氣相色譜法同時檢測加熱不燃燒卷煙芯材中的1，2-丙二醇、煙堿與甘油含量

趙光飛　劉靜　屠彥剛　陳華　任俞澄　吳建霖　陳紹全　陳宇超　李銳　張一揚　周桂園

摘要：為準確測量加熱不燃燒卷煙芯材中的1，2-丙二醇、煙堿與甘油含量，將加熱不燃燒卷煙芯材樣品切絲，以1，4丁二醇、正十七碳烷為內(nèi)標，異丙醇內(nèi)標溶液振蕩萃取2h，建立氣相色譜法同時測定1，2-丙二醇、煙堿和甘油含量，并利用卡爾費休水分電位滴定儀檢測樣品中水分，計算得到樣品中1，2-丙二醇、煙堿和甘油的絕干含量。結果表明1，2-丙二醇、煙堿、甘油分別在1.0～10.0mg/mL、0.1～1.0mg/mL、1.0～10.0mg/mL范圍內(nèi)，工作曲線線性良好，相關系數(shù)均高于0.999，相對標準偏差分別為1.50%、2.62%、0.70%，加標回收率在97.11%～102.62%之間，檢出限分別為0.019mg/mL、0.009mg/mL、0.011mg/mL，定量限分別為0.064mg/mL、0.030mg/mL、0.039mg/mL。該方法前處理簡單、安全，定量結果準確可靠、重現(xiàn)性好，適用于加熱不燃燒卷煙芯材中1，2-丙二醇、煙堿、甘油定量分析。關鍵詞：氣相色譜法;加熱不燃燒卷煙芯材;1，2-丙二醇;煙堿;甘油

中圖分類號：TS411;O657.71

文獻標志碼：A

文章編號：1674–5124（2019）03–0069–06

Simultaneous determination of 1，2- propylene glycol， nicotine and glycerol in heat-not- burn cigarette core material by gas chromatography method

ZHAO Guangfei1，2， LIU Jing2， TU Yangang2， CHEN Hua2， REN Yucheng2， WU Jianlin2， CHEN Shaoquan2， CHEN Yuchao2， LI Rui2， ZHANG Yiyang1， ZHOU Guiyuan2

（1. Institute of Tobacco， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China;

2. China Tobacco Schweitzer （Yunnan） Reconstituted Tobacco Co.， Ltd.， Yuxi 653100， China）

Abstract： In order to accurately determine the content of 1，2-propylene glycol， nicotine and glycerol in heat- not-burn cigarette core material， an analysis method was developed by gas chromatography. 1，4-butanediol， and n-heptadecane as double internal standards. Samples were oscillatory extracted for 2h by isopropanol solution and detected by GC. Meanwhile using volumetric KF moisture titrator detected the moisture of samples， then calculated the absolute dry content of 1，2-propylene glycol， nicotine and glycerol of samples. The results showed that the calibration curves of 1，2-propylene glycol， nicotine and glycerol is liner， in the range of 1.0-10.0 mg/mL， 0.1-1.0 mg/mL and 1.0-10.0 mg/mL， r2 were higher than 0.999 and RSD respectively were 1.50%， 2.62%， 0.70%. Spike recovery was between 97.11%-102.62%. The limits of detection （LOD） were 0.019 mg/mL， 0.009 mg/mL and 0.011 mg/mL. The limits of quantification（LOQ） were 0.064 mg/mL， 0.030 mg/mL and 0.039 mg/mL. This method is simple， safe， accurate and good reproducibility of quantitative results， suiting for quantitative analysis of 1，2-propylene glycol， nicotine and glycerol in heat-not-burn tobacco products.

