CN106353419B

CN106353419B - 一种卷烟主流烟气中香味成分的测定方法

Info

Publication number: CN106353419B
Application number: CN201610673581.4A
Authority: CN
Inventors: 李翔宇; 陈小静; 罗彦波; 庞永强; 朱风鹏; 张洪非; 姜兴益; 刘洋; 李雪
Original assignee: National Tobacco Quality Supervision and Inspection Center
Current assignee: National Tobacco Quality Supervision and Inspection Center
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2021-01-22
Anticipated expiration: 2036-08-16
Also published as: CN106353419A

Abstract

本发明公开了一种卷烟主流烟气中香味成分的测定方法，包括下列步骤：1)将捕集有卷烟主流烟气总粒相物的滤片置于提取液中提取，后过滤得滤液，即为样品溶液；所述提取液为丙酮、二氯甲烷、环己烷中的任意一种；2)将步骤1)所得样品溶液用全二维气相色谱‑质谱联用仪进行分析；3)采用GC Image软件对烟气成分进行定性和半定量分析。该测定方法可直接采用吸烟机标准方法采集少量烟支制备样品溶液，不需要复杂的样品前处理过程，具有分析快速高效、干扰较少、分辨率高、峰容量大、鉴定准确等优点；操作简单，能鉴定出多种香味成分，又避免了传统色谱中峰容量有限、分辨率不足、峰重叠严重等问题，提高了质谱定性的可靠性。

Description

一种卷烟主流烟气中香味成分的测定方法

技术领域

本发明属于化学检测技术领域，具体涉及一种卷烟主流烟气中香味成分的测定方法。

背景技术

卷烟主流烟气的成分尤其是香味成分是烟草本身与烟草添加剂(例如香精香料)共同产生的，其对卷烟的吸味、吸食卷烟的愉快程度和满足感具有重要的影响，同时也是评价卷烟感官质量的关键指标。因此，分析卷烟主流烟气中的香味成分可以最直接地了解卷烟品质，进而为卷烟生产过程中的烟叶选取和加香添料提供信息支持与技术指导。

大多数香味物质的含量极低，要把香气成分分离出来，就要通过多种多级分离技术和方法。常用的从烟草中分离香气成分的方法有水蒸气蒸馏、溶剂萃取、顶空分离、同时蒸馏萃取、顶空共蒸馏等，但这些方法操作复杂，提取时间长。气相色谱-质谱(GC-MS)等技术的出现使得对复杂香气成分的分析鉴定更加方便、快速，甚至在没有分离提纯的情况下也可鉴定。气相色谱-质谱技术在烟草化学的研究过程中发挥了重要的作用，目前国内外有大量的文献报道将其用于卷烟主流烟气、烟草、卷烟烟丝中香味成分的测定。但是，其中的一维气相色谱技术，往往出现色谱峰有限、峰容量分辨率不足等问题。

近来，有研究者将全二维气相色谱-质谱技术(GC×GC-MS)引入香味分析中，GC×GC技术是把分离机理不同而又相互独立的两根色谱柱通过调制器以串联方式连接成二维气相色谱柱***，具有分辨率更高、峰容量大、灵敏度好、分析速度快等优点。然而，目前全二维在烟草香味物质鉴定多集中于烟叶萃取、烟草精油、烟用香精等，早期由于全二维技术的限制，针对烟气中香味物质的鉴定则大多采集成千上万支卷烟进行鉴定。现有技术的样品前处理过程往往程序复杂且时间长，而香味物质大多是挥发性、半挥发性物质，在长时间采样过程中很容易挥发，相对峰面积百分比变小后，很有可能被别的不易挥发的物质峰覆盖，测定难度大且现有测定的准确性不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种卷烟主流烟气中香味成分的测定方法，不需要复杂的样品前处理过程，操作简单、分辨率高、峰容量大且检测准确性高。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种卷烟主流烟气中香味成分的测定方法，包括下列步骤：

1)将捕集有卷烟主流烟气总粒相物的滤片置于提取液中提取，后过滤得滤液，即为样品溶液；所述提取液为丙酮、二氯甲烷、环己烷中的任意一种；

2)将步骤1)所得样品溶液用全二维气相色谱-质谱联用仪进行分析；其中，全二维气相色谱采用双喷液氮冷阱调制解调器；

3)采用GC Image软件对烟气成分进行定性和半定量分析。

步骤1)中，在制备样品溶液时，卷烟按照《GB/T 19609-2004卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油(ISO 4387︰2000，MOD)》规定的条件抽吸，用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气粒相物。

