一种烟草制品、烟气中低沸点羟基化合物的分析方法与流程 专利技术说明

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于利用气相色谱-质谱仪分析低沸点羟基化合物领域，具体涉及一种烟草制品、烟气中低沸点羟基化合物的分析方法。背景技术：2.卷烟烟气中低沸点羟基化合物包括酸、醇、酚、羟基醛、羟基酮、羟基酯等，其组成和含量与感官质量有着密切的关系。由于其较强的挥发性，在卷烟燃吸过程中，可直接挥发进入烟气，对烟气的香味吃味产生直接影响，当其含量适中时可调节烟气的柔和度，对卷烟的吸食特性有积极的贡献，但是当其含量过低或过高时，会导致烟气香味不协调，刺激性大，感官质量下降。不同种类的低沸点羟基化合物在卷烟烟气中含量差异巨大，如羟基乙酸为μg/支级别，而正戊醇为ng/g级别。另外，目标物为挥发性且极性强的化合物，一直以来，低沸点羟基化合物的准确定性和定量为分析测试领域的难点之一。3.气相色谱-质谱联用法直接测试则存在吸附严重、信号拖尾、响应弱等问题。采用硅烷化衍生可降低化合物的极性，提高仪器响应灵敏度。常用的硅烷化衍生试剂有n,o-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(bstfa)，n-甲基-n-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(mstfa)等。申请公布号为cn111679008a的中国发明专利申请公开了一种同时检测烟叶、烟丝中挥发及半挥发酸、醇、酚的gc-ms-ms方法，在对样品中目标成分进行提取后，加入衍生化试剂bstfa进行衍生化反应，然后利用气相色谱-串联质谱(gc-ms/ms)对待测液进行分析，达到同时测定挥发及半挥发酸、醇、酚共118种的目的。4.目前常用的硅烷化试剂，bstfa、mstfa等得沸点与目标物非常接近，分析测试时，大量的衍生化试剂和目标物在同一时间出峰，其会干扰目标物的色谱分离，导致定性和定量结果不够准确。5.另外，由于衍生化试剂易遇水分解，在衍生环节通常会大过量的加入，而目前常用的仪器分析方法为衍生化试剂随目标物一同进入色谱柱分离，大量的衍生化试剂易沉积在色谱系统并累积，导致色谱柱污染，影响色谱性能。而且大量的衍生化试剂被质谱灯丝离子化，易导致灯丝寿命短、离子源污染严重、检测信号下降严重等情况。技术实现要素：6.本发明的目的是提供一种烟草制品、烟气中低沸点羟基化合物的分析方法，解决衍生化试剂大量进入分析系统，会对目标物形成干扰，不利于目标的分离，导致定性和定量结果不够准确的问题。7.为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：8.一种烟草制品、烟气中低沸点羟基化合物的分析方法，包括以下步骤：9.(1)使用溶剂对样品进行提取，获得样品提取液；使用高沸点衍生化试剂对所述样品提取液进行衍生处理，得到待测液；所述高沸点衍生化试剂为式ⅰ所示的化合物：[0010][0011]式ⅰ中，r为r1或-or2，r1选自h、c1-6烷基、c1-6烯基或c1-6炔基；r2选自c1-6烷基、c1-6烯基或c1-6炔基；[0012](2)利用带反吹系统的气相色谱-质谱仪对待测液进行进样分析；进样分析时，待目标物进入分离色谱柱后，将预柱中剩余未进入组分吹出色谱系统。[0013]本发明的烟草制品、烟气中低沸点羟基化合物的分析方法，通过使用新型高沸点衍生化试剂并结合柱反吹系统，避免了大量的衍生化试剂对色谱和质谱系统的污染以及对目标物的干扰，显著降低了仪器维护频次和成本，改善了目标物的分离，提高了定性、定量准确度和精密度。[0014]从原料成本以及高沸点衍生化试剂的合成便捷性方面考虑，优选地，式ⅰ中，r1选自h、甲基或乙基；r2选自甲基或乙基。[0015]优选地，所述衍生处理是在室温衍生5～10min。相对于传统衍生化试剂需要40℃保温40min左右以完成衍生化处理，该衍生化试剂活性高，室温放置5min即可实现目标物的有效衍生。[0016]优选地，步骤(1)中，每0.1～1ml样品提取液对应所述高沸点衍生化试剂的用量为0.1～1ml。采用上述用量的衍生化试剂可确保对目标物的充分衍生化改性。