Keywords： gas chromatography method; heat-not-burn cigarette core material; 1，2-propylene glycol; nicotine; glycerol

0 引言

加熱不燃燒型煙草制品具有“加熱煙草而不燃燒煙草”的特點，在感官質量及吸食方式上與傳統(tǒng)煙草制品最為相似[1]，在滿足消費者吸煙體驗的同時，能夠有效降低有害成分的釋放量[2-4]。洪群業(yè)等[4]對近年國內(nèi)外加熱不燃燒型煙草制品專利技術統(tǒng)計分析表明，卷煙行業(yè)對加熱不燃燒型卷煙研究呈逐年上升趨勢，已成為國內(nèi)外新型卷煙研究熱點。加熱不燃燒卷煙最重要的組成部分是卷煙芯材以及芯材所負載的發(fā)煙劑、煙堿和香氣物質。研究表明，1，2-丙二醇和甘油在卷煙配方中既有保潤作用，又能促進加熱不燃燒卷煙產(chǎn)品在加熱狀態(tài)下釋放煙氣和香氣物質[5-7]，因此常被作為加熱不燃燒卷煙芯材中的發(fā)煙劑[8]，其用量對煙氣產(chǎn)生的機制和香氣釋放具有關鍵的作用;同時，煙堿含量是所有煙草制品重要指標，決定著煙草制品是否能滿足消費者生理需求[9];因此，準確測量1，2-丙二醇、甘油和煙堿對于加熱不燃燒卷煙芯材具有重要意義。

目前檢測1，2-丙二醇、甘油主要有氣相色譜（GC）法[10]、高效液相色譜（HPLC）法[11-12]、氣相色譜-質譜聯(lián)用（GC-MS）法[13];其中，GC和HPLC法已被列為CORESTA推薦方法[14-15]，國內(nèi)煙草行業(yè)也建立了相應的檢測標準[16-18]。測定煙堿主要有GC法[19-20]、連續(xù)流動分析法（CFA）[21]等，國內(nèi)煙草行業(yè)檢測標準以GC法[22-23]為主，但煙草制品中同時檢測1，2-丙二醇、甘油、煙堿的行業(yè)標準尚未建立。蔡君蘭等[24-25]用含有1，4-丁二醇和2-甲基喹啉雙內(nèi)標的異丙醇溶液萃取，氣相色譜同時分析了電子煙煙液中1，2-丙二醇、煙堿和甘油含量，但針對加熱不燃燒卷煙芯材的研究尚未見報道?；诖耍疚慕⒘藲庀嗌V同時測定加熱不燃燒卷煙芯材中1，2-丙二醇、煙堿和甘油含量的分析方法，對樣品水分檢測、前處理和色譜分析條件進行了優(yōu)化;因為加熱不燃燒卷煙芯材中大量的甘油、丙二醇的使用，使得樣品中水分不宜采用傳統(tǒng)烘箱法測定，故利用卡爾費休水分滴定儀[26]檢測;采用含有1，4-丁二醇和正十七碳烷雙內(nèi)標的異丙醇溶液萃取，氣相色譜同時測定，得到樣品中1，2-丙二醇、煙堿和甘油的絕干含量，對加熱不燃燒卷煙芯材產(chǎn)品的開發(fā)和品質改善具有參考價值。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

材料：取樣于中煙施偉策（云南）再造煙葉有限公司生產(chǎn)線。

試劑：1，2-丙二醇（純度>99.5%，阿拉丁試劑上海有限公司）;煙堿（純度>97%，加拿大TRC公司）;甘油標準品（純度>99.5%，阿拉丁試劑上海有限公司）;正十七碳烷（純度>99%，ACROS公司）;1，4-丁二醇標準品（純度>98.2%，CHEMSERVICE公司）;異丙醇（色譜純，美國Fisher公司）;甲醇（色譜純，德國Merck公司）;卡爾費休試劑3-5（安全型無吡啶，分析純，上海新中化學科技公司）。

儀器：Agilent7890B氣相色譜儀（美國Agilent公司，配有氫火焰檢測器）;切絲機（河南省開封捷利器材廠）;HY-8調速多用振蕩器（金壇市友聯(lián)儀器研究所）;BSA224S-CW電子天平（感量：0.0001g，德國Sartorius公司）;V10S卡爾費休水分測定儀（瑞士METTLER-TOLEDO公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 溶液配制

1）內(nèi)標萃取劑配制

分別稱取5g1，4-丁二醇（精確到0.0001g）、0.6g正十七碳烷（精確到0.0001g）至同一1L容量瓶，異丙醇溶解并定容至刻度，二者質量濃度分別為5mg/mL、0.6mg/mL。0～4°C保存，備用。

