重铬酸钾氧化-连续流动法测定烟草中纤维素含量

孔兰芬，侯 英，潘纯祥，李赛群，郑 杰，陶自伟

(云南同创检测技术股份有限公司，云南 昆明 650106)

纤维素是烟草中细胞壁物质的主要组成成分，其含量高低直接影响烟叶的品质，低等级烟叶因纤维素含量较高，其烟气会产生强烈的刺激性、呛咳、涩口、枯焦气[1]，因此，测定烟草中的纤维素，对评价烟叶品质具有重要意义。

纤维素测定方法主要有重量法、水解法[2]、酶解法[3]、重铬酸钾氧化法[4-11]，重量法又分为粗纤维法[12-14]、综纤维法[15]、硝酸-乙醇法[16]、洗涤剂法[17-20]。烟草中纤维素测定方法有酶解法[3]和重量法[17-21]。在当前检测方法中，重量法存在操作繁琐、过滤困难、周期长、操作人员主观影响大等缺点；水解法存在水解条件不易控制、水解不充分等缺点；酶解法存在酶解条件不易控制、酶解不充分、周期长、酶抑制剂干扰等缺点；重铬酸钾氧化法存在滴定终点不易判断、测定结果因操作人员不同而存在差异等问题。

因此，根据纤维素在硫酸存在下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水，过量的重铬酸钾在酸性条件下，与1,5-二苯基碳酰二肼反应生成紫红色络合物，用连续流动分析仪在波长为540 nm处测定[22-23]。

1 材料与方法

1.1 材料

醋酸、硝酸、硫酸、磷酸、重铬酸钾、异丙醇(AR，四川西陇化工有限公司)；1,5-二苯基碳酰二肼(AR，国药集团化学试剂有限公司)；纤维素(美国Sigma-Aldrich公司)。

1,5-二苯基碳酰二肼(DPC)显色剂：称取0.4 g 1,5-二苯基碳酰二肼，精确至0.001 g，溶解于200 mL异丙醇中，加入适量水，然后在不断搅拌下再加入60 mL硫酸和20 mL磷酸，用水稀释至1000 mL。此溶液应保存于棕色容量瓶中，在(0～4)℃条件下避光保存期为7 d。

电热恒温水浴锅(北京市永光明医疗仪器有限公司)；SHB-III循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限公司)；AA3流动分析仪(德国布朗卢比公司)；MS204S电子天平(d=0.1 mg，瑞士梅特勒公司)；杯式过滤装置(配5 μm孔径过滤膜)。

1.2 方法

1.2.1 样品处理 将烟草样品粉碎后，过40目筛，称取烟草样品0.2 g(准确至0.0001 g)于100 mL三角瓶中，加入10 mL醋酸-硝酸混合液(80%醋酸∶硝酸=9.5∶0.5)，置于沸水浴中30 min，取出后将试样液用5 μm微孔过滤膜抽滤，并用热水洗涤三角瓶和残渣，取下滤膜将残渣用30 mL热水转移至250 mL三角瓶中。

加入10 mL 20 g/L重铬酸钾溶液和20 mL硫酸，摇匀，置电炉上加热至沸腾，并保持20 min，取下冷却后转移至100 mL容量瓶中定容，移取5 mL试样液至100 mL容量瓶中稀释定容，待测。

1.2.2 空白 取10 mL 20 g/L重铬酸钾溶液和20 mL硫酸加入250 mL三角瓶，摇匀，置电炉上加热至沸腾，并保持20 min，取下冷却后转移至100 mL容量瓶中定容，移取5 mL试样液至100 mL容量瓶中稀释定容。

1.2.3 标准溶液的配制 称取(120±2)℃恒量的重铬酸钾0.1000 g，用水溶解并定容至100 mL容量瓶中，分别移取10、8、6、4、2 mL重铬酸钾标准液于100 mL容量瓶中，各加1 mL硫酸，用水定容至刻度，依次得到100、80、60、4、20 mg/L的系列标准溶液，至于4 ℃冰箱中保存。

1.2.4 测定 上机运行系列标准溶液和样品溶液，分析流程图如图1所示。

图1 连续流动分析仪测定管路图

1.2.5 结果计算 烟草中纤维素含量按公式(1)计算得出：

(1)

式中：m为试样的重量(g)；C0为空白重铬酸钾的浓度(mg/L)；C为试样中重铬酸钾的浓度(mg/L)；0.1125为1 mL重铬酸钾溶液(20 g/L)相当于0.1125 mg的纤维素；W为试样水分含量(%)。

2 结果与分析

2.1 醋酸-硝酸混合酸比例及使用量确定

纤维素在硫酸存在下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水，但样品中的半纤维素、木质素等物质会存在干扰。醋酸可以有选择的除去木质素，硝酸作为一种催化剂和氧化剂，在与纤维的反应中仅限于半纤维素和木质素[24]，因此采用醋酸-硝酸混合液进行样品酸洗脱杂。采用正交试验进行醋酸-硝酸混合液比例的确定，以3因素3水平的正交表L9(33)，因素A为醋酸浓度，B为醋酸-硝酸比例，C为混合酸体积，每个因素有3个水平，具体见表1。