步骤1)中，所述提取为超声提取或振荡提取。优选的，所述提取为超声提取；超声提取的功率为280～700W。所述提取液为丙酮。

所述提取时间为5～60min。优选的，提取时间为30min。

步骤1)中，每4～5支卷烟对应使用提取液的体积为10～50ml。优选的，每4支卷烟对应使用提取液的体积为40ml。

步骤2)中，所述全二维气相色谱-质谱联用仪的分析条件为：分离用色谱柱由两根色谱柱以串联方式连接而成，其中第一根色谱柱选自DB-1ms、DB-5ms、DB-17ms、DB-35ms、InertCap Pure Wax，第二根色谱柱选自BPX-1、BPX-20、BPX-50；色谱柱升温程序为：初始温度40℃，保持1.5min，再以5℃/min升至300℃并保持15min，运行时间为68.5min；采用不分流进样方式；以高纯He为载气，载气线速度为1.0mL/min；进样口温度为280℃；接口温度和离子源温度分别为300℃和200℃；质谱电离源为EI源；电离电压为70ev；溶剂延迟时间为5min；质谱采集模式为全扫描，选取的m/z范围是50～500；调制时间为4～12s。优选的，所述调制时间为6s。

所述第一根色谱柱的规格为30m×0.25mm×0.25μm，第二根色谱柱的规格为5m×0.1mm×0.1μm。

优选的，第一根色谱柱为DB-5ms(30m×0.25mm×0.25μm)，第二根色谱柱为BPX-50(5m×0.1mm×0.1μm)。

质谱的质量分析器为四级杆质量分析器。

步骤3)中，采用谱图灰度模糊比例的方法对烟气成分进行定性和半定量分析。

灰度处理方法即为两张分析谱图像素对像素相减，相减所得谱图以灰度图线性绘制，从黑色到白色(0-225)，深色的点(0-127)是负值，灰色(128)为无差异，亮色的点(128-255)是正值。灰度模糊比例方法即为存在模糊处理的比值，仅当两张谱图相减时的差值高出模糊比值的范围则显示为差异，否则即为无差异。

本发明的卷烟主流烟气中香味成分的测定方法，是将捕集有卷烟主流烟气总粒相物的滤片用提取液进行提取，将提取液过滤后，直接用全二维气相色谱-质谱仪检测，并采用GC Image软件对烟气成分进行定性和半定量分析；该方法采用双阶段双喷口的液氮调制解调器，可直接采用吸烟机标准方法采集少量烟支制备样品溶液，不需要复杂的样品前处理过程，使用烟支数量较少，具有分析快速高效、干扰较少、分辨率高、峰容量大、鉴定准确等优点；操作简单，能鉴定出多种香味成分，且二维色谱技术又避免了传统色谱中峰容量有限、分辨率不足、峰重叠严重等问题，提高了质谱定性的可靠性。

本发明的卷烟主流烟气中香味成分的测定方法中，对主流烟气粒相物的提取参数(提取液极性大小、提取液体积、提取时间和提取方式)及后续GC×GC-MS分析条件(两根色谱柱选择、调制时间等)进行了优化。本发明的方法与常规分析方法比较，优势在于：

①保证了最大限度地提取烟气成分并进行分析，且不需要复杂的样品前处理过程；

②GC×GC提供了一个真正的正交分离***，峰容量为组成它的两根色谱柱各自峰容量的乘积，适合于卷烟主流烟气香味成分这样复杂和全未知化合物的分离分析，具有分辨率更高、峰容量大的优点；

③质谱质量分析器为四极杆质量分析器，相比于常规的飞行时间质量分析器，具有定量能力强的优势；

④采用谱图灰度模糊比例的方法对比分析卷烟的特征差异性成分，能为产品的开发、产品的维护等提供重要的基础数据。

附图说明

图1为Compare Images工具的操作界面图；

图2为A卷烟样品主流烟气二维轮廓图；

图3为B卷烟样品主流烟气二维轮廓图；

图4为A和B样品轮廓图采用灰度模糊比例方法比较的结果图；

图5为C卷烟样品主流烟气二维轮廓图；

图6为D卷烟样品主流烟气二维轮廓图；

图7为C和D样品轮廓图采用灰度模糊比例方法比较的结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的卷烟主流烟气中香味成分的测定方法，包括以下步骤：

1)样品溶液的制备：按照《GB/T 19609-2004卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油(ISO 4387︰2000，MOD)》规定的条件抽吸4支卷烟，用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气粒相物；

