許 永, 蔣次清, 李 超, 吳億勤, 張 丹,鄒 楠, 張承明, 秦云華, 繆明明, 蔣 薇

(云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心, 云南 昆明 650231)

研究論文

氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定煙絲中73種香氣物質(zhì)

許 永, 蔣次清, 李 超, 吳億勤, 張 丹,鄒 楠, 張承明, 秦云華, 繆明明, 蔣 薇*

(云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心, 云南 昆明 650231)

建立了氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜(GC-MS/MS)同時(shí)測(cè)定煙絲中73種香氣物質(zhì)的分析方法。樣品用無水乙醚振蕩提取,提取液經(jīng)過濾后直接進(jìn)入DB-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm, 0.25 μm)分離,通過優(yōu)化質(zhì)譜參數(shù),可有效降低復(fù)雜基質(zhì)和重疊峰的干擾,同時(shí)采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式測(cè)定,內(nèi)標(biāo)法定量。結(jié)果表明,目標(biāo)物在各自的線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好(r2>0.99),低、中、高3個(gè)水平的加標(biāo)回收率為70.0%～122.3%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.6%～20.4%。該方法具有前處理簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確靈敏的特點(diǎn),適用于煙絲樣品中73種香氣物質(zhì)的檢測(cè)。

氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜;多反應(yīng)監(jiān)測(cè);煙絲;香氣物質(zhì)

煙支的香氣成分是卷煙產(chǎn)品的“靈魂”,是風(fēng)格特征形成的奧秘所在。因此測(cè)定卷煙煙絲中致香成分的含量,對(duì)于研究卷煙的吸食品質(zhì)和生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的卷煙具有重要的指導(dǎo)意義。目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)煙草香氣物質(zhì)的前處理方法有溶劑提取[1,2]、水蒸氣蒸餾[3-5]、同時(shí)蒸餾萃取(SDE)[6-8]、加速溶劑萃取(ASE)[9,10]、固相微萃取(SPME)[11-14]、超臨界流體萃取(SFE)[15,16],分離技術(shù)有吹掃捕集[17]、頂空分析[18-20]等。其中,溶劑提取法是一種常用的前處理方法,具有操作簡(jiǎn)單、能耗低、選擇性高、分離效果好的優(yōu)點(diǎn)。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)因其分離效率好、靈敏度高、檢出限低,并能同時(shí)完成定性和定量分析等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于煙草中揮發(fā)性成分的檢測(cè)[8,10,12,15,17,18,20]。而三重四極桿質(zhì)譜因其具有更高的靈敏度,可大大簡(jiǎn)化卷煙樣品的前處理過程,比單四極桿質(zhì)譜具有更強(qiáng)的特征離子選擇性,可極大地降低背景干擾,提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前,氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法(GC-MS/MS)在農(nóng)殘方面的應(yīng)用較多[21-23],但在煙草化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用則較少。本研究采用溶劑萃取直接進(jìn)樣-氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜法測(cè)定煙絲中73種香氣物質(zhì),建立的方法重復(fù)性、回收率和檢出限均令人滿意。通過GC-MS/MS技術(shù)對(duì)煙絲中的香氣成分進(jìn)行定性和定量分析,可以更準(zhǔn)確地了解煙絲中每一香氣成分的變化,是一種有效的質(zhì)量控制手段,同時(shí)也可為新產(chǎn)品的研發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

SCION 456 GC-TQ氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜儀(美國(guó)Bruker公司); AG135型電子天平(瑞士Mettler-Toledo公司); GFL3017振蕩搖床(德國(guó)Burgwedel公司)。

73種香氣物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品(純度95%～99%)均購(gòu)自加拿大TRC公司、1,2-丙二醇(純度99%)、萘(純度99%)均購(gòu)自北京百靈威科技有限公司;無水乙醇(色譜純)購(gòu)自德國(guó)Merck公司;無水乙醚(分析純)購(gòu)自廣州汕頭西隴試劑廠。6種品牌的卷煙樣品,分別編號(hào)為A、B、C、D、E、F,由云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取6 g萘,置于100 mL容量瓶中,用無水乙醚稀釋并定容,配制質(zhì)量濃度為60 g/L的內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液;移取0.1 mL內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液于100 mL容量瓶中,用無水乙醚稀釋并定容,配制質(zhì)量濃度為60 mg/L的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工作液。