2）標準工作液配制

混合標液配制：按其純度折算為100%質量，分別稱取0.25g煙堿（精確到0.0001g），2.5g丙二醇、甘油（精確到0.0001g），用內(nèi)標萃取液定容于50mL容量瓶，煙堿質量濃度為5mg/mL，丙二醇、甘油為50mg/mL。0～4°C保存，備用。

工作液配制：分別移取混合標準液0.2，0.5，1.0，1.5，2.0mL于10mL容量瓶，內(nèi)標萃取液定容，制得煙堿質量濃度分別為0.10，0.25，0.50，0.75，1.00mg/mL，丙二醇、甘油濃度分別為1.00，2.50，5.00，7.50，10.00mg/mL的五級標準工作液，進行GC-FID分析。

1.2.2 樣品前處理

將樣品切絲，準確稱取1g樣品，精確0.0001g，置于150mL錐形瓶中，加入50mL內(nèi)標萃取液，室溫下振蕩2h，加入適量無水硫酸鈉除水，取上層清液，0.45μm有機濾膜過濾，進行GC-FID定量分析。

水分檢測按照國標[26]，利用卡爾費休電位滴定儀測定樣品原始水分。

1.2.3 色譜條件

色譜柱為DB-WAX（30m×0.32mm，0.25μm）;程序升溫，初溫100°C（保持4min），以15°C/min的速率升至230°C，保持2.5min;進樣口溫度為250°C;FID檢測器溫度275°C;載氣為氮氣，載氣流量1.5mL/min，恒流模式;空氣流量300mL/min;氫氣30mL/min;尾吹氣氮氣25mL/min;進樣體積為1μL，分流進樣，分流比10：1。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

樣品中目標物百分含量X以每克試樣中含有目標物的質量數(shù)來表示，即：

式中：X——加熱不燃燒試樣中目標物百分含量，%;

c——測得的目標物質量濃度，mg/mL;

V——內(nèi)標萃取液的體積，mL;

m——加熱不燃燒試樣質量，mg;

w——卡爾費休法檢測樣品水分，%;

2 結果與討論

2.1 內(nèi)標的選擇

綜合考慮內(nèi)標物與被分析的樣品組分有基本相同或盡可能一致的物理化學性質（如化學結構、極性、揮發(fā)度及在溶劑中的溶解度等）、色譜行為和響應特征，以及在色譜分析條件下，保證內(nèi)標物必須能與樣品中各組分充分分離原則，同時考慮到加熱不燃燒卷煙芯材中煙堿與1，2-丙二醇、甘油含量差異較大，因此本方法采用雙內(nèi)標進行定量測定。本方法參照行業(yè)標準[16-17]，以1，4-丁二醇作為1，2-丙二醇和甘油內(nèi)標，同時參照國標[23]，以正十七碳烷作為煙堿內(nèi)標，利用異丙醇（未加內(nèi)標）直接萃取樣品，色譜圖見圖1（a），從圖中可知，加熱不燃燒卷煙芯材中不含1，4-丁二醇和正十七碳烷，峰形較好，樣品中其他成分與內(nèi)標峰無重疊。

2.2 色譜峰化合物定性

分別對比1，2-丙二醇、煙堿、甘油標樣及加熱不燃燒再造煙葉樣品在氣相色譜上的保留時間，來確定檢測目標化合物;為了排除其他化合物干擾，同時在加熱不燃燒卷煙芯材樣品中加入標準品，重疊對比色譜圖詳見圖1（b），查看色譜峰響應是否增加以確定目標化合物。

2.3 萃取方式、萃取劑選擇

綜合考慮超聲萃取不僅噪音大，而且會造成萃取溶液發(fā)熱揮發(fā)，從而引起樣品中的1，2-丙二醇、煙堿、甘油濃度變化，故采用振搖萃取樣品。取已知甘油含量分別為15%、25%、30%，1，2-丙二醇均為5%的樣品1號，2號和3號，以甲醇、異丙醇內(nèi)標溶液進行萃取效率比較，每個樣品測2個平行，結果見表1。從檢測結果分析，異丙醇作為萃取劑時，1，2-丙二醇、甘油檢測結果比甲醇萃取時高，且更接近配方理論值，同時考慮到異丙醇比甲醇對人體危害小，故本方法采用異丙醇作為加熱不燃燒卷煙芯材萃取試劑。