通过正交计算，其混合酸的最佳配比是A2B1C1，即醋酸浓度为80%，醋酸∶硝酸=9.5∶0.5，混合酸用量为10 mL(表2)。

表2 L9(33)正交试验设计表及试验结果

2.2 沸水浴时间对纤维素含量测定的影响

称取同一试样，分别加入醋酸-硝酸混合液10 mL后沸水浴10、20、30、40 min，取出后将试样液转移抽滤，按1.2.2的方法进行处理后测定。由图2可知，随着沸水浴时间的增加，纤维素含量随之减少，当用量达到30 min后，纤维素含量趋于平稳，说明沸水浴30 min可除去半纤维素、木质素等干扰，因此确定沸水浴时间为30 min。

图2 沸水浴时间对纤维素含量测定的影响

2.3 酸洗验证试验

称取同一试样，分别加入80%醋酸-硝酸混合液10 mL后沸水浴30 min，取出后将试样液转移抽滤至G2玻璃坩埚中，按标准YC/T 347─2010[18]测定半纤维素、木质素含量,并与按本试验方法所得结果作对照。从表3可看出，试样残渣中半纤维素、木质素的含量均小于0.20%，表明本试验方法能有效除去半纤维素、木质素等干扰。

表3 试样酸洗后残渣杂质含量

2.4 硫酸用量对纤维素含量测定的影响

称取同一试样，分别按1.2.1方法进行酸洗处理后，加入10 mL20 g/L重铬酸钾溶液，再分别加入10、15、20、25、30 mL硫酸，摇匀，置电炉上加热至沸腾，并保持20 min，取下冷却后转移至100 mL容量瓶中定容，移取5 mL试样液至100 mL容量瓶中稀释定容并测定。从图3可看出，硫酸加入量从10 mL起，随着硫酸用量的增加，纤维素含量随之增加，当用量达到20 mL后，纤维素含量趋于平稳，说明加入20 mL硫酸可以使纤维素被氧化完全，因此确定硫酸用量为20 mL。

2.5 煮沸时间对纤维素含量测定的影响

称取同一试样，分别按1.2.1方法进行酸洗处理后，加入10 mL 20 g/L重铬酸钾溶液和20 mL硫酸，摇匀，置电炉上加热至沸腾，并分别保持5、10、20、30 min，取下冷却后转移至100 mL容量瓶中定容，移取5 mL试样液至100 mL容量瓶中稀释定容测定纤维素含量。由图4可知，随着煮沸时间的增加，纤维素含量随之增加，当煮沸时间超过20 min后，纤维素含量趋于平稳，说明煮沸20 min即可将试样中的纤维素氧化完全，因此确定煮沸时间为20 min。

图3 硫酸用量对纤维素含量测定的影响

图4 煮沸时间对重铬酸钾氧化纤维素的影响

2.6 工作曲线

采用连续流动分析仪对标准溶液进行测定，以重铬酸钾的仪器响应值及对应浓度进行回归分析，得重铬酸钾线性回归方程为y=415.96x+4319.40，相关系数r=0.9998(图5)。

图5 重铬酸钾标准工作曲线

2.7 方法的精密度

取同一烟草试样，平行测定6次，连续测定3 d。从表4可得出，方法的日内RSD为0.69%～1.61%，日间RSD为1.24%，表明本方法的精密度较高。

表4 方法精密度试验

2.8 方法加标回收率

分别准确称取烟草试样0.2 g于100 mL三角瓶中，各3份，在3份样品中分别加入一定量的纤维素对照品，按1.2.1样品处理方法进行处理。同时，取10 mL 20 g/L重铬酸钾溶液和20 mL硫酸加入250 mL三角瓶做空白试样，各2份，在2份空白试样中分别加入一定量的纤维素对照品，按1.2.2空白处理方法进行处理。最后对烟草试样及空白试样按1.2.5方法进行分析测定，结果从表5可得出，方法的回收率为97.70%～99.49%，表明方法的准确度较高。

表5 回收率试验结果

2.9 试样测定

按本法对烤烟、再造烟叶、烟梗试样进行纤维素含量的测定，测定结果与以按标准YC/T 347─2010[18]测定所得结果相比较。从表6中的测定结果可知，本法与标准方法测定结果差值为0.10 %～1.53%，且本法对不同试样的测定表现出良好的精密度，RSD值为1.11%～1.42%，符合检测要求。

表6 烟草及烟草制品中纤维素含量测定 %

3 结论

本文依据纤维素在硫酸作用下被重铬酸钾氧化成二氧化碳和水，过量的重铬酸钾用连续流动分析仪测定，确定了采用10 mL 80%醋酸-硝酸混合液(80%醋酸∶硝酸=9.5∶0.5)对试样进行酸洗30 min，氧化条件为加入10 mL 20 g/L重铬酸钾溶液和20 mL硫酸煮沸20 min。方法回收率为97.70%～99.49%，日内RSD为0.69%～1.61%，日间RSD为1.24%。因此，本法操作简单、周期短、稳定性好、准确性高，可以用于烟草中纤维素含量的测定。

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