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造紙法再造煙葉萃濃縮液含水率的測定

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摘要:通過對色譜條件和前處理條件的選擇優化,建立了造紙法再造煙葉萃取液和濃縮液含水率準確、快速測定的氣相色譜法。再造煙葉萃取液或濃縮液樣品經乙醇振蕩萃取過濾后,采用氣相色譜結合熱導檢測器(TCD)進行含水率的測定。結果表明:方法線性范圍為1.00~16.00mg/mL,R2=0.9999,加標回收率在96.7%~101.8%,檢出限和定量限分別為0.05mg/mL、0.16mg/mL,萃取液和濃縮液測定的RSD分別為0.1%、0.4%(n=6)。該方法可消除煙草萃取液和濃縮液中易揮發性成分對含水率測定的影響,是一種簡單、快速、準確可靠的方法。

關鍵詞:再造煙葉;萃取液;濃縮液;含水率;氣相色譜法

造紙法再造煙葉萃取液或濃縮液由水和固形物2個部分組成,其含水率指標可間接反映固形物含量的大小。再造煙葉萃取液和濃縮液中的固形物含量是濃縮工序質量控制的核心指標,也是造紙法再造煙葉過程和成品品質控制的關鍵參數。但目前萃取液或濃縮液中固形物含量的測定方法均存在一些缺陷[1],根據再造煙葉萃取液和濃縮液的成分組成,要準確測定其中的固形物含量,可通過測定樣品含水率來實現。目前,含水率的測定方法主要有熱干燥法[2]、烘箱法[3]、蒸餾法[4]、卡爾費休法[5-8]、核磁共振法[9]、近紅外光譜法[10]等。然而,上述方法均存在一些缺點。例如:在熱干燥法和烘箱法的實際溫度下,所失去的是揮發性物質的總量,而不完全是水分;在蒸餾法復雜體系中,水與有機溶劑易發生乳化現象,樣品中的水分可能未完全揮發出來,水分有時附著在冷凝管壁上,造成讀數誤差;卡爾費休法消耗試劑多、操作繁瑣;近紅外光譜法需要先建模,但建模的難度較大,定標樣品的選擇、制備,精確的化學分析,基礎數據的準確性以及選擇計量學方法的合理性,都將直接影響最終的分析結果。氣相色譜法(GC)則能夠消除揮發性成分對含水率測定結果的影響[11],具有快速、靈敏、準確等優點,現已廣泛用于中藥[12]及煙草[13-15]含水率的測定。但目前有關氣相色譜測定再造煙葉萃取液和濃縮液含水率的研究尚未見報道。為此,本研究針對上述分析方法的不足,建立了測定再造煙葉萃取液和濃縮液含水率的氣相色譜法,為再造煙葉固形物含量的準確測定奠定基礎。

1材料與方法

1.1儀器與試劑超純水(符合GB/T6682—2008[16]中一級水的要求);無水乙醇(液相色譜級/光譜級,美國ACS);異丙醇(液相色譜級,安徽天地高純溶劑有限公司)。Agi⁃lent6890氣相色譜儀(美國Agilent公司,配備熱導檢測器);Milli-QElement型超純水儀(美國Millipore公司);HY-5型回旋式振蕩器(常州市金壇區環宇科學儀器廠);電子天平(METTLETOLEDOAL204-1C,感量0.0001g);100mL具塞錐形瓶(天長市天滬分析儀器有限公司);有機相、水相針式濾器(13mm×0.45μm,美國Millipore公司);5mL一次性注射器(鄭州康佳醫療器械有限公司)。1.2樣品前處理樣品來自安徽中煙再造煙葉科技有限責任公司及其他再造煙葉公司生產的再造煙葉萃取液和濃縮液樣品。將再造煙葉萃取液或濃縮液樣品充分搖晃均勻,準確稱量0.5g到100mL干燥具塞的錐形瓶中,加入50mL含內標(異丙醇12.5mL/L)的乙醇溶液,振蕩萃取10min;分析前,應搖動萃取液使水分均勻,使用注射器移取約5mL萃取液,在注射器上裝13mm×0.45μm的有機相針式濾器,先放出部分(約3mL)萃取液以沖洗濾膜,然后將后續過濾的萃取液轉移至色譜瓶中,上蓋密封,進行氣相色譜分析。為消除試劑、環境、容器等因素的影響,應進行空白實驗,在100mL干燥具塞的錐形瓶中,不加樣品,按照上述步驟,得到空白溶液,進行氣相色譜分析。2.1.2載氣流速實驗在參考國內外標準和文獻報道[13-15]的基礎上,比較170℃等溫時分別采用載氣流速為10mL/min、15mL/min、30mL/min和35mL/min時的分離效果,結果表明:在不同載氣流速條件下,樣品中各組分均1.3氣相色譜分析條件不銹鋼填充色譜柱:AgilentPorapakQ柱[長度1.8m,內徑2mm,固定相150~180μm(80~100目)];柱箱溫度:170℃,等溫;進樣量:1μL;進樣口溫度:250℃;載氣:氦氣,流速10mL/min;檢測器:熱導檢測器(TCD);檢測器溫度:250℃。1.4定性定量分析方法采用保留時間定性,內標法標準曲線定量。樣品含水率按下式進行計算:式中:X—樣品含水率,%;ct—由標準工作曲線得到的水分質量濃度,mg/mL;cb—空白試驗的水分質量濃度,mg/mL;m0—稱取樣品質量,g;Vt—萃取劑體積,mL。

