经优化后的检测方法操作简便，响应灵敏、定量分析准确，有效地减少了因样品基质复杂带来的干扰，适合于烟气复杂基质中痕量目标物的定量分析。
【专利说明】
一种量化分析卷烟主流烟气中主要吡嗪类香味物质的方法
技术领域
[0001] 本发明公开了一种量化分析卷烟主流烟气中主要吡嗪类香味物质的方法，具体来 说是涉及一种基于气相色谱一串联质谱仪测定卷烟烟气中痕量主要吡嗪类香味物质的方 法，属于卷烟理化指标检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，受吸烟与健康、卷烟流行口味等多重因素的影响，卷烟的消费特征正逐渐 向高香气、低焦油、低危害方向转变。为适应这一要求，研究加料加香技术，选择各种加香物 质，以适应和满足不同叶组结构的需要。在这其中，吡嗪类化合物在烟草增香技术中发挥这 越来越显著的作用。吡嗪类化合物是烘烤食品、油脂加香中常用的食品香料物质，它具有浓 郁的焦烤香气，作为烟用香料使用，不仅可使产品风格独特、香味充足、劲头适中，而且还能 掩盖部分杂气，改善余味。作为表香使用的2-甲基吡嗪、2,5_二甲基吡嗪、2,6_二甲基吡嗪、 2-甲氧基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪、2，3，5，6-四甲基吡嗪和2-乙酰基 吡嗪等主要吡嗪类化合物，能衬托出烟草特有的风味，使香气和谐，避免卷烟燃烧过程中其 它物质对卷烟烟气的不利影响。
[0003] 研究发现，烟草和烟气中存在多种吡嗪类化合物，已被鉴定出来的多达近60种，其 中二取代和三取代吡嗪较多，还有一些一取代和四取代吡嗪，取代基一般为甲基、乙基、异 丙基、乙烯基、乙酰基等。这里面，构成卷烟主流烟气特征的香味物质中有一类是烷基吡嗪， 例如，2，5-二甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、2-乙酰基吡嗪等微量化合物。 追述其来源，除了外添加以外，烟草和烟气中的吡嗪类化合物可能来自于加工过程中的棕 色化反应产物，此外，某些含碳含氮物质可以作为燃吸时吡嗪类热解合成的来源。
[0004] 综合查阅文献，发现国内外一些技术工作者对烟草及卷烟中的含氮物质（包含吡 嗪类化合物)进行过定性定量分析，使用的方法主要是GC、GC/MS等仪器手段。总的说来，缺 乏对卷烟烟气中吡嗪类化合物的精确定量分析。限制卷烟烟气基质复杂，以及吡嗪类物质 的含量甚微，常规的仪器手段难以对烟气中的吡嗪类化合物进行同时定量分析。气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)是近年来发展起来的一种色谱/质谱联用技术。由于具有样品前处理 简单、操作方便、清洁实验等明显优势，已广泛应用于环境监测、化工、冶金、地质、水文、土 壤、电子工业、食品饮料、临床化验等科学研究领域。为此，本专利采用GC-MS/MS的分析手 段，首次对卷烟烟气中的主要吡嗪类物质进行了量化分析。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在克服现有的技术缺陷，提供一种采用气相色谱-串联质谱仪测定卷烟 主流烟气中痕量吡嗪类香味物质含量的方法，该方法能准确量化分析卷烟主流烟气中痕量 吡嗪类香味物质的含量，测定结果准确、灵敏度高，基质干扰少。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种量化分析卷烟主流烟气中主要吡嗪类香味物质的方法，所述吡嗪类香味物质 包括2-甲基吡嗪、2，5_二甲基吡嗪、2,6_二甲基吡嗪、2-甲氧基吡嗪、2,3,5_三甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪、2，3，5，6-四甲基吡嗪和2-乙酰基吡嗪，其特征在于，所述方法包括以下 步骤：