分別稱取香氣物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品各0.005 0 g(或0.01 g)于不同的50 mL(或100 mL)容量瓶中,用無水乙醇-1,2-丙二醇(9∶1, v/v)溶液定容,配制質(zhì)量濃度為100 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液;用無水乙醚稀釋各標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,并配制適當(dāng)質(zhì)量濃度的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液(配制5級(jí)),并在其中加入適量?jī)?nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工作液,保證內(nèi)標(biāo)萘的質(zhì)量濃度為6 mg/L。

上述所有溶液均于4 ℃冰箱中保存,使用前恢復(fù)至室溫。

1.3 樣品前處理

隨機(jī)抽取10支新開封的同一品牌的煙支,剝?nèi)ゾ頍熂埡蜑V嘴,取出煙絲,混勻,稱取3份0.6 g(精確至0.000 1 g)煙絲,分別放入3個(gè)50 mL錐形瓶中,作為試樣。在試樣中分別加入1 mL 60 mg/L的內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)工作液、9 mL無水乙醚,迅速蓋上玻璃塞,搖勻,置于振蕩搖床,以150 r/min的振蕩頻率、30 mm的振蕩幅度振蕩2.0 h后,用10 mL針筒吸取上層萃取液,經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過濾,供儀器分析。

1.4 儀器條件

色譜柱:DB-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm, 0.25 μm);進(jìn)樣口溫度:250 ℃;流速:1 mL/min;分流比:10∶1;升溫程序:初始溫度50 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升溫至250 ℃,保持20 min；總分析時(shí)間：62 min。

離子源:EI源;離子源溫度:170 ℃;傳輸線溫度:250 ℃;電離能:70 eV;燈絲電流:80 μA;碰撞氣:氬氣(純度99.999%);檢測(cè)模式:多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式;每個(gè)離子的檢測(cè)時(shí)間:100 ms。

2 結(jié)果與討論

2.1 香氣物質(zhì)的選擇

通過文獻(xiàn)調(diào)研、業(yè)內(nèi)項(xiàng)目研究和相關(guān)專家指點(diǎn),本實(shí)驗(yàn)共篩選出包括煙草中的香味物質(zhì)、煙氣中的香味物質(zhì)和對(duì)15種感官香韻指數(shù)有貢獻(xiàn)的73種香味物質(zhì)作為研究對(duì)象。

2.2 質(zhì)譜參數(shù)的優(yōu)化

先以全掃描方式確定每一種香氣物質(zhì)的保留時(shí)間,并且選擇出適當(dāng)?shù)哪鸽x子,再利用PRODUCT掃描模式,通過碰撞池使母離子裂解產(chǎn)生子離子,并對(duì)選擇的母離子進(jìn)行二次質(zhì)譜分析,采用MRM模式對(duì)其各自的碰撞能量電壓(CID)進(jìn)行優(yōu)化,最終確定出定性離子對(duì)、定量離子對(duì)和各個(gè)物質(zhì)的二級(jí)質(zhì)譜參數(shù)。73種香氣物質(zhì)的保留時(shí)間、定性和定量離子對(duì)及碰撞能量見表1。

2.3 萃取溶劑的選擇

分別準(zhǔn)確稱取7份同一品牌卷煙的煙絲(精確至0.1 mg)于50 mL錐形瓶中,分別以石油醚、二氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯、異丙醇、甲醇和丙酮為萃取溶劑,考察樣品總出峰個(gè)數(shù)及總峰面積,結(jié)果見圖1。

表 1 73種香氣物質(zhì)及內(nèi)標(biāo)的保留時(shí)間(tR)、定性離子對(duì)、定量離子對(duì)和碰撞能量(CE)

表 1 (續(xù))

* Internal standard substance.

圖 1 萃取溶劑對(duì)色譜峰數(shù)和總峰面積的影響Fig. 1 Effect of extraction solvents on the total numbers and areas of chromatographic peaks

圖 2 萃取時(shí)間對(duì)色譜峰數(shù)和總峰面積的影響Fig. 2 Effect of extraction times on the total numbers and areas of chromatographic peaks

由圖1可以看出,當(dāng)乙醚為萃取溶劑時(shí),總出峰數(shù)最多,說明可以檢測(cè)出的香氣物質(zhì)的種類最多,而且色譜響應(yīng)也較高。實(shí)驗(yàn)所用色譜柱是DB-5MS柱,以乙醚為萃取溶劑時(shí),不會(huì)對(duì)色譜柱造成損害。綜合考慮,本實(shí)驗(yàn)選擇乙醚作為萃取溶劑。