[0017]以下对烟气来源或烟草制品来源的低沸点羟基化合物的有效提取进行示例性说明：[0018]优选地，所述低沸点羟基化合物来源于烟气，所述样品为捕集有5～10支卷烟主流烟气粒相物的滤片，对应溶剂的用量为20～50ml；所述溶剂为二氯甲烷或乙腈。[0019]优选地，所述低沸点羟基化合物来源于烟草制品，所述烟草制品为烟叶；每2～5g烟叶对应溶剂的用量为20～50ml；所述溶剂为二氯甲烷或乙腈。烟草制品可以为卷烟、雪茄烟、烟丝、复烤烟叶等。[0020]优选地，所述低沸点羟基化合物的沸点不高于200℃。进一步优选地，所述低沸点羟基化合物包括酸、醇、酚、羟基醛、羟基酮、羟基酯。例如，典型低沸点羟基化合物包括但不限于甲酸、正丙醇、乙酸、丙酮酸、丙酸、正丁醇、异丁酸、丁酸、正戊醇、2-甲基丁酸、2-丁烯酸、异戊酸、1-羟基-2-丁酮、4-戊烯酸、戊酸、正己醇、糠醇、叶醇、2-甲基-4-戊烯酸、2-甲基戊酸、2-己烯醇、异戊烯酸、反式-2-甲基-2-丁烯酸、2-庚醇、3-甲基戊酸、4-羟基-4-甲基-2-戊酮、4-甲基戊酸、四氢糠醇、5-己烯酸、己酸、羟基乙酸、反式-3-己烯酸、1-辛烯-3-醇、正庚醇、3-己烯酸、2-甲基-2-戊烯酸、2-甲己酸、3-辛醇、正辛醇、2-乙基己醇、6-甲基-5-庚烯-2-醇、γ-戊酮酸、糠酸、3,5,5-三甲基-1-己醇、3-羟基吡啶、2-羟基-2-环戊烯-1-酮、呋喃乙酸、4-羟基吡啶、苯甲醇、2-羟基丁内酯、庚酸、山梨酸、2-甲基庚酸、3,7-二甲基-1-辛烯-3-醇、3-羟基-6-甲基吡啶、四氢芳樟醇、马鞭草烯醇、3-甲基-糠酸、四氢月桂烯醇、二羟基丙酮、氧化芳樟醇、愈创木酚、苯乙醇、芳樟醇、茴香酚、对乙基苯酚、薰衣草醇、异胡薄荷醇、苯甲酸、二氢芳樟醇、薄荷醇、3,4-二甲酚、辛酸、5-羟甲基-2(5h)呋喃酮、正壬醇、顺式-6-壬烯-1-醇、4-羟基苯乙烯、香芹薄荷醇，4-萜烯醇、4-甲氧基苯酚、2,6-壬二烯醇、呋喃基羟甲基酮、苯乙酸、桃金娘烯醇、2-壬烯-1-醇、对伞花烃-8-醇、香芹醇、百里香酚、香茅醇、4-甲基愈创木酚、3-羟基苯甲醛、黑椒酚、α-松油醇、2,4,6-三甲基苯酚、香芹酚、苯丙醇、橙花醇、香芹醇、间甲基苯甲酸、壬酸、香叶醇、正癸醇、对羟基苯甲醛、3-甲硫基丙醇。[0021]为进一步提高低沸点羟基化合物定性和定量的准确度，优选地，所述进样分析为gc-ms/ms分析，所述gc-ms/ms分析的gc分析条件如下：[0022]进样口温度：290℃；进样量：1μl；无分流进样；载气：氦气，恒流流速1.5ml/min；预柱，规格5m×0.25mm×0μm，流速为1.5ml/min，保持1min，以0.75ml/min2降至1ml/min，保持15min，之后反吹流速为-5ml/min；色谱柱：db-5ms，流速为2.25ml/min，保持1min，以0.75ml/min2降至1.5ml/min并保持；程序升温：40℃保持3min，然后以4℃/min的速率升至110℃，2℃/min的速率升至140℃，280℃后运行保持10min。[0023]所述gc-ms/ms分析的ms分析条件如下：ei电离方式；电子能量70ev；离子源温度280℃；四级杆150℃；传输线温度290℃；碰撞气为n2；扫描方式为mrm。附图说明[0024]图1为本发明用tmsfa为衍生化试剂的样品mrm总离子流图；[0025]图2为使用bstfa为衍生化试剂的样品mrm总离子流图；[0026]图3为本发明实施例1中新色谱分离柱对样品进行分析的mrm谱图；[0027]图4为本发明实施例1中色谱分离柱使用一年后对同一样品进行分析的mrm谱图；[0028]图5为本发明实施例2中新色谱分离柱对样品进行分析的mrm谱图；[0029]图6为本发明实施例2中色谱分离柱使用一年后对同一样品进行分析的mrm谱图。具体实施方式[0030]以下实施例中，以高沸点衍生化试剂为n-三甲基硅烷基-三氟乙酰苯胺(tmsfa)、n-三甲基硅烷基-三氟乙酰对氨基苯乙醚(tmsfea)为例说明其使用效果。[0031]tmsfa、tmsfea的结构式分别为：[0032][0033]tmsfa的合成过程如下：[0034](1)分别加入新蒸馏过的0.3mol苯胺、0.6mol三氟乙酸和6g锌粉，缓慢加热至沸腾，保持反应混合物微沸约10min，然后逐渐升温，控制温度，保持温度计读数在105℃左右。