[0008] (1)内标溶液的制备：以正十七碳烷为内标物，使用乙醇为溶剂，制备内标溶液；
[0009] (2)标准工作溶液的制备：以2-甲基吡嗪、2，5-二甲基吡嗪、2，6-二甲基吡嗪、2-甲 氧基吡嗪、2，3，5-三甲基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪、2，3，5，6-四甲基吡嗪和2-乙酰基吡嗪 等物质的标准品为目标物，使用乙醇为溶剂，经逐级稀释制备成标准储备溶液，然后分别加 入一定量的内标溶液，制备成标准工作溶液；
[0010] (3)样品溶液的制备:收集好卷烟烟气中的目标物，准确加入一定量的内标溶液以 及一定体积的萃取溶液，振荡提取，萃取液过硅藻土进行反萃取，然后对淋洗液进行浓缩， 得样品溶液；
[0011] (4)气相色谱-串联质谱仪分析：用气相色谱-串联质谱仪(GC-MS/MS)对标准工作 溶液和样品溶液进行检测分析；
[0012] (5)标准工作曲线的绘制及样品结果的计算。
[0013]其中步骤（1)内标溶液的制备，具体包括以下步骤：（Ia)内标储备液：准确称取 0.2g正十七碳烷，精确至0.1 mg，于IOOmL的容量瓶中，用乙醇溶解并定容至刻度；（Ib)内标 溶液:准确移取0.1 mL内标储备液，于IOOmL的容量瓶中，用乙醇稀释并定容至刻度。
[0014] 其中步骤(2)标准工作溶液的制备具体包括以下步骤：（2a)-级标准储备液:准确 称取0.2g 2-甲基吡嗪、0.15g 2,5_二甲基吡嗪、O.lg 2,6_二甲基吡嗪、0.05g 2-甲氧基吡 嗪、O.lg 2,3,5_三甲基吡嗪、O.lg 2-乙基-3-甲基吡嗪、0.05g 2,3,5,6_四甲基吡嗪和 0.05g 2-乙酰基吡嗪，精确至O.lmg，于IOOmL的容量瓶中，用乙醇溶解并定容至刻度；（2b) 二级标准储备液:准确移取ImL-级标准储备液，于IOOmL的容量瓶中，用乙醇稀释并定容至 刻度；（2c)标准工作溶液:分别准确移取二级标准储备液50yL、100yL、300yL、600yL、lmU^ 3mL，至IOmL的容量瓶中，再分别准确加入ImL内标溶液，用乙醇稀释并定容至刻度，得系列 标准工作溶液。
[0015] 其中步骤(3)样品溶液的制备具体包括以下步骤：（3a)卷烟抽吸：按照GB/T19609 标准的要求抽吸20支卷烟，其中用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气中的粒相物；（3b)粒相物萃 取:将捕集卷烟主流烟气粒相物的剑桥滤片转移至250mL面包瓶中，用40mL浓度为lOmmol/L 的盐酸水溶液进行振荡萃取，萃取时间为40min，得到萃取液；（3c)萃取液反萃取:预先对硅 藻土SPE小柱(填料为20g)进行活化，即移入50mL二氯甲烷进行淋洗活化，尽量抽干，待SPE 小柱准备好后，移取IOmL上述萃取液进入SPE小柱，用一浓缩瓶接收淋洗液;然后再用60mL 二氯甲烷多次对小柱进行淋洗，依靠二氯甲烷密度比水大的特征，自行滴下，收集所有留下 来的液体，视为淋洗液；（3d)淋洗液浓缩:在50°C、常压条件下，对淋洗液浓缩到ImL，得到样 品进样溶液。