2.4 萃取時(shí)間的選擇

分別準(zhǔn)確稱取6份同一品牌的卷煙煙絲(精確至0.1 mg),按1.3節(jié)進(jìn)行處理,置于振蕩搖床,分別振蕩0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 h,考察萃取時(shí)間對(duì)樣品出峰個(gè)數(shù)和總峰面積的影響,結(jié)果見圖2。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)萃取時(shí)間超過1.5 h時(shí),檢測(cè)到的化合物個(gè)數(shù)相近,待測(cè)組分在2.0 h時(shí)的色譜響應(yīng)值最大。綜合考慮分析時(shí)間和萃取效率,本實(shí)驗(yàn)選取2.0 h作為樣品的萃取時(shí)間。

2.5 定性與定量方法

本方法采用“保留時(shí)間+定性、定量離子對(duì)+相對(duì)豐度比”三重方式進(jìn)行定性。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下,如果樣品色譜峰的保留時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)品色譜峰的保留時(shí)間一致,并且樣品質(zhì)譜圖中所選擇的離子對(duì)均出現(xiàn),離子對(duì)的相對(duì)豐度比與標(biāo)準(zhǔn)品中離子對(duì)的相對(duì)豐度比一致,則判定樣品中存在該種香氣物質(zhì)。采用內(nèi)標(biāo)法定量,減少了實(shí)驗(yàn)過程的不確定性及儀器的不穩(wěn)定性對(duì)樣品測(cè)定的干擾,使定量結(jié)果更加準(zhǔn)確。2.6 線性關(guān)系、檢出限與定量限

采用本方法對(duì)73種香氣物質(zhì)的系列標(biāo)準(zhǔn)工作液進(jìn)行測(cè)定,以各組分與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值為縱坐標(biāo)(Y)、對(duì)應(yīng)各組分與內(nèi)標(biāo)物質(zhì)量濃度的比值為橫坐標(biāo)(X)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,73種香氣物質(zhì)在其各自的線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)(r2)均大于0.99(見表2)。

將1.2節(jié)制備的73種香氣物質(zhì)的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液分別稀釋不同倍數(shù)后,以信噪比(S/N)為3和S/N為10時(shí)，定量離子信號(hào)對(duì)應(yīng)的樣品含量計(jì)算檢出限(LOD)和定量限(LOQ),分別為0.002 0～7.854 8 μg/g和0.006 5～26.182 6 μg/g。具體結(jié)果見表2。

表 2 (續(xù))

Nos. 1-73 are the same as in Table 1.y: peak area ratio of target analyte to the internal standard;x: mass concentration ratio of target analyte to the internal standard.

2.7 回收率和精密度

為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性,對(duì)卷煙煙絲樣品進(jìn)行了低、中、高3個(gè)水平的加標(biāo)回收率試驗(yàn),按1.3節(jié)所述進(jìn)行前處理,每個(gè)添加水平做5個(gè)平行樣品,分別測(cè)定73種香氣物質(zhì)的含量,并根據(jù)加標(biāo)量、加標(biāo)前和加標(biāo)后的測(cè)定結(jié)果計(jì)算加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。73種香氣物質(zhì)的回收率為70.0%～122.3%, RSD為1.6%～20.4%(n=5)。

2.8 實(shí)際樣品分析

按建立的方法分析6個(gè)不同品牌(A～F)的卷煙煙絲樣品,其中A樣品的MRM總離子流色譜圖見圖3。A～F卷煙煙絲樣品的檢測(cè)結(jié)果見表3，可以看出,5-甲基糠醛、芳樟醇、γ-庚內(nèi)酯、α-松油醇、香芹酮、香葉醇、乙酸芳樟酯、4-甲基-2-苯基-1,3-二氧戊烷、反式-肉桂醛、δ-壬內(nèi)酯、肉桂酸乙酯11種香氣物質(zhì)在該6種品牌卷煙煙絲中均未檢出;2-甲基吡嗪、戊酸乙酯、3-乙基吡啶、苯甲醛二甲縮醛4種香氣物質(zhì)只存在于F品牌煙絲中;對(duì)茴香醛只存在于C品牌卷煙煙絲中。

