卷烟主流烟气中氨的测定方法研究.docx

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卷烟主流烟气中氨的测定方法研究

《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NH4+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CORESTA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CORESTA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-12A阳离子交换柱（250×4mm），CG-12A保护柱（50×4mm），CSRS-ULTRA-Ⅱ（4mm）自身再生阳离子抑制器，甲烷磺酸淋洗液（美国戴安公司）；BSA2245-CW电子天平（感量0.0001g，德国赛多利斯公司）；0.45μm水相滤膜（德国MENBRANA公司）、水：

（电阻率为18.2MΩ·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，天津北方天医化学试剂厂）；1000μg/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250mL具塞三角烧瓶中，加入100mL稀硫酸，室温下振荡60min后过滤，收集滤液后使用0.45μm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：

0.02mol/L甲烷磺酸水溶液；

——流速：

1.0mL/min；

——流动相梯度：

恒流；

——进样量：

25μL；

——柱温：

30℃；

——抑制器电流：

59mA。

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：

0.1μg/mL，0.5μg/mL，2.0μg/mL，5.0μg/mL，10.0μg/mL，工作曲线见图1。

图10.1-10.0μg/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=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25mM硫酸溶液，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倍标准偏差作为方法的氨含量定量下限，数据见表1。

表1提取溶液进样10次的分析数据

进样次数

浓度（μg/mL）

1#

0.1029

2#

0.1024

3#

0.0968

4#

0.1032

5#

0.1030

6#

0.0972

7#

0.1022

8#

0.1022

9#

0.0965

10#

0.1013

标准偏差

0.002773

氨含量检出限

0.008318

氨含量定量限

0.02773

本方法氨的检出限为0.008318μg/mL，定量限为0.02773μg/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CORESTA73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%

10mM

0.033

0.456

0.041

0.012

0.103

20mM

0.033

0.477

0.041

0.011

0.102

25mM

0.034

0.479

0.041

0.012

0.104

30mM

0.033

0.465

0.041

0.011

0.104

50mM

0.033

0.449

0.040

0.011

0.103

70mM

0.033

0.454

0.041

0.011

0.105

100mM

0.034

0.452

0.040

0.011

0.103

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%

10

0.0215

0.4490

0.0300

0.0085

0.1050

20

0.0229

0.4439

0.0329

0.0101

0.1035

30

0.0228

0.4432

0.0335

0.0117

0.1003

40

0.0224

0.4604

0.0334

0.0123

0.1079

50

0.0221

0.4654

0.0352

0.0116

0.1033

60

0.0225

0.4689

0.0358

0.0126

0.1018

70

0.0231

0.4593

0.0355

0.0128

0.1012

80

0.0229

0.4527

0.0358

0.0121

0.1038

90

0.0227

0.4687

0.0350

0.0125

0.1052

120

0.0214

0.4606

0.0345

0.0135

0.1055

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%

10

0.0194

0.4185

0.0296

0.0077

0.1024

20

0.0234

0.4498

0.0312

0.0113

0.1005

30

0.0235

0.4695

0.0332

0.0112

0.1037

40

0.0233

0.4664

0.0333

0.0117

0.1048

50

0.0232

0.4701

0.0339

0.0106

0.1009

60

0.0222

0.4659

0.0346

0.0109

0.1054

70

0.0227

0.4491

0.0339

0.0105

0.1035

80

0.0227

0.4610

0.0336

0.0109

0.1040

90

0.0241

0.4447

0.0347

0.0109

0.1047

120

0.0237

0.4516

0.0342

0.0113

0.1007

由表3、表4得到图2-6。

图2烤烟不同时间提取结果

图3白肋烟不同时间提取结果

图4香料烟不同时间提取结果

图5烤烟型卷烟不同时间提取结果

图6混合型卷烟不同时间提取结果

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540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

0.000576

0.005801

0.000849

0.000587

0.002298

水提取40-120分钟

结果标准偏差

0.000647

0.009883

0.000506

0.000399

0.001903

由于硫酸和水提取40-120分钟结果的标准偏差小于0.001，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

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

10

20

30

40

60

钠和氨峰的分离度

2.11

1.93

1.33

1.24

1.03

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3000psi，流速1.5毫升/分钟时泵压在2600psi左右；在1.0mL/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MSA浓度为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7。

