GC-TCD 法同时检测加热不燃烧卷烟烟草材料中的水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇

肯生叶，温光和，杨雪燕，田飞宇，杨 屹，李 峰，饶国华，段 勤*

1.云南养瑞科技集团有限公司，昆明市经开区春漫大道80 号 650500

2.广东中烟工业有限责任公司技术中心，广州市荔湾区东沙环翠南路88 号 510385

加热不燃烧卷烟是利用特殊热源对烟草材料只加热不燃烧的一种烟草制品［1］，其有害成分的释放量较传统卷烟低［2-5］。1,2-丙二醇和丙三醇对加热不燃烧状态下烟草烟气的释放有促进作用［6-10］，因此常被用作加热不燃烧卷烟烟草材料的气溶胶生成剂［11］。卷烟含水率是卷烟的重要质量指标之一，其对卷烟的内在品质和贮存安全等均有影响［12］。烟碱含量是烟草制品的重要指标之一，其对烟草制品的满足感有显著影响［13］。准确测定加热不燃烧卷烟烟草材料中水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇等主要成分的含量对于该类产品的研发和质量监测有重要意义。

近年来，国内已有检测烟草及烟草制品中烟碱［14-15］、水分［16-17］、1,2-丙二醇和丙三醇［18-19］等的标准方法。这些方法也被用于新型烟草制品中上述成分的测定［20-22］，但多元醇类成分、烟碱和水分需要分类检测，费时耗力且成本较高。目前，电子烟烟液［23］、新型卷烟气溶胶［24］、加热不燃烧卷烟芯材［25］和烟草材料［26］中烟碱、1,2-丙二醇和丙三醇的测定已有文献报道，但水分的同时检测鲜见报道。

热导检测器（TCD）是一种通用型检测器，可检测大多数挥发性物质，且检测线性范围较宽。近年来GC-TCD法已广泛应用于烟草水分的测定［17，27-29］。王康等［30］应用GC-TCD 法同时检测了加热不燃烧卷烟气溶胶中水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇的含量，但加热不燃烧烟卷烟草材料中上述4 种成分的同时测定鲜见报道。因此，以IQOS 烟草材料为实验样品，建立一种同时检测加热不燃烧卷烟烟草材料中水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇含量的GC-TCD 方法，旨在为加热不燃烧卷烟烟草材料中主要成分的快速测定提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

IQOS 6 种不同口味加热不燃烧卷烟的烟草材料样品，用搅拌机粉碎，过0.425 mm（40目）筛后备用。

甲醇（色谱纯，德国Merck 公司）；丙三醇、1,2-丙二醇、（≥99.5%，美国Sigma Aldrich 公司）；烟碱（≥99%，加拿大TRC 公司）；正丁醇、1,3-丁二醇（≥99%，上海阿达玛斯试剂有限公司）。

7820A 气相色谱仪（配热导检测器TCD，美国Agilent 公司）；MS204s 电子天平（感量0.1 mg，瑞士Mettler Toledo 公司）；HY-2A 振荡器（常州澳华仪器有限公司）；MJ-BL25B3 搅拌机（广东美的生活电器制造有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 标准溶液配制

分别称取1.25 g 超纯水、0.05 g 1,2-丙二醇、0.15 g 烟碱和1.25 g 丙三醇（精确至0.000 1 g），于50 mL 容量瓶中用含有内标正丁醇（3 mg/mL）和1,3-丁二醇（2 mg/mL）的甲醇溶液定容，得到混合标准储备液。分别移取0、1、2、3、4、5、6 mL 混合标准储备液于7 个10 mL 容量瓶中，用含内标的甲醇溶液定容，配制成7 级标准工作溶液。

1.2.2 样品处理与GC-TCD 分析

称取粉碎至0.425 mm（40 目）的样品1.2 g，置于100 mL 具塞锥形瓶中，加入20 mL 含内标的甲醇溶液，振荡萃取90 min，取上清液过滤后进行GC-TCD 分析。GC-TCD 分析条件为：

色谱柱：HP-INNOWAX 毛细管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm）；程序升温：80 ℃，保持3 min，以50 ℃/min 的速率升至250 ℃，保持5 min。进样量：1 μL；分流比：20∶1；进样口温度：250 ℃；检测器温度：260 ℃；载气：氦气（≥99.999%）；流速：2.0 mL/min；参比流量：20 mL/min；尾吹气流量：9 mL/min。

2 结果与讨论

2.1 内标的选择

在内标法中，内标的选择应与目标物物理化学性质上相近。由于加热不燃烧卷烟烟草材料中水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇的含量差异较大，因此，本研究中采用双内标法对4 种目标物进行定量测定。根据文献［23，30-33］和本项目组前期筛查结果，选择正丁醇作为水分的内标，以1,3-丁二醇作为1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇内标。实验结果表明，正丁醇和1,3-丁二醇2 种内标的色谱保留时间分别为2.80 和5.88 min，与加热不燃烧卷烟烟草材料中其他成分的色谱峰无重叠，且峰形较好。因此，选择正丁醇和1,3-丁二醇作为内标。