圖 3 A樣品的MRM總離子流色譜圖Fig. 3 MRM total ion chromatogram of the sample A

No.Contents/(μg/g)ABCDEFNo.Contents/(μg/g)ABCDEF14.09-3.683.714.043.89380.370.370.38-0.390.3920.130.140.220.200.180.18390.540.500.450.570.610.523-0.01-0.090.080.1340------40.230.250.310.310.320.3341-0.26--0.290.3452.532.472.512.772.612.5142------635.9336.8539.6840.2438.0835.9843--0.38---7-----0.0244------80.810.970.920.820.870.8745-0.700.67-0.730.7390.600.610.750.620.730.57460.020.020.020.030.030.03100.170.170.170.200.200.1947------11-----0.0548------12-----0.68490.380.360.360.380.370.3713------501.421.781.811.421.341.43140.120.110.170.140.190.15510.410.410.420.430.430.4815-0.060.06-0.070.08520.710.710.640.690.710.70160.870.990.971.081.221.08530.790.571.130.710.771.00172.783.405.735.335.444.40540.120.100.100.090.090.08180.050.080.080.070.070.05550.200.180.250.190.190.16190.410.420.570.490.520.43256------200.230.280.370.430.420.43577.137.146.777.267.547.25211.881.871.862.012.032.00580.370.290.280.260.300.35220.010.020.030.030.030.03592.152.422.413.283.513.87230.981.450.940.780.960.8360-3.293.353.42--240.94-1.461.061.010.9661------25--0.170.180.190.20620.460.44----26------630.280.310.3040.260.290.25270.23-0.560.360.300.31640.190.17-0.180.19-28-----0.01650.320.370.440.360.410.40290.710.920.510.440.520.43661.270.680.69-0.720.713077.5175.6572.3377.7379.8878.64670.560.560.530.590.610.6131-0.05--0.080.07681.431.241.391.821.651.65323.343.153.123.633.563.38690.820.770.750.790.810.7933------701.150.530.250.442.100.4834-0.22--0.35-7162.6463.1945.7037.6455.3029.8235-0.32--0.51-722.182.041.882.212.411.9836------736.156.347.486.376.469.093723.4022.37-23.2223.8824.65

A-F are different brands of cut tobacco. Nos. 1-73 are the same as in Table 1. -: not detected.

3 結(jié)論

本文建立了一種溶劑萃取直接進(jìn)樣-氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜同時(shí)測(cè)定卷煙煙絲中73種香氣物質(zhì)的分析方法。該方法操作簡(jiǎn)單、定量準(zhǔn)確、靈敏度高,能夠滿足實(shí)際煙草樣品中香氣物質(zhì)的檢測(cè)要求。本文建立的分析方法可以更準(zhǔn)確地了解煙絲中每一香氣成分的變化,是一種有效的質(zhì)量控制手段,同時(shí)也可為新產(chǎn)品的研發(fā)提供技術(shù)支撐。運(yùn)用該方法可以對(duì)更多的香氣物質(zhì)進(jìn)行分析檢測(cè),為香氣物質(zhì)的檢測(cè)開拓平臺(tái)。

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王敬, 艾連峰, 馬育松, 等. 色譜, 2015, 33(11): 1175

Simultaneous determination of 73 flavor components in cut tobacco by gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry

XU Yong, JIANG Ciqing, LI Chao, WU Yiqin, ZHANG Dan, ZOU Nan, ZHANG Chengming, QIN Yunhua, MIAO Mingming, JIANG Wei*

(ResearchandDevelopmentCenter,ChinaTobaccoYunnanIndustrialCo.Ltd.,Kunming650231,China)

A method for simultaneous determination of 73 flavor components in cut tobacco by gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) was developed. The samples were extracted with anhydrous ether, and the ether extracts were separated on a DB-5MS column (30 m×0.25 mm, 0.25 μm). The interference of complex matrix and peak overlapping of various flavor components were reduced by means of optimizing tandem mass spectrometry parameters. The extracts were analyzed by GC-MS/MS under multiple reaction monitoring (MRM) mode, and internal standard method was applied to quantify the 73 flavor components. The results showed that all the flavor components had good linearity in certain ranges with the correlation coefficients (r2) greater than 0.99. The recoveries of the 73 flavor components at low, middle and high levels ranged from 70.0% to 122.3% with the relative standard deviations (RSDs) of 1.6%-20.4%. The developed method is easy, accurate and sensitive, and it can be applied to the determination of the 73 flavor components in cut tobacco.

gas chromatography-triple quadrupole mass spectrometry (GC-MS/MS); multipe reaction monitoring (MRM); cut tobacco; flavor components

10.3724/SP.J.1123.2016.10047

2016-10-24

國(guó)家自然科學(xué)基金(21365026);云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司2015年度科技項(xiàng)目(2015JC07).

Foundation item: National Natural Science Foundation of China (No. 21365026); 2015 Annual Science and Technology Project of Yunnan Tobacco Industry Co., Ltd. (No. 2015JC07).

O658

A

1000-8713(2017)04-0445-08

* 通訊聯(lián)系人.E-mail:44466@163.com.