[0016] 其中步骤(4)GC-MS/MS分析，其仪器分析条件为:采用规格为30m X 0.25mmX 0.25μ m的HP-INN0WAX毛细管色谱柱;载气为氦气，恒流速度为1.0 mL/min;进样方式:进样量为1μ L，分流进样，分流比为10:1;进样口温度为240°C ;传输线温度为260°C ;升温程序为初始温 度为50°C，以5°C/min的速率升高至240°C，保持5min。其质谱分析条件为：电离方式为EI源， 正离子模式;离子源温度:230°C ;四极杆温度:均为150°C ;碰撞气:氮气，流速1.5mL/min，载 气(氦气)流速为2.25mL/min;多反应监测(MRM)模式，详细参数列于下表。
[0017]目标物的MRM参数情况
[0019] 其中步骤(5)标准曲线绘制及结果计算如下：以标准工作溶液中目标物与内标的 浓度之比为横坐标，以色谱图中目标物与内标的峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析， 得到标准工作曲线。将相同条件下测得的样品溶液中目标物与内标的色谱峰面积比，代入 标准工作曲线，根据下列公式求得卷烟样品中目标物的含量：
[0020]
[0021] 式中：
[0022] W--卷烟主流烟气中8种主要吡嗪类香味物质的含量，单位为微克每支(yg/支）；
[0023] A--8种主要吡嗪类香味物质的峰面积；
[0024] As--对应内标的峰面积；
[0025] b一一标准工作曲线的截距；
[0026] Ms--添加内标的质量，单位为微克(yg);
[0027] a一一标准工作曲线的斜率；
[0028] M--烟支的数量，单位为支。
[0029]有益效果:本发明的检测方法对样品处理方法及色谱质谱分析条件进行了优化确 认。与现有技术相比，本发明具有如下优良效果：
[0030] (1)本发明方法创新使用气相色谱-串联质谱仪测定卷烟主流烟气中痕量吡嗪类 香味物质的含量，解决了烟气吡嗪类化合物水平低，以及烟气复杂基质对目标物的分析干 扰严重等因素的影响。
[0031] (2)本发明方法针对吡嗪类化合物易溶解于水、偏弱碱性的理化特性，采用弱酸性 的水溶液对目标物进行萃取，然后结合使用硅藻土 SPE小柱，从含目标物的水溶液反萃取出 痕量目标物，方法思路新颖，创新性强，弥补了以往采用同时蒸馏萃取处理强度大、重复性 欠佳的缺点。
[0032] (3)本发明方法利用内标法定量，可以不用精准定容，且可以减少由前处理方法重 现性和仪器精密度问题带来的误差。
【附图说明】
[0033]图1为本发明测定方法的流程图；
[0034] 图2为标准工作溶液中8种主要吡嗪类香味物质和内标正十七碳烷的离子对色谱 图；
[0035] 图3为卷烟主流烟气中8种主要吡嗪类香味物质和内标正十七碳烷的离子对色谱 图。
【具体实施方式】
[0036]下面再结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0037] 实施例1
[0038]本实施例对卷烟主流烟气中痕量主要吡嗪类香味物质的检测方法如下(所述检测 方法的流程图如图1所示）：
[0039] (1)内标溶液的制备
[0040] ①内标储备液:准确称取0.202g正十七碳烷，精确至0.1 mg，于IOOmL的容量瓶中， 用乙醇溶解并定容至刻度。②内标溶液:准确移取0.1 mL内标储备液，于IOOmL的容量瓶中， 用乙醇稀释并定容至刻度。其中正十七碳烷的浓度为2.02yg/mL。
[00411 (2)标准工作溶液的制备