2.2 色谱条件的优化

2.2.1 色谱柱的选择

1,2-丙二醇和丙三醇的极性较强，不适合使用非极性和弱极性色谱柱进行分离。因此，本实验中选用极性色谱柱。考察了DB-ALC1（30 m×0.32 mm×1.8 μm）和HP-INNOWAX（30 m×0.32 mm×0.25 μm）色谱柱对目标物的分离效果。对含内标的标准溶液进行分析，并通过优化色谱条件提高各目标物的分离度。结果表明：对于DB-ALC1 色谱柱，当初温低于110 ℃时，丙三醇的色谱峰拖尾且峰形不对称，当初温过高时，水分与溶剂峰不易区分；对于HP-INNOWAX 色谱柱，目标物与内标实现了完全分离且色谱峰形尖锐、对称、无拖尾（图1）。因此，选择HP-INNOWAX 色谱柱。

图1 HP-INNOWAX 色谱柱对标样溶液的分离色谱图Fig.1 Chromatogram of reference standards separated by HP-INNOWAX column

2.2.2 载气流量和分流比的选择

将载气流量分别设定为1.0、1.5、2.0 和2.5 mL/min，以考察载气流量对4 种目标物及内标分离效果的影响。结果表明：①随着载气流量的增加，4种目标物及内标的峰高呈上升趋势，峰宽变窄；②当载气流量达到2.0 mL/min 时，峰高平缓上升，峰宽平缓下降。为缩短分析时间，同时兼顾方法的灵敏度，本实验中选择载气流量为2.0 mL/min。此外，考察了不同分流比对4 种目标物及内标检测结果的影响，发现在分流比20∶1～50∶1 内目标物及内标呈现线性分流关系。考虑到分流比太大时灵敏度较低，因此选择分流比为20∶1。

2.3 样品萃取时间的确定

根据文献［17-18］和本项目组前期考察结果，选择甲醇作为萃取溶剂，并考察了30、60、90、120和150 min 下4 种目标物的振荡萃取效率。结果（表1）表明：随着振荡萃取时间的增加，水分和丙三醇的含量逐渐升高，当萃取时间≥90 min 时，水分和丙三醇的含量趋于稳定；不同萃取时间对1，2-丙二醇、烟碱萃取效率的影响较小。因此选择萃取时间为90 min。

表1 萃取时间对4 种目标物萃取效率的影响Tab.1 Effects of extraction times on extractio n efficiencies of four analytes （mg·g-1）

2.4 方法学考察

2.4.1 标准曲线、检出限和定量限

对系列标准溶液进行GC-TCD 分析，以各目标物峰面积与内标峰面积之比为纵坐标，各目标物浓度与内标浓度之比为横坐标，得到4 种目标物的线性回归方程。将最低浓度的混合标准溶液重复进样10 次，计算测定结果标准偏差，以3 倍和10 倍标准偏差确定方法的检出限和定量限。结果（表2）表明，4 种目标物工作曲线的线性较好，方法灵敏度较高。

表2 4 种目标物的线性参数、检出限及定量限Tab.2 Linearity parameters，limits of detection and limits of quantitation of four analytes

2.4.2 精密度和回收率

称取6份同一加热不燃烧卷烟的烟草材料，按照本方法对样品进行测定，结果显示，水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇的相对标准偏差（RSD）分别为0.56%、1.27%、1.08%和0.27%，表明方法精密度较好。

取3 份同一加热不燃烧卷烟的烟草材料，分别添加低、中、高3 种水平的水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇的标准溶液，每个添加水平下重复3 次。对加标后的样品进行前处理和GC-TCD 分析，计算加标回收率。结果（表3）显示，水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇的加标回收率分别为95.53%～96.97%、95.18%～96.41%、95.20%～97.29%和97.43%～100.80%，表明方法准确性较高。在本研究中，受化合物性质、本底值、加标量等因素的影响，水分、1,2-丙二醇和烟碱的加标回收率偏小，但仍在规定允许的范围内（95%～105%，GB/T 27417—2017），能够符合实验要求。

2.5 样品分析

在优化条件下，加热不燃烧卷烟烟草材料样品的色谱图见图2。6 个样品中水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇的检测结果见表4。可以看出，4 种目标物的含量分别为90.27～119.63、0.33～2.41、14.54～15.14 和130.93～143.83 mg/g，与文献［21］电加热型产品B 的研究结果接近。

表3 方法的回收率Tab.3 Recovery of the method

图2 加热不燃烧卷烟烟草材料样品的色谱图Fig.2 Chromatogram of tobacco material in heat-not-burn products

表4 6 个样品的分析结果Tab.4 Analysis results of six tobacco samples （mg·g-1）

3 结论

采用含内标的甲醇溶液振荡萃取加热不燃烧卷烟的烟草材料，以正丁醇和1,3-丁二醇为内标进行定量，建立了同时检测水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇的GC-TCD 方法。本方法加标回收率为95.18%～100.80%，RSD 为0.56%～1.27%，4 种目标物的检出限和定量限分别为0.10 ～1.02 和0.34 ～3.40 mg/g。采用本方法测定了6 个样品，水分、1,2-丙二醇、烟碱和丙三醇的含量分别为90.27 ～119.63、0.33 ～2.41、14.54 ～15.14和130.93 ～143.83 mg/g。本方法前处理简便，灵敏度高，重复性好，适用于加热不燃烧卷烟烟草材料中主要成分的同时快速检测。