经过40～60min，反应所生成的水(含少量三氟乙酸)可完全蒸出。当温度计的读数发生上下波动或自行下降时(有时反应容器中出现白雾)，表明反应达到终点。停止加热。在不断搅拌下把反应混合物趁热以细流慢慢倒入盛冷水的烧杯中。继续剧烈搅拌，并冷却烧杯，使粗产物三氟乙酰苯胺成细粒状完全析出。抽滤析出的固体(在第二步热过滤中去除锌粉)，用少量冷水洗涤以除去残留的酸液。[0035]把粗产物三氟乙酰苯胺放入热水中，加热至沸腾。如果仍有未溶解的油珠，需补加热水，直到油珠完全溶解为止。稍冷后加入少量粉末状活性炭，用玻璃棒搅动并煮沸5-10min。趁热用保温漏斗过滤或用预先加热好的布氏漏斗减压过滤。冷却滤液，产物三氟乙酰苯胺呈无色片状晶体析出。减压过滤，尽量挤压以除去晶体中的水分。[0036](2)取37.8g(0.2mol)三氟乙酰苯胺溶于200ml四氢呋喃中，加入101g(1mol)三乙胺，之后边搅拌边逐滴加入54.3g(0.5mol)氯硅烷，80℃加热回流3h，冷却并过滤掉三乙胺盐酸盐，滤液减压蒸馏去除四氢呋喃，剩余的油状液体为n-三甲基硅烷基-三氟乙酰苯胺(tmsfa)。将合成好的衍生化试剂存放至干燥器中备用。[0037]其他高沸点衍生化试剂可参考以上方法相应合成。[0038]为说明高沸点衍生化试剂相对于bstfa等传统衍生化试剂的分离影响，针对相同样品提取液(见以下实施例3)，分别使用tmsfa(室温/5min)、bstfa(40℃/40min)进行衍生化处理，再比较两种处理的mrm总离子流图，其分别如图1和图2所示。图2中圈出部分分别为bstfa的水解产物(保留时间为22min)和bstfa(保留时间为29min)。[0039]对比图1和图2可知，高沸点衍生化试剂tmsfa与目标物的沸点相差大，色谱分离时，不会干扰目标物的分离，定性和定量结果更为准确。[0040]低沸点羟基化合物的目标物的信息和mrm参数列于表1中。选用d3-乙酸(is1)、d15-正庚醇(is2)、反式-2-己烯酸(is3)、d10-4-乙基苯酚(is4)四种内标矫正前处理及质谱响应。[0041]表1目标物的信息和mrm参数[0042][0043][0044][0045][0046]下面结合具体实施例对本发明的实施过程进行详细说明。[0047]实施例1[0048]本实施例的烟草制品、烟气中低沸点羟基化合物的分析方法，以烟叶中低沸点羟基化合物的分析为例进行说明，包括以下步骤：[0049](1)样品的前处理：称取粉碎的烟叶样品2g置于离心管中，加入二氯甲烷20ml，涡旋20min，取上清液过0.45μm膜，取800μl滤液加入色谱瓶中，加入300μl tmsfa，室温摇晃5min后进样。[0050](2)利用气相-三重四极杆质谱(gc-ms/ms)对进样进行分析，设置反吹参数，待目标物进入分离色谱柱后，将预柱中高沸点衍生化试剂等未进入组分吹出色谱系统。[0051]gc分析条件：进样口温度：290℃；进样量：1μl；无分流进样；载气：氦气，恒流流速1.5ml/min；预柱，规格5m×0.25mm×0μm，流速为1.5ml/min，保持1min，后降至1ml/min，保持15min，之后反吹流速为-5ml/min；色谱柱：db-5ms，规格60m×0.25mm×0.25μm，流速为2.25ml/min，保持1min，后降至1.5ml/min并保持；程序升温：40℃保持3min，然后以4℃/min的速率升至110℃，280℃后运行保持10min。[0052]ms分析条件：ei电离方式；电子能量70ev；离子源温度280℃；四级杆150℃；传输线温度290℃；碰撞气为n2。扫描方式为mrm，其参数如表1所示。选用d3-乙酸、d15-正庚醇、反式-2-己烯酸、d10-4-乙基苯酚等四种内标矫正前处理及质谱响应。[0053](3)本方法的表征结果如下表2所示。