[0042] ①一级标准储备液:准确称取0.201 Ig 2-甲基吡嗪、0.1560g 2，5_二甲基吡嗪、 0.1032g 2,6_二甲基吡嗪、0.0523g 2-甲氧基吡嗪、0.1005g 2,3,5_三甲基吡嗪、0.1079g 2-乙基-3-甲基吡嗪、0.05577g 2，3，5，6-四甲基吡嗪和0.0332g 2-乙酰基吡嗪，精确至 0.1 mg，于IOOmL的容量瓶中，用乙醇溶解并定容至刻度。②二级标准储备液:准确移取ImL- 级标准储备液，于IOOmL的容量瓶中，用乙醇稀释并定容至刻度。③标准工作溶液:分别准确 移取二级标准储备液5(^1^、10(^1^、30(^1^、60(^1^、11^和31^，至101^的容量瓶中，再分别准确 加入ImL内标溶液，用乙醇稀释并定容至刻度，得系列标准工作溶液。其中2-甲基吡嗪的浓 度范围为0.1006~6.033yg/mL、2,5-二甲基吡嗪的浓度范围为0.078~4.68yg/mL、2,6-二 甲基吡嗪的浓度范围为0.0516~3.096yg/mL、2-甲氧基吡嗪的浓度范围为0.0261~1.5675 yg/mL、2，3，5-三甲基吡嗪的浓度范围为0.0503~3.015yg/mL、2-乙基-3-甲基吡嗪的浓度 范围为0.054~3.237以 8/1^、2,3,5,6-四甲基吡嗪的浓度范围为0.029~1.73(^/1^，以及 2-乙酰基吡嗪浓度范围为0.0166~0.996g/mL。
[0043] (3)样品溶液的制备
[0044]①卷烟抽吸：以一市销卷烟为对象，按照GB/T19609标准的要求抽吸20支卷烟，其 中用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气中的粒相物。②粒相物萃取:将捕集卷烟主流烟气粒相物 的剑桥滤片转移至250mL面包瓶中，用40mL浓度为lOmmol/L的盐酸水溶液进行振荡萃取，萃 取时间为40min，得到萃取液。（3)萃取液反萃取:预先对硅藻土 SPE小柱(填料为20g)进行活 化，即移入50mL二氯甲烷进行淋洗活化，尽量抽干。待SPE小柱准备好后，移取IOmL上述萃取 液进入SPE小柱，用一浓缩瓶接收淋洗液;然后再用60mL二氯甲烷多次对小柱进行淋洗，依 靠二氯甲烷密度比水大的特征，自行滴下，收集所有留下来的液体，视为淋洗液。（4)淋洗液 浓缩:在50°C、常压条件下，对淋洗液浓缩到ImL，得到样品进样溶液。
[0045] (4)气相色谱-串联质谱分析
[0046]分别取6不同浓度的标准工作溶液和样品待测溶液进行气相色谱-串联质谱分析 (所述标准工作溶液、典型样品溶液中目标物和内标物的色谱图如图2~图3所示）。
[0047] 其仪器分析条件为:采用HP-INN0WAX(30m X 0.25mm X 0.25μπι)毛细管色谱柱;载气 为氦气，恒流速度为1.0 mL/min;进样方式:进样量为IyL，分流进样，分流比为10:1;进样口 温度为240°C;传输线温度为260°C;升温程序为初始温度为50°C，以5°C/min的速率升高至 240°C，保持5min。其质谱分析条件为：电离方式为EI源，正离子模式;离子源温度:230°C ;四 极杆温度：均为150°C ;碰撞气:氮气，流速1.5mL/min，载气(氦气)流速为2.25mL/min;多反 应监测(MRM)模式，详细参数列于下表。
[0048]目标物的MRM参数情况
[0050] (5)标准曲线绘制及结果计算
[0051] 首先，以标准工作溶液中目标物与内标的浓度之比为横坐标，以色谱图中目标物 与内标的峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析，得到标准工作曲线。取最低浓度的标准 工作溶液，做9次平行检测分析，计算其标准偏差，以3倍的标准偏差对应的浓度，换算得出 方法的检出限。与标准工作曲线相对应的回归方程、相关系数、检出限等数据见下表。
[0052]分析方法的工作曲线和检出限
[0054] 将相同条件下测得的样品溶液中目标物与内标的色谱峰面积比，代入标准工作曲 线，根据下列公式求得卷烟样品中目标物的含量。
[0055]
[0056] 式中：
[0057] W--卷烟主流烟气中8种主要吡嗪类香味物质的含量，单位为微克每支(yg/支）；
