气相色谱法检测再造烟叶浓缩液浓度

张玉娟，袁广翔，俞京，徐如彦，袁益来，张合川，王栋

1 江苏鑫源烟草薄片有限公司，江苏省淮安市浦发大道66号 223002；2 江苏中烟工业有限责任公司技术研发中心，江苏省南京市梦都大街28号 210012

再造烟叶浓缩液由烟草原料提取液浓缩制得，是烟草香味物质的最主要载体，浓缩液浓度即浓缩液总固形物含量直接影响了产品的涂布率，而涂布率又决定了产品的化学成分、物理指标、烟气指标以及抽吸品质，因此浓缩液的浓度的准确测定是稳定控制涂布过程从而保证产品质量的重要前提。

造纸法再造烟叶浓缩液中包含可溶性固形物和不溶性固形物。目前，造纸法再造烟叶浓缩液浓度测定方法主要有检测其固形物浓度的烘箱法，以及检测其可溶性固形物浓度的密度法和波美度法。再造烟叶中糖和挥发性成分含量较高，烘箱法高温烘干会使其有效成分散失，从而导致测定结果偏低[1]。而密度法、波美度法和折射法[2]等方法虽然快速、便捷，但其浓度对照密度的值仍需要用烘箱法测定和校准。水溶液的浓度还可以采用蒸馏法、卡尔费休法以及气相色谱法检测。其中蒸馏法中，由于乳化现象、水分挥发不完全、冷凝管壁上有水分附着等原因，检测结果偏差较大[3]，卡尔费休法需要较复杂的装置和试剂，操作繁琐[4]。而气相色谱法操作简单，分离测定准确率高[5-7]。但目前有关气相色谱法测定造纸法再造烟叶浓缩液浓度的研究尚未见报道。

针对上述情况，本文建立了测定造纸法再造烟叶浓缩液浓度的气相色谱法。将造纸法再造烟叶浓缩液样品用含内标物的溶液萃取后，用配有热导检测器（TCD）的气相色谱仪进行样品的水分测定，再由水分计算出样品的浓度，即包含了可溶性固形物和不溶性固形物的总固形物含量。该方法能及时准确的反映浓缩液的质量，同时也能为密度法、波美度法、折光法等快速、间接的浓度测定方法提供校准，从而为造纸法再造烟叶质量稳定以及品质提升提供保障。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

造纸法再造烟叶浓缩液（造纸法再造烟叶生产中取得）。甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇（AR，国药集团化学试剂有限公司）。Agilent 6890气相色谱仪（美国Agilent公司）；FD115烘箱（德国Binder公司）；ML204电子天平（感量：0.0001 g，瑞士Metteler Toledo公司）；HY-8调速震荡器（常州国华电器有限公司）。

1.2 样品前处理

准确移取一定量浓缩液样品（取之前需摇晃均匀），精确至0.1 mg，放入干燥后的萃取容器中。准确移取100 mL萃取剂（萃取剂中内标物浓度为2.0 mL/L）至萃取容器中，立刻上盖密封，在震荡器上震荡萃取一定时间后用一次性注射器移取约5 mL萃取液，在一次性注射器上装上孔径0.45 μm的滤膜滤头，先放出部分萃取液易冲洗滤膜，然后将后续过滤的萃取液转移至色谱进样瓶中，上盖密封，以做GC分析用。

1.3 仪器条件

Agilent 6890气相色谱仪配备热导检测器（TCD）检测器，色谱柱为毛细管柱PoraPLOT/Q（30 m×0.53 mm，20 μm）；程序升温，初温60℃（保持0 min），以5℃/min升温速率升至130 ℃，保持0 min，以10 ℃/min升温速率升值170 ℃，保持5 min；进样口温度为150 ℃；TCD检测器温度250℃；载气为氦气，载气流速5 mL/min，恒流模式；进样体积为0.5 μL，不分流，不分流时间约1 min。