[0054]表2方法的表征结果[0055][0056][0057][0058][0059]采用方法学考察对本实验方法的工作曲线、检测限、回收率、精密度进行系统表征，结果如表2所示，103个化合物的相关系数r2均为0.99以上，线性关系良好，检测限为0.04-14.22ng/ml，回收率范围为72.2-118.3％，日内精密度为2-5.9％，日间精密度为2.9-9.8％，表明该方法灵敏度高，结果波动小，稳定可靠。[0060](4)样品中各低沸点羟基化合物的检测结果如下表3所示。[0061]表3实施例1样品中的目标物测定结果[0062][0063][0064](5)新色谱分离柱和使用一年后的色谱分离柱mrm谱图对比如图3和图4所示。[0065]由图3和图4可以看出，新色谱分离柱和使用一年后色谱分离柱对同一样品的分离度无明显差异，说明采用高沸点衍生化试剂结合反吹方法，避免了大量的衍生化试剂和样品中难挥发组分进入色谱柱，色谱柱性能实现了良好维持。[0066]实施例2[0067]本实施例的烟草制品、烟气中低沸点羟基化合物的分析方法，以烟叶中低沸点羟基化合物的分析为例进行说明，包括以下步骤：[0068](1)样品的前处理：称取粉碎的烟叶样品1g置于离心管中，加入乙腈10ml，涡旋5min，取上清液过0.45μm膜，取1ml滤液加入色谱瓶中，加入150μl tmsfea，室温摇晃5min后进样。[0069](2)样品的分析同实施例1。[0070](3)本方法的表征结果如下表4所示。[0071]表4方法的表征结果[0072][0073][0074][0075][0076]采用方法学考察对本实验方法的工作曲线、检测限、回收率、精密度进行系统表征，结果如表2所示，103个化合物的相关系数r2均为0.99以上，线性关系良好，检测限为0.21-15.98ng/ml，回收率范围为70.8-117.6％，日内精密度为1.8-5.31％，日间精密度为2.61-9％，表明该方法灵敏度高，结果波动小，稳定可靠。[0077](4)样品中各低沸点羟基化合物的检测结果如下表5所示。[0078]表5实施例2样品中的目标物测定结果[0079][0080][0081][0082](5)新色谱分离柱和使用一年后的色谱分离柱mrm谱图对比如图5和图6所示。[0083]由图5和图6可知，两者分离度无明显差异，说明采用高沸点衍生化试剂结合反吹方法，避免了大量的衍生化试剂和样品中难挥发组分进入色谱柱，色谱柱性能实现了良好维持。[0084]实施例3[0085]本实施例的烟草制品、烟气中低沸点羟基化合物的分析方法，以烟气中低沸点羟基化合物的分析为例进行说明，包括以下步骤：[0086](1)卷烟主流烟气粒相物的捕集：卷烟抽吸条件参照gb/t 16450—2004，即每60s抽吸1口，抽吸容量35ml，抽吸持续时间2s，在此条件下抽吸5支卷烟，用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气中的粒相物。[0087](2)滤片的前处理：将卷烟抽吸后的剑桥滤片置于锥形瓶中，加入二氯甲烷20ml，超声40min，取上清液过0.45μm膜，取1ml滤液加入色谱瓶中，加入300μl tmsfa，室温摇晃5min后进样。[0088](3)进样的gc-ms/ms分析同实施例1。[0089](4)本方法的表征结果如下表6所示。[0090]表6方法的表征结果[0091][0092][0093][0094][0095]采用方法学考察对本实验方法的工作曲线、检测限、回收率、精密度进行系统表征，结果如表2所示，103个化合物的相关系数r2均为0.99以上，线性关系良好，检测限为0.3-109.7ng/ml，回收率范围为70.8-118.2％，日内精密度为1.7-9％，日间精密度为3.1-20.9％，表明该方法灵敏度高，结果波动小，稳定可靠。[0096](5)样品中目标物的释放量如下表7所示。[0097]表7样品中目标物释放量[0098][0099][0100]结合以上实施例的说明可以看出，利用本发明合成的高沸点衍生化试剂，结合柱反吹系统，能够避免衍生化试剂进入分离色谱柱，显著提高了色谱柱寿命和质谱性能，降低了维护频次和成本。另外，本发明的高沸点衍生化试剂与目标物的沸点相差大，色谱分离时，不会干扰目标物的分离，定性和定量结果更为准确。









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