2結果與分析

2.1色譜條件的選擇2.1.1升溫程序關于氣相色譜法檢測煙草及煙草制品中水分含量的相關標準和文獻已有報道[13-15]。實驗在參考國內外標準和文獻報道的基礎上,對填充柱分別采用表1中的條件進行驗證比較,結果表明,在170℃等溫條件下測定,樣品中的水、乙醇及異丙醇(內標)的分離效果很好,且7min已出峰完畢,分析時間較短;采用80℃、90℃初始溫度進行程序升溫時,雖然樣品中的3個目標物可以有效分離,但基線不是很平穩,且分析時間相對較長(圖1)。故實驗采用PorapakQ填充色譜柱170℃等溫條件測定。可有效分離,且基線較平穩,載氣流速越大,化合物出峰越快,分析時間越短(圖2)。從節約資源角度考慮,實驗載氣流速選擇10mL/min。2.1.3內標實驗采用乙醇為萃取溶劑,甲醇和異丙醇為內標,在柱箱溫度170℃、載氣流速為10mL/min條件下,對同一樣品連續進樣200次測定,水、甲醇、乙醇、異丙醇峰面積的相對標準偏差(RSD)分別為1.46%、1.20%、1.29%和1.22%,說明甲醇和異丙醇均比較穩定。考慮到甲醇毒性較大,結合色譜分離效果(圖3),實驗最終確定以異丙醇作為內標。

2.2萃取條件的選擇2.2.1萃取溶劑由于水分極性較強,實驗考察了強極性溶劑甲醇、乙醇和異丙醇萃取效果,分別稱取0.5g濃縮液和萃取液樣品,再分別加入50mL的甲醇、乙醇和異丙醇,室溫下振蕩萃取20min,考察3種溶劑對含水率測定結果的影響,每種溶劑平行測定5次,取結果的平均值進行比較。結果表明,甲醇和乙醇對樣品水分萃取的能力較好,異丙醇最差。甲醇與乙醇相比,測定的結果較相近,樣品中水分含量的相對偏差均<0.5%(表2)。異丙醇與甲醇、乙醇相比,測定濃縮液含水率的相對偏差均>4%,這可能是由于甲醇和乙醇的極性與水較接近,容易分散濃縮液和萃取液樣品,從而使水分萃取更完全。考慮到甲醇溶劑毒性較大,所以實驗選擇乙醇為萃取溶劑。2.2.2萃取方式分別準確稱取再造煙葉濃縮液和萃取液樣品0.5g,選用甲醇和乙醇為萃取溶劑,采用手搖和振蕩2種萃取方式測定含水率,結果表明:甲醇和乙醇做溶劑時,手搖與振蕩萃取20min測定結果相近(表3)。從實驗方法要求操作規范的角度考慮,最終選擇乙醇做溶劑振蕩萃取的方式。2.2.3萃取時間分別稱取0.5g濃縮液和萃取液樣品,加入50mL含有12.5mL/L異丙醇(內標)的乙醇溶劑,在室溫下振蕩萃取,考察萃取時間對含水率測定的影響,每個時間條件下平行測定5次,取結果的平均值。結果表明:萃取時間對含水率結果影響不顯著,因此選擇振蕩萃取10min(圖4)。2.2.4稱樣量分別準確稱取0.1g、0.3g、0.5g、0.7g再造煙葉濃縮液樣品,加入50mL含有12.5mL/L異丙醇(內標)的乙醇溶劑,在室溫下振蕩萃取20min,每個稱樣量條件下平行測定5次,取結果的平均值。結果表明:不同的稱樣量含水率測定結果基本相同,說明稱樣量對實驗結果的影響不明顯。為盡量減少稱量誤差,實驗選擇0.5g為本方法的稱樣量(圖5)。2.2.5測試樣品溶液穩定性按照1.2中方法處理樣品,室溫下密封存放不同時間后進行測定,以考察樣品測試溶液的穩定性,結果見圖6。由圖6可知,萃取液含水率隨放置時間延長變化很小,96h內含水率與初始值相對偏差在0.5%以內;而濃縮液在放置24h內,含水率與初始值相對偏差在0.5%以內,放置30h后,含水率開始逐漸降低,濃縮液萃取后放置30h、48h、72h和96h時含水率與初始值的相對偏差分別為1.63%、1.82%、1.98%和2.38%。為減少放置時間對含水率的影響,處理后的樣品溶液最好在24h內完成測試。