将捕集有主流烟气总粒相物的滤片置于容器中，加入40ml丙酮超声提取30min后过滤，所得滤液即为样品溶液；其中，超声提取的功率为500W；

2)将步骤1)所得样品溶液用全二维气相色谱-质谱联用仪分析；其中，全二维气相色谱采用双喷液氮冷阱调制解调器，质谱的质量分析器为四级杆质量分析器；

分析条件为：分离用色谱柱由两根色谱柱以串联方式连接而成，其中第一根色谱柱为DB-5ms(30m×0.25mm×0.25μm)，第二根色谱柱为BPX-50(5m×0.1mm×0.1μm)；色谱柱升温程序为：初始温度40℃，保持1.5min，再以5℃/min升至300℃并保持15min，运行时间为68.5min；采用不分流进样方式；以高纯He为载气，载气线速度为1.0mL/min；进样口温度为280℃；接口温度和离子源温度分别为300℃和200℃；质谱电离源为EI源；电离电压为70ev；溶剂延迟时间为5min；质谱采集模式为全扫描，选取的m/z范围是50-500；调制时间为6s；

3)采用GC Image软件完成烟气成分的定性和半定量分析。

GC Image软件中的Compare Images工具可以进行两个GC×GC色谱图的比较：当前选择分析的数据集成为分析谱图，与之比较的另一图像称为参考谱图。在比较之前，每个谱图单独处理以正确采集数据(如背景去除)，并检测、识别和量化化学峰。

从菜单栏中选择View->Compare Images或单击Compare Images按钮，启动谱图比较。Compare Images工具可以对整个谱图(图像模式)或选择的矩形图块(图块模式)进行处理。该Compare Images工具是以当前谱图为分析谱图开始的。

接着，选择要与上述分析谱图比较的参考谱图，操作界面如图1所示。参考谱图加载后，自动进行如下两个数据处理步骤，以去除与当前分析谱图的差异：

①注册执行参考谱图的变换，以使参考谱图中已确定峰的保留时间更好的匹配分析谱图中相应峰的保留时间。

②将参考谱图中定量标准的响应与分析谱图中相应的标准的响应进行尺度归一化。

然后从Compare Images工具的下拉菜单中选择视觉比较方法-灰度模糊比例(Grayscale Fuzzy Ratio)。

实验例1

采用实施例1所述方法得到的A和B两种卷烟样品主流烟气二维轮廓图分别如图2和图3所示，其中，横坐标为第一维保留时间，纵坐标为第二维保留时间。在两种样品中共检测到近千种化合物，包括烃类化合物(烷烃、烯烃和炔烃、脂环族、单环芳烃和多环芳烃)、含氧化合物(单醇类、植物甾醇及衍生物、醛类、酮类、羧酸类、酯类和内酯类)和含氮化合物(腈类、胺类、酰胺类、酰亚胺类、N-亚硝胺类、硝基烷类、芳香基类和硝基酚类、氮杂环化合物、内酰胺类、氮杂芳烃及其衍生物和N-杂环胺)等。

将两种化合物的轮廓图进行灰度模糊比例的方法比较，得到的结果如图4所示。通过与美国国家标准技术研究所(NIST)标准谱库检索，发现点1对应的成分为丙三醇(CAS号56-81-5)，其匹配度为91.8％；丙三醇虽然不是致香成分，但是其是一种保润剂，对卷烟的感官品质具有重大影响。点2对应的化合物为正戊酸(CAS号为109-52-4)或2-甲基丙酸(74381-40-1)，2-甲基丙酸或戊酸是酸性香味成分，在提高香气质、增加香气量和提高烟气劲头方面有显著作用，在提高透发性、增加烟气浓度和改善余味方面有作用。点3对应的化合物为5-羟甲基糠醛(CAS号67-47-0)，其匹配度为88.1％，文献报道5-羟甲基糠醛在烟气中具有发酵，发霉，类似***的味道。点4对应的成分为异薄荷醇(CAS号为490-99-3)或二氢松油醇(CAS号为21129-27-1)，薄荷醇具有薄荷香气可用作牙膏、香水、饮料和糖果等的赋香剂。点5对应的化合物为1,6-脱水-α-D-呋喃半乳糖或1,6-脱水-β-D-呋喃葡萄(CAS号为7425-74-3)，文献报道其对卷烟烟气具有烤甜香的贡献。点6对应的化合物为可替宁(CAS号为486-56-6)，其匹配度为84.7％，理论上可替宁是烟碱在人体血液中的代谢产物，但是在主流烟气中被检测到，其原因值得探讨。点7对应的成分为丙二醇(CAS号为57-55-6)，与丙三醇一样，丙二醇虽然不是致香成分，但是其是一种保润剂，对卷烟的感官品质具有重大影响。其余各点均为二者在含量上的差异，没有某种成分是比较对象特有的。以上结果说明，两种卷烟样品主流烟气的差异主要体现在，后者烟气中的酸性香味成分和保润剂会对卷烟吸味和品质产生一定的影响，而前者烟气中存在的5-羟甲基糠醛和糖类化合物，则会对其烟气产生烤甜香的影响，这可能是两种卷烟在配方和香精香料使用方面的差异引起的。