2.4 萃取時間選擇

在確定利用異丙醇振搖萃取樣品的基礎上，比較了萃取時間為1，2，3h的萃取效率。1，2-丙二醇、煙堿、甘油檢測結果見表2。結果顯示，萃取時間從1h增加到3h，1，2-丙二醇、煙堿、甘油測定結果的相對標準偏差為0.80%、2.17%、1.49%，表明萃取時間主要影響煙堿、甘油檢測結果，當萃取時間為2h時，煙堿、甘油檢測結果明顯高于1h，與萃取3h基本相等，綜合考慮整個樣品檢測時間，確定萃取時間為2h。

2.5 標準工作曲線、檢測限及定量限

將五級標準工作液進行GC-FID分析，標準樣品色譜圖見圖2（a），建立標準工作曲線，將各目標物峰面積與內(nèi)標物峰面積之比和各目標物濃度與內(nèi)標物濃度之比進行線性回歸分析，得到1，2-丙二醇、煙堿、甘油標準工作曲線及相關系數(shù)，見表3。將最低濃度混合標液進樣10次，分別通過標準曲線定量每次進樣的1，2-丙二醇、煙堿、甘油濃度含量，并計算檢測結果的標準偏差，以3倍和10倍標準偏差確定為檢測限和定量限。結果表明，3種目標物的工作曲線線性良好，相關系數(shù)均高于0.999;1，2-丙二醇、煙堿、甘油檢測限分別為0.019mg/mL、0.009mg/mL、0.011mg/mL，定量限為0.064mg/mL、0.030mg/mL、0.039mg/mL，檢測限遠低于加熱不燃燒卷煙芯材中目標物含量，適用于目標物定量分析。

2.6 精密度與回收率

對同一加熱不燃燒卷煙芯材稱取6個平行樣品進行檢測，檢測結果的相對標準偏差為精密度，見表4。

取上述加熱不燃燒卷煙樣品3份，以樣品中1，2-丙二醇、煙堿、甘油的絕干含量為基準，分別加入低、中、高3個水平的1，2-丙二醇、煙堿、甘油標準品，每個添加水平測2個平行樣。加標后的樣品分別進行前處理和GC-FID分析，并由樣品中原含量、加標量和測定值計算樣品加標回收率，結果見表5。

由表4，表5可知：1，2-丙二醇、煙堿、甘油相對標準偏差分別為1.50%、2.62%、0.70%，加標回收率范圍分別為100.30%～102.62%、99.36%～100.17%、97.11%～102.33%，說明方法的準確率高、重復性好，適用于加熱不燃燒卷煙芯材中1，2-丙二醇、煙堿、甘油的定量分析。

2.7 樣品檢測

采用本方法測定16個市售加熱不燃燒卷煙芯材樣品，檢測結果如表6所示。從表中可看出，所測16個樣品中均檢測出1，2-丙二醇、煙堿、甘油（若實際樣品中1，2-丙二醇、煙堿、甘油濃度超出標準工作曲線濃度范圍，需進行一定倍數(shù)稀釋后再進行GC-FID分析），含量分別在0.38%～4.38%、0.39%～1.42%、12.33%～24.60%之間，圖2（b）為加熱不燃燒卷煙芯材樣品色譜圖。

3 結束語

本文采用異丙醇為振蕩萃取劑，正十七碳烷和1，4-丁二醇為雙內(nèi)標定量，建立了氣相色譜-氫火焰離子化檢測器同時分析加熱不燃燒卷煙芯材中煙堿、1，2-丙二醇和甘油含量的方法。并使用卡爾費休水分電位滴定儀測定樣品中的水分，最終得到煙堿、1，2-丙二醇和甘油在樣品中的絕干含量。實驗結果表明該方法前處理簡單、安全，定量結果準確可靠，重現(xiàn)性好，選擇性高，適用于加熱不燃燒卷煙芯材中1，2-丙二醇、煙堿、甘油定量分析。

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（編輯：莫婕）