表7实验方法的精密度

测试次数

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%

1

0.0382

0.4855

0.0379

0.0152

0.1108

2

0.0374

0.4746

0.0383

0.0159

0.1068

3

0.0393

0.4811

0.0390

0.0148

0.1159

4

0.0385

0.4900

0.0376

0.0142

0.1059

5

0.0377

0.4725

0.0364

0.0140

0.1151

6

0.0381

0.4889

0.0373

0.0145

0.1138

平均值

0.0382

0.4821

0.0377

0.0148

0.1114

标准偏差

0.00065

0.00734

0.00091

0.00068

0.00426

相对标准偏差%

1.6888

1.5229

2.4044

4.5731

3.8271

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8。

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

0.1551

0.0598

0.0964

98.1675

98.70

0.1556

0.0598

0.0965

98.7814

0.1564

0.0598

0.0971

99.1620

中

0.1713

0.0748

0.0971

99.2658

99.44

0.1712

0.0748

0.0970

99.2299

0.1687

0.0748

0.0941

99.8164

高

0.1856

0.0897

0.0956

100.3241

99.28

0.1859

0.0897

0.0976

98.4260

0.1868

0.0897

0.0979

99.0806

白肋烟

低

0.8778

0.3589

0.5216

99.2384

98.79

0.8649

0.3589

0.5120

98.3483

0.8597

0.3589

0.5052

98.7712

中

0.9573

0.4486

0.5067

100.4521

99.89

0.9600

0.4486

0.5130

99.6513

0.9649

0.4486

0.5183

99.5594

高

1.0356

0.5383

0.4995

99.5924

100.28

1.0602

0.5383

0.5221

99.9609

1.0432

0.5383

0.4980

101.2806

香料烟

低

0.1755

0.0799

0.0967

98.6740

98.90

0.1737

0.0799

0.0952

98.1930

0.1760

0.0799

0.0962

99.8422

中

0.1930

0.0999

0.0948

98.3241

98.88

0.1943

0.0999

0.0946

99.8116

0.1960

0.0999

0.0975

98.5187

高

0.2141

0.1199

0.0959

98.5879

99.10

0.2135

0.1199

0.0945

99.2956

0.2146

0.1199

0.0954

99.4272

烤烟型卷烟

低

0.0576

0.0200

0.0380

98.1674

98.96

0.0571

0.0200

0.0372

99.7100

0.0580

0.0200

0.0382

99.0075

中

0.0623

0.0250

0.0375

99.2870

99.65

0.0628

0.0250

0.0378

99.9922

0.0630

0.0250

0.0382

99.6710

高

0.0678

0.0300

0.0380

99.3555

99.76

0.0677

0.0300

0.0380

99.1689

0.0674

0.0300

0.0372

100.7630

混合型卷烟

低

0.4799

0.1998

0.2837

98.1955

98.71

0.4820

0.1998

0.2848

98.6947

0.4825

0.1998

0.2842

99.2487

中

0.5269

0.2498

0.2802

98.8073

99.35

0.5316

0.2498

0.2820

99.9651

0.5349

0.2498

0.2870

99.2876

高

0.5838

0.2997

0.2830

100.3899

100.05

0.5824

0.2997

0.2840

99.5742

0.5841

0.2997

0.2838

100.1750

数据显示，本实验方法的回收率良好。

4.5与CORESTA方法比较

CORESTA37号推荐方法为：

称取样品约250毫克至100毫升具塞三角瓶中，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（min）

Conc.OfMSA

（mM）

EluantGeneratorCurve

FlowRate

（mL/min）

SuppressorCurrent

（mA）

0.0

18

5

1.00

88

7.0

18

5

1.00

88

13.0

40

5

1.00

88

13.1

18

5

1.00

88

18.00

18

5

1.00

88

从简化操作步骤方面考虑，本方法前处理优化为：

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（min）

Conc.OfMSA

（mM）

EluantGeneratorCurve

FlowRate

（mL/min）

SuppressorCurrent

（mA）

0.0

20

5

1.00

59

30

20

5

1.00

59

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

0.02231

0.4204

0.03426

0.01371

0.10450

CRM

0.02288

0.41890

0.03459

0.01330

0.10180

差值

-0.00057

0.00150

-0.00033

0.00041

0.00270

CRM的

r值

0.111/0.004

0.390/0.026

0.111/0.004

0.111/0.004

0.111/0.004

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CORESTA73号推荐方法对r值的要求，结果进行单因素方差分析，结果见表10。

表10两种方法测试结果方差分析

方差分析：

单因素方差分析

SUMMARY

组

观测数

求和

平均

方差

行1

5

0.59518

0.119036

0.029667

行2

5

0.59147

0.118294

0.029442

方差分析

差异源

SS

df

MS

F

P-value

Fcrit

组间

1.38E-06

1

1.38E-06

4.66E-05

0.994722

5.317655

组内

0.236438

8

0.029555

总计

0.236439

9

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，比对情况满意，共同实验结果见表11。

表11CORESTA常规分析化学分学组“离子色谱法测定烟草中的氨”共同试验结果

LaboratoryCode

Sample1

Sample2

Sample3

Sample4

Sample5

Mean

SD

Mean

SD

Mean

SD

Mean

SD

Mean

SD

Lab02

0.362

0.012

0.757

0.004

0.424

0.007

0.100

0.002

0.142

0.009

Lab03

0.377

0.022

0.730

0.004

0.416

0.001

0.140

0.009

0.181

0.003

Lab04

0.366

0.006

0.725

0.004

0.417

0.005

0.113

0.001

0.172

0.005

Lab05

0.360

0.004

0.712

0.005

0.398

0.003

0.122

0.002

0.181

0.002

Lab06

0.351

0.015

0.753

0.008

0.443

0.025

0.130

0.018

0.155

0.004

Lab09

0.275

0.002

0.703

0.005

0.333

0.004

0.046

0.001

0.080

0.001

Lab10

0.290

0.002

0.627

0.022

0.332

0.001

0.097

0.000

0.135

0.002

Lab11

0.321

0.026

0.722

0.025

0.391

0.004

0.117

0.002

0.163

0.003

Lab12

0.316

0.014

0.743

0.016

0.375

0.012

0.103

0.002

0.139

0.002

Lab13

0.367

0.006

0.743

0.017

0.425

0.00