[0058] A--8种主要吡嗪类香味物质的峰面积；
[0059] As--对应内标的峰面积；
[0060] b--标准工作曲线的截距；
[00611 Ms--添加内标的质量，单位为微克(yg);
[0062] a一一标准工作曲线的斜率；
[0063] M--烟支的数量，单位为支。 「00641 太史偷仿Il由裘彻趙品士盛彻气由8轴士鹿价底悉苯昧物话給侧结里IP下妄. LUU00J 头她 1夕 U 2：
[0067] 本实施例对本发明的精密度和加标回收率的检测方法如下：
[0068] 以实施例1中所用的卷烟样品为分析对象，分别进行了日内精密度实验，日内精密 度实验为相同样品在同一条件下平行测定6次（同一批次处理），分别计算6次平行测定结果 的相对标准偏差(RSD)，测定结果见下表。表中结果显示，本实验方法的日内重复性的RSD〈 10%，对于痕量物质的定量分析来说，表明方法具有良好的精密度。
[0070]以重复性试验所用酸奶样品为分析对象，按照上述样品前处理方法进行处理，加 入其释放量相当的含量的标样，进行基质加标试验，结果见下表。从表中可以看出，样品的 加标回收率在84.50 %~118.88 %之间，说明方法具有较好的准确性。
Luu/z」 不头施例所用到的称准浴淞1 乂以兵甲的一个浓度艿例近仃讽明的，兵'匕'浓度但所 制备的标准溶液经气相色谱-串联质谱仪分析所获得的标准曲线及回归方程与上述实施例 相同，在此不在一一列举。所举实施例只是为了更好的理解本发明方法，并不具有任何限制 作用，即上述方法或者等同上述情况的方法均包含在本发明的技术方案的保护范围中。 [0073]上面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不 限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离 本发明宗旨的前提下做出各种变化。
【主权项】
1. 一种量化分析卷烟主流烟气中主要化嗦类香味物质的方法，所述化嗦类香味物质包 括2-甲基化嗦、2,5-二甲基化嗦、2,6-二甲基化嗦、2-甲氧基化嗦、2,3,5-S甲基化嗦、2-乙 基-3-甲基化嗦、2,3,5,6-四甲基化嗦和2-乙酷基化嗦，其特征在于，所述方法包括W下步 骤： (1) 内标溶液的制备：W正十屯碳烧为内标物，使用乙醇为溶剂，制备内标溶液； (2) 标准工作溶液的制备：W2-甲基化嗦、2，5-二甲基化嗦、2，6-二甲基化嗦、2-甲氧基 化嗦、2,3,5-Ξ甲基化嗦、2-乙基-3-甲基化嗦、2,3,5,6-四甲基化嗦和2-乙酷基化嗦的标 准品为目标物，使用乙醇为溶剂，经逐级稀释制备成标准储备溶液，然后分别加入一定量的 内标溶液，制备成标准工作溶液； (3) 样品溶液的制备:收集好卷烟烟气中的目标物，准确加入一定量的内标溶液W及一 定体积的萃取溶液，振荡提取，萃取液过娃藻上进行反萃取，然后对淋洗液进行浓缩，得样 品溶液； (4) 气相色谱-串联质谱仪分析：用气相色谱-串联质谱仪对标准工作溶液和样品溶液 进行检测分析； (5) 标准工作曲线的绘制及样品结果的计算。2. 根据权利要求1所述的量化分析卷烟主流烟气中主要化嗦类香味物质的方法，其特 征在于，步骤(1)内标溶液的制备包括： (la)内标储备液:准确称取0.2g正十屯碳烧，精确至0 . Img，于lOOmL的容量瓶中，用乙 醇溶解并定容至刻度； (化）内标溶液:准确移取0.1 mL内标储备液，于lOOmL的容量瓶中，用乙醇稀释并定容至 刻度。3. 