2.3含水率測定方法評價2.3.1方法的線性關系、檢測限及定量限分別稱取0、50mg、100mg、200mg、400mg、600mg和800mg水,準確加入50mL含內標(異丙醇12.5mL/L)的乙醇溶液,得到不同梯度濃度的標準工作溶液。將配制的系列混合標準溶液按照優化后的條件進行分析,以標準溶液中水分與內標物的峰面積比值(y)對相應的濃度(x,mg/mL)進行線性回歸分析,得線性回歸方程y=0.3317x+0.1863及其相關系數(R2=0.9999),滿足內標法定量要求。方法的檢出限(LOD)和定量限(LOQ):以最低濃度的水分標準溶液,重復進樣10次,得到測定值的標準偏差(SD),以3倍SD計算檢測限為0.046mg/mL,以10倍SD計算定量限為0.155mg/mL。2.3.2方法的回收率和重復性采用上述優化后的條件對同一再造煙葉萃取液和濃縮液樣品進行6次平行處理、測定,結果見表4。方法的回收率實驗采用樣品加標法,同一再造煙葉萃取液、濃縮液樣品分別取4份,其中1份不加標樣,另外3份分別加入低、中、高3個水平等級的水分標準溶液,按實驗方法操作,測得樣品、低、中、高4個水平下的含水率。每個水平平行測定5次,取平均值進行加標回收率的計算。結果表明,再造煙葉濃縮液的加標回收率在96.73%~100.83%,RSD<0.5%;再造煙葉萃取液的加標回收率在98.18%~101.79%,RSD<0.1%,說明方法的準確性高,重復性好(表4)。

2.4實際樣品測定結果選擇不同的再造煙葉萃取液(C1~C10)、濃縮液(N1~N7)和涂布液(T1~T3)樣品,采用本方法測定其含水率,結果如表5所示。由表5可知,不同樣品溶液的含水率不同,濃縮液樣品含水率一般在40%~65%,萃取液含水率較高,一般在85%以上,無論是萃取液還是濃縮液,使用本方法均可準確測定其含水率。

3結論與討論

本文通過對色譜條件、萃取條件等的優化,建立了再造煙葉萃取液和濃縮液含水率的氣相色譜法。采用本方法,6次測定萃取液和濃縮液的變異系數分別為0.09%和0.39%,加標回收率在96.73%~101.79%,檢出限為0.046mg/mL,定量限為0.155mg/mL。該方法具有操作簡單、靈敏度高、重現性好的特點,適合大批量樣品的快速測定。另外,本方法可消除煙草萃取液和濃縮液中易揮發性成分對含水率測定的影響,測定結果更準確、可靠。

參考文獻

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作者:汪華 黃蘭 葛少林 黃傳喜 張朝 朱青林 單位:安徽中煙工業有限責任公司技術中心

江蘇造紙雜志責任編輯:張雨    閱讀:人次
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