1.4 标准工作溶液

配置含内标物2.0 ml/L的萃取剂，加入一定量水于萃取剂中，混合均匀，制备标准系列工作溶液，本方法按下列浓度范围制定标准工作曲线：水分含量0 mg/mL、2.5 mg/mL、5.0 mg/mL、10.0 mg/mL、15.0 mg/mL、20.0 mg/mL和30.0 mg/mL。

1.5 定量结果的计算及表述

造纸法再造烟叶浓缩液样品水分含量按式（1）计算得出：

式中：

W——样品水分含量，单位为%；

S——试样水分含量，单位为mg/mL；

S0——空白水分含量，单位为mg/mL；

V——使用萃取剂的体积，单位为mL；

m——样品质量，单位为mg。

造纸法再造烟叶浓缩液样品浓度按式（2）计算得出：

式中：

C——样品浓度，单位为%。

以两次平行测试浓缩液样品浓度的平均值作为最终测定结果，结果精确到0.01%，平行测定结果的相对平均偏差小于2%。

2 结果与讨论

2.1 内标的选择

选择内标物应考虑到与被分析物质的理化性质的相似性。标准方法以及文献[8-9]表明水分的测定多采用异丙醇为内标。本方法参考上述标准和文献，采用异丙醇为内标物对造纸法再造烟叶浓缩液中的水分进行定量测定。

采用含异丙醇为内标物的溶解对样品进行处理，经过气相色谱仪分析得到的色谱图如图1。如图所示，在检测时间内溶剂、水分和内标物的峰与峰之间分离彻底，因此适于进行定量分析。

图1 再造烟叶浓缩液水分检测的气相色谱图Fig.1 GC chromatograms of concentrates of reconstituted tobacco

2.2 萃取剂和萃取时间的比较

称取一定量造纸法再造烟叶浓缩液，在标准曲线的定量范围，分别用含内标物异丙醇的甲醇、乙醇、异正丙醇为萃取剂进行稀释。室温下震荡一定时间后，检测萃取剂种类对样品浓度测定结果的影响。检测结果如表1所示。

表1 不同萃取剂测得样品浓度的比较Tab.1 Comparison of measured values of sample concentration with different solvents

甲醇与水极性相近，所以从检测结果里可以看到甲醇可快速将浓缩液中的水分萃取。乙醇和正丙醇短时间内对水分的萃取效果不如甲醇，但在经过超过30 min的充分震荡之后，使用各溶剂后测得的样品浓度接近。因此本方法选用甲醇作为溶剂。

考虑到采用甲醇萃取，萃取时间超过10 min后测定结果趋于稳定，因此为了提高工作效率，萃取震荡时间确定为10 min。

2.3 称样量的确定

分别准确称取0.5 g，1 g，1.5 g，2 g，3 g再造烟叶浓缩液至于锥形瓶中，各加入100 mL含内标物异丙醇2.0mL/L的甲醇萃取剂，振荡10 min后取稀释液进行GC分析。样品浓度检测结果如表2。结果表明，几个称样量测得的结果基本一致，相对标准偏差为0.65%。

本方法在保证水分检测灵敏度的前提下，兼顾造纸法再造烟叶浓缩液中水分含量与标准工作曲线的线性范围，称样量确定为1 g。

表2 不同称样量的比较Tab.2 Comparison of measured values of sample concentration with different sampling weights

2.4 标准工作曲线

将标准系列工作溶液进行GC分析，记录水分和内标物峰面积。以标准溶液中水分和内标物峰面积比与水分含量之比进行线性回归分析，得到水分含量标准工作曲线及相关系数，如图2所示。

图2 水分含量测定的标准工作曲线Fig.2 Calibration curve of water content

结果表明，水分含量检测的标准工作曲线相关系数高于0.999，线性良好，适于做定量分析。

2.5 检测限和定量限的测定

将最小浓度的标准溶液（除空白样）进样10次，用标准工作曲线测出该标准溶液的水分，计算测定结果的标准偏差。检测结果如表3所示。

表3 最小浓度标准溶液的水分检测值Tab.3 Water content of standard solution with minimum concentration

