卷烟主流烟气中氨的测定方法研究

1、烟草及烟草制品 氨的测定 离子色谱法标准项目实验报告1、概况氨在烟草中含量不高，但对烟草的品质有负面的影响。烟草中的氨以NH+形式存在，其主要是在烟叶调制和加工过程中由含氮物质 （如硝酸盐、 氨基酸等） 降解产生，并随着热加工的进行而损失。 在烟草的燃吸过程中它被释放出来游离在烟气中， 与许 多化合物作用，并取代其中的碱，从而改变烟气的吃味特征，浓度过高时会带来强烈 的粗糙感和刺激性， 使烟草的吸味变差。 国外的一些大烟草公司常用氨含量的多少作 为衡量制丝工艺优劣的重要指标。目前FCTC对烟草制品必须披露的化学成分有三种, 烟草制品中氨的含量是其中之一。 我国目前烟草中氨含量有连续流动法的分析

2、方法标 准（YC/T245-2008），但是由于烤烟及烤烟型卷烟中氨含量较低，我国的烟草及烟草 制品多是烤烟及烤烟型卷烟， 全自动化学分析仪主要是对一些常量指标进行测定， 使 用该标准对烤烟及烤烟型卷烟进行测定有一定的局限性；离子色谱仪的灵敏度较高， 可以满足检测的要求，在2011年5月COREST发布了 73号推荐方法“烟草中的氨的测定 离子色谱法”。针对这种情况，国家烟草质检中心进行了大量的研究和调查，并 进行了方法研究，并与COREST推荐方法进行了比较，最终建立了烟草及烟草制品 氨的测定 -离子色谱法方法标准。2、原理用稀硫酸溶液萃取样品， 萃取后溶液中的铵经离子交换分离后， 采用电导

3、检测器 定量测定，并转换为样品中氨的含量。3、实验 3.1 仪器和材料ICS3000离子色谱仪（配电导检测器）,CS-12AP0离子交换柱（250X 4 mm, CG-12A保护柱（50X4 mm, CSRS-ULTRA- （4 mm自身再生阳离子抑制器，甲烷磺酸淋洗液（美国戴安公司）；BSA2245-CV电子天平（感量0.0001g，德国赛多利斯公司）；0.45 卩m水相滤膜（德国MENBRANA公司）、水：（电阻率为18.2 M Q cm的超纯水，Milli 一Element超纯水装置，美国Millipore公司）；回旋式震荡器（常州国华电器有限公 司）；浓硫酸、硫酸铵（AR，天津北方天医

4、化学试剂厂）；1000卩g/mL氨离子标准溶液GBW （E） 080525，国家标准物质中心 ；烤烟，白肋烟，香料烟，烤烟型卷烟和混表1提取溶液进样10次的分析数据合型卷烟5类样品（国家烟草质量监督检验中心提供）。3.2样品的前处理和分析烟叶样品制备参照YC/T31-1996。准确称取0.25g样品至250m具塞三角烧瓶中, 加入100mB稀硫酸，室温下振荡60min后过滤，收集滤液后使用0.45卩m孔径的水相滤 膜过滤，滤液置于色谱瓶中，使用离子色谱仪测定。3.3离子色谱检测条件流动相：0.02 mol/L甲烷磺酸水溶液;流速：1.0 mL/min ； 流动相梯度：恒流;进样量：25 pL

5、;柱温：30 C；抑制器电流：59 mA。4、结果与讨论 4.1 定量范围、精密度、检出限系列标准溶液的浓度为：0.1卩g/mL，0.5卩g/mL，2.0卩g/mL，5.0卩g/mL，10.0卩g/mL,工作曲线见图1。2.0ftNH4ExternalCD 1Area 卩 S*min1.50 .卩.m.S.严 1.00aeI0.500.0晒0.0ug/mLI - I n h I 11厂 T F I1.32.53.85.06.37.58.810.0Amo unt ug/mL图1 0.1-10.0 p g/mL标准溶液工作曲线，r=0.9995本方法采用峰面积对浓度进行二次曲线性拟合，得到的曲线r