实验例2

采用实施例1所述方法得到的C和D两种卷烟样品主流烟气二维轮廓图分别如图5和图6所示，其中，横坐标为第一维保留时间，纵坐标为第二维保留时间。在两种样品中共检测到近千种化合物，包括烃类化合物(烷烃、烯烃和炔烃、脂环族、单环芳烃和多环芳烃)、含氧化合物(单醇类、植物甾醇及衍生物、醛类、酮类、羧酸类、酯类和内酯类)和含氮化合物(腈类、胺类、酰胺类、酰亚胺类、N-亚硝胺类、硝基烷类、芳香基类和硝基酚类、氮杂环化合物、内酰胺类、氮杂芳烃及其衍生物和N-杂环胺)等。

将两种化合物的轮廓图进行灰度模糊比例的方法比较，得到的结果如图7所示，通过与美国国家标准技术研究所(NIST)标准谱库检索，发现点1对应的化合物为乙酸，其会对烟气产生辛辣刺激的影响，这也许是卷烟消费者在抽吸该卷烟时觉得呛人难抽的原因之一。点2对应的化合物为丙三醇(CAS号56-81-5)，其匹配度为89.6％；丙三醇虽然不是致香成分，但是其是一种保润剂，对卷烟的感官品质具有重大影响。点3对应的化合物为3-甲基戊酸(CAS号为105-43-1)3-甲基戊酸是酸性香味成分，在提高香气质、增加香气量和提高烟气劲头方面有显著作用，在提高透发性、增加烟气浓度和改善余味方面有作用。点4对应的化合物为磷酸三乙酯(CAS号为78-40-0)，其匹配度为72.9％，其主要用作塑化剂。点5对应的化合物为1,6-脱水-α-D-呋喃半乳糖，其对卷烟烟气具有烤甜香的贡献。点6对应的化合物为可替宁(CAS号为486-56-6)，其匹配度为92.5％，理论上可替宁是烟碱在人体血液中的代谢产物，但是在主流烟气中被检测到，其原因值得探讨。其余各点均为二者在含量上的差异，没有某种成分是比较对象特有的。以上结果说明，两种卷烟样品主流烟气的差异主要体现在，后者烟气中的酸性香味成分和保润剂会对卷烟吸味和品质产生一定的影响，而前者烟气中存在的5-羟甲基糠醛和糖类化合物，则会对其烟气产生烤甜香的影响，这可能是两种卷烟在配方和香精香料使用方面的差异引起的。

Claims

1.一种卷烟主流烟气成分的对比分析方法，其特征在于：包括下列步骤：

3)采用GC Image软件对烟气成分进行定性和半定量分析；

步骤2)中，所述全二维气相色谱-质谱联用仪的分析条件为：分离用色谱柱由两根色谱柱以串联方式连接而成，其中第一根色谱柱选自DB-5ms，第二根色谱柱选自BPX-50；色谱柱升温程序为：初始温度40℃，保持1.5min，再以5℃/min升至300℃并保持15min，运行时间为68.5min；采用不分流进样方式；以高纯He为载气，载气线速度为1.0mL/min；进样口温度为280℃；接口温度和离子源温度分别为300℃和200℃；质谱电离源为EI源；电离电压为70ev；溶剂延迟时间为5min；质谱采集模式为全扫描，选取的m/z范围是50～500；调制时间为4～12s；

步骤3)中，采用谱图灰度模糊比例的方法对烟气成分进行定性和半定量分析；

灰度处理方法即为两张分析谱图像素对像素相减，相减所得谱图以灰度图线性绘制，从黑色到白色，深色的点是负值，灰色为无差异，亮色的点是正值；灰度模糊比例方法即为存在模糊处理的比值，仅当两张谱图相减时的差值高出模糊比值的范围则显示为差异，否则即为无差异；所述从黑色到白色的灰度值为0-255，所述深色的点的灰度值为0-127，所述灰色的灰度值为128，所述亮色的点的灰度值为128-255；

采用谱图灰度模糊比例的方法对比分析卷烟的特征差异性成分。

2.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气成分的对比分析方法，其特征在于：步骤1)中，所述提取为超声提取或振荡提取。

3.根据权利要求1或2所述的卷烟主流烟气成分的对比分析方法，其特征在于：所述提取时间为5～60min。

4.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气成分的对比分析方法，其特征在于：步骤1)中，每4～5支卷烟对应使用提取液的体积为10～50ml。

5.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气成分的对比分析方法，其特征在于：所述第一根色谱柱的规格为30m×0.25mm×0.25μm，第二根色谱柱的规格为5m×0.1mm×0.1μm。

6.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气成分的对比分析方法，其特征在于：质谱的质量分析器为四级杆质量分析器。