根据上表的检测结果，分别以标准偏差的3倍和10倍[10]确定检测限和定量限结果表明，本方法水分检测限为0.0144%，定量限为0.048%，本方法检测限和定量限远低于造纸法再造烟叶浓缩液中的水分含量，因此适合于做定量分析。

2.6 精密度实验

2.6.1 重现性实验

对三种不同的浓缩液样品分别进行5个平行实验，计算测定浓缩液浓度的相对标准偏差，检测结果如表4所示。

表4 分析方法的重现性实验验证结果Tab.4 Verification results of repeat test by analysis method

结果表明，重复性实验测定结果的相对标准偏差在0.572%到0.681%之间，因此，该方法重复性较好，适合于造纸法再造烟叶浓缩液浓度的定量分析。

2.6.2 再现性实验

对三种不同的浓缩液样品分别在两个不同的实验室用不同的实验设备进两次平行实验，计算测定浓缩液浓度的相对标准偏差，检测结果如表5所示。

表5 分析方法的再现性实验验证结果Tab.5 Verification results of reproduction test by analysis method

结果表明，再现性实验测定结果的相对标准偏差在0.694%到1.227%之间，因此，该方法再现性较好，适合于造纸法再造烟叶浓缩液浓度的定量分析。

2.7 回收率的测定

取已知含量（烘箱法检测）的经甲醇稀释后的造纸法再造烟叶浓缩液样品，分别按照低、中、高三种水平加入一定量水分。加标后的样品经过检测分析后，计算加标回收率。结果如表6所示。

表6 分析方法的加标回收率Tab.6 Spiked recoveries of the analysis method

结果表明，加标回收率分别在100.3%～101.7%之间。因此，该方法适合于造纸法再造烟叶浓缩液中的水分以及浓度的定量分析。

2.8 与烘箱法的比较

取5组不同浓度的造纸法再造烟叶浓缩液样品分别采用烘箱法[1]以及本方法进行浓度测定，其结果如表7所示。

表7 本方法与烘箱法测定结果的比较Tab.7 Comparison of determination results between gas chromatographic method oven method

检测结果表明，两种方法精密度接近，烘箱法测定值低于气相色谱法2.23%～2.84%。这是由于烘箱法高温烘干过程中浓缩液中溶解的挥发性与半挥发性物质发生了散失。而气相色谱法检测结果更接近浓缩液的实际浓度。

将浓缩液用烘箱法进行烘干，样品恒重后记录并计算得到的溶液浓度。改变烘箱的烘干温度，得到不同的检测值。结果如表8所示。

表8 设定温度对烘箱法检测结果的影响Tab.8 Effect of temperature setting on test results of oven method

由上表数据可知，随着烘干温度的升高，涂布液中挥发性与半挥发性物质散失，表现为固含量逐渐下降。烘干温度较低的时候，检测出浓缩液浓度更接近气相色谱法检测结果，但同时烘干恒重时间会大大延长。实验表明，采用90 ℃烘干温度检测浓缩液浓度样品烘干至恒重就要超过8h。因此靠降低烘干温度来得到更准确的检测结果是不经济的。

3 结论

建立了测定造纸法再造烟叶浓缩液浓度的气相色谱法。采用含有内标物异丙醇的甲醇溶液对造纸法再造烟叶浓缩液振荡萃取10 min，然后通过GCTCD定量分析浓缩液中的水分含量，扣除其中水分计算得出浓缩液浓度。结果表明，测定浓度结果的相对标准偏差为0.572%～0.681%之间，加标回收率在100.3%～101.7之间。与烘箱法相比，本方法能消除浓缩液中易挥发组分高温下散失而对结果的影响，同时本方法精密度高，测定结果准确可靠。

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