6、=0.9995。由于氨标 准溶液的浓度会随着放置时间延长而增大，而低浓度标准溶液浓度的变化对工作曲线 截距的影响尤为明显。为控制样品测定值的稳定性，每次实验须重新配制标准系列, 制定标准曲线。方法的检出限（LOD和定量限（LOQ:以氢离子浓度为25m帰酸溶液，重复进样10次，计算测定值的标准偏差，以3倍标准偏差作为方法的氨含量检出限、以10进样次数浓度（卩g/mL）1#0.10292#0.10243#0.09684#0.10325#0.10306#0.09727#0.10228#0.10229#0.096510#0.1013标准偏差0.002773氨含量检出限0.008318氨含量疋量限0.0

7、2773本方法氨的检出限为0.008318卩g/mL,定量限为0.02773卩g/mL,定量限相当于0.25g样品氨含量为0.0011%,完全能满足烟草及烟草制品中氨含量的检测要求。4.2萃取剂及萃取时间的选择由于烟草中氨需要用溶液提取出来才能使用离子色谱仪进行测定。由于氨为碱性 物质并易溶于水，因此水和酸性溶液适用于烟草中氨的提取。 较常使用的酸性提取溶 液为稀硫酸和稀盐酸，由于CORESTA号推荐方法使用的提取液为稀硫酸， 并且本方 法使用的标准物质为硫酸铵，因此酸性提取溶液选择了稀硫酸。 表2为不同氢离子浓 度的硫酸溶液振荡提取60分钟时样品的氨含量。表2不同氢离子浓度的硫酸溶液振荡提取

8、60分钟时样品氨含量氢离子浓度烤烟 氨含量%白肋烟 氨含量%香料烟 氨含量%烤烟型卷烟氨含量%混合型卷烟氨含量%10mM0.0330.4560.0410.0120.10320mM0.0330.4770.0410.0110.10225mM0.0340.4790.0410.0120.10430mM0.0330.4650.0410.0110.10450mM0.0330.4490.0400.0110.10370mM0.0330.4540.0410.0110.105100mM0.0340.4520.0400.0110.103由表2可以看出氢离子浓度为25mM硫酸溶液提取总体效果最佳，因此分别用水和氢离子

9、浓度为25mM硫酸溶液做为提取溶液考察在不同提取时间条件下的提取效果, 结果见表3和表4。表3不同振荡时间硫酸提取样品结果萃取时间 （分钟）烤烟 氨含量%白肋烟 氨含量%香料烟氨含量%烤烟型卷烟氨含量%混合型卷烟氨含量%100.02150.44900.03000.00850.1050200.02290.44390.03290.01010.1035300.02280.44320.03350.01170.1003400.02240.46040.03340.01230.1079500.02210.46540.03520.01160.1033600.02250.46890.03580.01260.10

10、18700.02310.45930.03550.01280.1012800.02290.45270.03580.01210.1038900.02270.46870.03500.01250.10521200.02140.46060.03450.01350.1055表4不同振荡时间水提取样品结果萃取时间 （分钟）烤烟 氨含量%白肋烟 氨含量%香料烟 氨含量%烤烟型卷烟氨含量%混合型卷烟氨含量%100.01940.41850.02960.00770.1024200.02340.44980.03120.01130.1005300.02350.46950.03320.01120.1037400.0233

11、0.46640.03330.01170.1048500.02320.47010.03390.01060.1009600.02220.46590.03460.01090.1054700.02270.44910.03390.01050.1035800.02270.46100.03360.01090.1040900.02410.44470.03470.01090.10471200.02370.45160.03420.01130.1007由表3、表4得到图2-6。图2烤烟不同时间提取结果烤烟提取0.03000.02500.02000.01500.01000.00500.0000204060801001

12、20140时间酸（ 分钟 ）.水图3白肋烟不同时间提取结果白肋烟提取0.66000.5100量'氨0.46000.410020406080100120140时间（分钟）«硫= 一H水图4香料烟不同时间提取结果0.0400香料烟提取0.03500.03000.0250%0.02000.01500.01000.00500.0000图5烤烟型卷烟不同时间提取结果0.0350量氨烤烟型卷烟提取0.03000.02500.02000.01500.01000.00500.0000I 时硫酸（分更:水!图6混合型卷烟不同时间提取结果混合型卷烟提取0.19900.17900.15900.13