根据权利要求1所述的量化分析卷烟主流烟气中主要化嗦类香味物质的方法，其特 征在于，步骤(2)标准工作溶液的制备包括： (2a)-级标准储备液:准确称取0.2g 2-甲基化嗦、0.15g 2,5-二甲基化嗦、O.lg 2,6- 二甲基化嗦、0.05g 2-甲氧基化嗦、O.lg 2,3,5-Ξ甲基化嗦、O.lg 2-乙基-3-甲基化嗦、 0.05g 2，3，5，6-四甲基化嗦和0.05g 2-乙酷基化嗦，精确至0.1 mg，于100血的容量瓶中，用 乙醇溶解并定容至刻度； (2b)二级标准储备液:准确移取ImL-级标准储备液，于lOOmL的容量瓶中，用乙醇稀释 并定容至刻度； (2c)标准工作溶液：分别准确移取二级标准储备液50化、100化、300化、600化、ImL和 3mL，至lOmL的容量瓶中，再分别准确加入ImL内标溶液，用乙醇稀释并定容至刻度，得系列 标准工作溶液。4. 根据权利要求1所述的量化分析卷烟主流烟气中主要化嗦类香味物质的方法，其特 征在于，步骤(3)样品溶液的制备包括： (3a)卷烟抽吸:按照GB/T19609标准的要求抽吸20支卷烟，其中用剑桥滤片捕集卷烟主 流烟气中的粒相物； (3b)粒相物萃取：将捕集卷烟主流烟气粒相物的剑桥滤片转移至250mL面包瓶中，用 40mL浓度为lOmmol/L的盐酸水溶液进行振荡萃取，萃取时间为40min，得到萃取液； (3c)萃取液反萃取:预先对填料20g的娃藻小柱进行活化，即移入50mL二氯甲烧 进行淋洗活化，尽量抽干，待SPE小柱准备好后，移取lOmL上述萃取液进入SI^小柱，用一浓 缩瓶接收淋洗液;然后再用60mL二氯甲烧多次对小柱进行淋洗，依靠二氯甲烧密度比水大 的特征，自行滴下，收集所有留下来的液体，视为淋洗液； (3d)淋洗液浓缩:在50°C、常压条件下，对淋洗液浓缩到ImL，得到样品进样溶液。5. 根据权利要求1所述的量化分析卷烟主流烟气中主要化嗦类香味物质的方法，其特 征在于，步骤(4)GC-MS/MS分析的仪器分析条件为:采用规格为30m X 0.25mm X 0.25皿的HP- I順0WAX毛细管色谱柱;载气为氮气，恒流速度为1. OmL/min;进样方式:进样量为化L，分流 进样，分流比为10:1;进样口溫度为240°C ;传输线溫度为260°C ;升溫程序为初始溫度为50 °C，W5°C/min的速率升高至240°C，保持5min;其质谱分析条件为：电离方式为EI源，正离子 模式;离子源溫度:230°C ;四极杆溫度:均为150°C ;碰撞气:氮气，流速1.5血/min，载气氮气 流速为2.25mL/min;多反应监测MRM模式，详细参数列于下表： 目标物的MRM参数情况6. 根据权利要求1所述的量化分析卷烟主流烟气中主要化嗦类香味物质的方法，其特 征在于，步骤(5)标准曲线绘制及结果计算如下：W标准工作溶液中目标物与内标的浓度之 比为横坐标，W色谱图中目标物与内标的峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析，得到标 准工作曲线;将相同条件下测得的样品溶液中目标物与内标的色谱峰面积比，代入标准工 作曲线，根据下列公式求得卷烟样品中目标物的含量：式中： W一一卷烟主流烟气中8种主要化嗦类香味物质的含量，单位为yg/支； A--8种主要化嗦类香味物质的峰面积； As一一对应内标的峰面积； b 标准工作曲线的截距； Ms--添加内标的质量，单位为yg; a一一标准工作曲线的斜率； Μ--烟支的数量，单位为支。
【文档编号】G01N30/88GK105842374SQ201610046409
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年1月22日
【发明人】廖惠云, 庄亚东, 李朝建, 熊晓敏, 石怀彬, 王珂清, 曹毅, 张媛, 韩开冬, 张华
【申请人】江苏中烟工业有限责任公司