13、900.11900.09900.07900.0590f硫酸（分卅尸水由表3、表4、图2-6可知五种类型的样品水和氢离子浓度为 25mM硫酸溶液振荡提取40分钟后就基本稳定，对40分钟以后的结果计算其标准偏差，结果见表5表5 40分钟以后提取结果的标准偏差萃取时间 （分钟）烤烟白肋烟香料烟烤烟型卷烟混合型卷烟硫酸提取40-120分钟结果标准偏差0.0005760.0058010.0008490.0005870.002298水提取40-120分钟结果标准偏差0.0006470.0098830.0005060.0003990.001903由于硫酸和水提取40-120分钟结果的标准偏差小于0.001，

14、对检测结果的影响可以忽略，因此可以认为振荡 40分钟就可以把样品中的氨提取完全，由于CORESTA73号推荐方法使用的提取液为氢离子浓度为 25mM稀硫酸，振荡提取60分钟，在不同地 区纯水仪制备的纯水PH存在差异，因此本方法最终确定氢离子浓度为 25mM稀硫酸为提取溶液，振荡提取时间为60分钟。4.3色谱条件试验样品提取液以及提取时间条件确定之后，以氨的标准溶液做为样品，进行了色谱条件实验，不同流速实验结果见图 7,不同MSA浓度实验结果见图8,表6为不同MSA浓度实验钠和氨峰的分离度。图7不同流速实验结果1- 零点五竜升钟流速2- -点零竜升朗中極3点五竜升钟而更5.65-4.00-2.0

15、0-e. 001ejooR&teniioin Time |mi<4uS-0.422.5215.7-s三居芝吕pg©5 75 no4 Retention Time (mmZ 5 03 OD1- lSnH HSA2- 3?mH MSA3- 30TTiM ffiSA4- 40juM MSA5- QOjiiM MSA图8不同MSA浓度实验结果表6不同MSA浓度实验钠和氨峰的分离度MSA浓度1020304060钠和氨峰的分离度2.111.931.331.241.03图7和图8中的峰分别是钠和氨，图7是在MSA浓度为20mM条件下不同流速实验结果，从图7中可以看出在三个流速条件下钠

16、和氨的峰可以完全分开。考虑到离 子色谱仪泵的保护压力为3000ps,流速1.5毫升/分钟时泵压在2600 psi左右；在1.0 mL/min流速下，30分钟内样品中所有物质的峰已经出完，最终本方法流速确定为恒流1.0毫升/分钟。图8和表6是在流速为1.0毫升/分钟条件下不同MSA浓度实验结 果以及钠和氨峰的分离度结果，从图8和表6中可以看出当MSA浓度为30mM时，钠MSA浓度为7。和氨的峰分离度已小于1.5,表明两个峰分离不好，因此本方法最终确定20mM。4.4实验方法的精密度、回收率实验方法的重复性用五种类型样品按确定的方法测试，实验数据见表表7实验方法的精密度测试次数烤烟 氨含量%白肋烟

17、 氨含量%香料烟氨含量%烤烟型卷烟氨含量%混合型卷烟氨含量%10.03820.48550.03790.01520.110820.03740.47460.03830.01590.106830.03930.48110.03900.01480.115940.03850.49000.03760.01420.105950.03770.47250.03640.01400.115160.03810.48890.03730.01450.1138平均值0.03820.48210.03770.01480.1114标准偏差0.000650.007340.000910.000680.00426相对标准偏差%1.688

18、81.52292.40444.57313.8271由表7可知，本实验方法的重复性的%rsd<5%具有良好的精密度。方法的回收率实验采用的是将标准溶液加在烟草样品中：高、中、低三个水平分 别对应样品氨含量（见表7中的平均值）的120% 100% 80%每个水平下平行测定三次，测试结果见表&表8加标回收率样品 类型加标水平总含量mg添加量mg样品含量mg回收率%平均回收率%烤烟低0.15510.05980.096498.167598.700.15560.05980.096598.78140.15640.05980.097199.1620中0.17130.07480.097199.26

19、5899.440.17120.07480.097099.22990.16870.07480.094199.8164高0.18560.08970.0956100.324199.280.18590.08970.097698.42600.18680.08970.097999.0806白肋烟低0.87780.35890.521699.238498.790.86490.35890.512098.34830.85970.35890.505298.7712中0.95730.44860.5067100.452199.890.96000.44860.513099.65130.96490.44860.518399

20、.5594高1.03560.53830.499599.5924100.281.06020.53830.522199.96091.04320.53830.4980101.2806香料烟低0.17550.07990.096798.674098.900.17370.07990.095298.19300.17600.07990.096299.8422中0.19300.09990.094898.324198.880.19430.09990.094699.81160.19600.09990.097598.5187高0.21410.11990.095998.587999.100.21350.11990.09

21、4599.29560.21460.11990.095499.4272烤烟型卷 烟低0.05760.02000.038098.167498.960.05710.02000.037299.71000.05800.02000.038299.0075中0.06230.02500.037599.287099.650.06280.02500.037899.99220.06300.02500.038299.6710高0.06780.03000.038099.355599.760.06770.03000.038099.16890.06740.03000.0372100.7630混合型卷 烟低0.47990.1

22、9980.283798.195598.710.48200.19980.284898.69470.48250.19980.284299.2487中0.52690.24980.280298.807399.350.53160.24980.282099.96510.53490.24980.287099.2876高0.58380.29970.2830100.3899100.050.58240.29970.284099.57420.58410.29970.2838100.1750数据显示，本实验方法的回收率良好。4.5与COREST方法比较CORESTA3号推荐方法为：称取样品约 250毫克至100毫升具

23、塞三角瓶中，加入50毫升氢离子浓度为25mM稀硫酸振荡提取60分钟，提取溶液用滤纸完全过滤至100毫升容量瓶中，用氢离子浓度为25mM稀硫酸定容至刻度。定容后的溶液用孔径为0.45 微米的微膜过滤至色谱瓶中，用离子色谱仪测试该溶液。离子色谱洗脱程序:Time (mi n)Co nc.Of MSA(mM)Elua ntGen eratorCurveFlow Rate(mL/mi n)Supp ressorCurre nt(mA)0.01851.00887.01851.008813.04051.008813.11851.008818.001851.0088从简化操作步骤方面考虑，本方法前处理优化为

24、：称取样品约250毫克至250毫升具塞三角瓶中，加入100毫升氢离子浓度为25mM稀硫酸振荡提取60分钟，提取溶液用滤纸过滤至100毫升三角瓶中，过滤后的溶液用孔径为0.45微米的微膜过滤至色谱瓶中，用离子色谱仪测试该溶液。离子色谱洗脱程序：Time (mi n)Co nc.Of MSA(mM)Elua ntGen eratorCurveFlow Rate(mL/mi n)Suppr essorCurre nt(mA)0.02051.0059302051.0059由以上可以看出两种方法检测过程存在不同，因此用两种方法对五类样品进行测试，结果见表9表9两种方法测试结果测试 方法烤烟 氨含量%白肋

25、烟 氨含量%香料烟 氨含量%烤烟型卷烟氨含量%混合型卷烟氨含量%本方法0.022310.42040.034260.013710.10450CRM0.022880.418900.034590.013300.10180差值-0.000570.00150-0.000330.000410.00270CRM的 r值0.111/0.0040.390/0.0260.111/0.0040.111/0.0040.111/0.004由表9可以看出两种方法测试结果存在差值， 这些差值小于CORESTA7号推荐方10。法对r值的要求，结果进行单因素方差分析，结果见表表10两种方法测试结果方差分析方差分析：单因素方差分

26、析summary组观测数求和平均方差行150.595180.1190360.029667行250.591470.1182940.029442方差分析差异源SSdfMSFP-valueF crit组间1.38E-0611.38E-064.66E-050.9947225.317655组内0.23643880.029555总计0.2364399由表10可以看出两种方法测试结果不存在显著性差异，因此可以认为两种方法的测试结果是一致的，本方法对 CORESTA37号推荐方法的优化是合理的，因此确定标准的测试步骤为优化后的方法。4.6试验室间比对国家烟草质量监督检验中心在 2009-2010年参加了 CORESTA常规分析化学分学组组织的“离子色谱法测定烟草中的氨”国际共同试验，所有数据均被采用，比