气相色谱论文 (2)

气相色谱在烟草中的应用摘要：色 谱 法 利 用 不 同 物 质 在 不 同 相 态 的 选 择 性 分 配 ， 以 固 定 相对 流 动 相 中 的 混 合 物 进 行 洗 脱 ， 混 合 物 中 不 同 的 物 质 会 以 不 同 的速 度 沿 固 定 相 移 动 ， 最 终 达 到 分 离 的 效 果 。 气相色谱法是指用气体作为流动相的色谱法。由于样品在气相中传递速度快，因此样品组分在流动相和固定相之间可以瞬间地达到平衡。另外加上可选作固定相的物质很多，因此气相色谱法是一个分析速度快和分离效率高的分离分析方法。近年来采用高灵敏选择性检测器，使得它又具有分析灵敏度高、应用范围广等优点。与此同时，广大烟草科研者也将气相色谱分析技术应用到了烟草化学研究和烟草工业发展中，气相色谱分析技术也成为烟草理化指标分析及烟气有害成分研究等领域必不可少的分析手段，本论文对此进行了阐述关键词：色谱 原理 烟草 应用Gas Chromatography In The Application Of TobaccoAbstract: By using different chromatography material in different phases of selective distribution to the stationary phase of the mixture of mobile phase for elution and mixture of different material in different speed along the stationary phase mobile, and finally reach the effect of separation. Gas chromatography method is to use gas as mobile phase chromatographic method. Because the sample in gas phase in the transfer speed, so sample components in flow and stationary phase can be to achieve the balance between instantly. Add another can be chosen for stationary phase of material a lot, so gas chromatography is a analysis speed and high separation efficiency of separation and analysis methods. In recent years the high sensitive selective detector, and make it also has high sensitivity analysis, application range, etc.Key words: Chromatographic Principle Tobacco Applications引言气相色谱是二十世纪五十年代出现的一项重大科学技术成就。这是一种新的分离、分析技术，它在工业、农业、国防、建设、科学研究中都得到了广泛应用。气相色谱可分为气固色谱和气液色谱。气固色谱的“气”指流动相是气体，“固”指固定相是固体物质。例如活性炭、硅胶等。气液色谱的“气”字指流动相是气体，“液”指固定相是液体。例如在惰性材料硅藻土涂上一层角鲨 烷，可以分离、测定纯乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙 烷等杂质。1 气相色谱的发展以及原理1.1 气相色谱的发展气相色谱的发展与下面两个方面的发展是密不可分的。一是气相色谱分离技术的发展，二是其他学科和技术的发展。1952 年James 和 Martin 提出气液相色谱法，同时也发明了第一个气相色谱检测器。这是一个接在填充柱出口的滴定装置，用来检测脂肪酸的分离。用滴定溶液体积对时间做图，得到积分色谱图。以后，他们又发明了气体密度天平。1954 年 Ray 提出热导计，开创了现代气相色谱检测器的时代。此后至 1957 年，是填充柱、TCD 年代。1958年 Gloay 首次提出毛细管，同年，Mcwillian 和 Harley 同时发明了FID，Lovelock 发明了氩电离检测器（AID）使检测方法的灵敏度提高了 23 个数量级。20 世纪 60 和 70 年代，由于气相色谱技术的发展，柱效大为提高，环境科学等学科的发展，提出了痕量分析的要求，又陆续出现了一些高灵敏度、高选择性的检测器。如 1960年 Lovelock 提出电子俘获检测器（ECD）；1966 年 Brody 等发明了FPD；1974 年 Kolb 和 Bischoff 提出了电加热的 NPD；1976 年美国HNU 公司推出了实用的窗式光电离检测器（PID）等。同时，由于电子技术的发展，原有的检测器在结构和电路上又作了重大的改进。如 TCD 出现了衡电流、横热丝温度及衡热丝温度检测电路；ECD 出现衡频率变电流、衡电流脉冲调制检测电路等，从而使性能又有所提高。20 世纪 80 年代，由于弹性石英毛细管柱的快速广泛应用，对检测器提出了体积小、响应快、灵敏度高、选择性好的要求，特别是计算机和软件的发展，使 TCD、FID、ECD、和 NPD 的灵敏度和稳定性均有很大提高，TCD 和 ECD 的池体积大大缩小。 1-3进入 20 世纪 90 年代，由于电子技术、计算机和软件的飞速发展使 MSD 生产成本和复杂性下降，以及稳定性和耐用性增加，从而成为最通用的气相色谱检测器之一。其间出现了非放射性的脉冲放电电子俘获检测器（PDECD）、脉冲放电氦电离检测器（PDHID）和脉冲放电光电离检测器（PDECD）以及集次三者为一体的脉冲放电检测器（PDD），4 年后，美国 Varian 公司推出了商品仪器，它比通常 FPD 灵敏度高 100 倍。另外，快速 GC 和全二维 GC 等快速分离技术的迅猛发展，促使快速 GC 检测方法逐渐成熟。 1.2 气相色谱的原理GC 主要是利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离。待分析样品在汽化室汽化后被惰性气体（即载气，也叫流动相）带入色谱柱，柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡。但由于载气是流动的，这种平衡实际上很难建立起来。也正是由于载气的流动，使样品组分在运动中进行反复多次的分配或吸附/解吸附，结果是在载气中浓度大的组分先流出色谱柱，而在固定相中分配浓度大的组分后流出。当组分流出色谱柱后，立即进入检测器。检测器能够将样品组分的与否转变为电信号，而电信号的大小与被测组分的量或浓度成正比。当将这些信号放大并记录下来时，就是气相色谱图了。气相色谱仪由以下五大系统组成：气路系统、进样系统、分离系统、温控系统、检测记录系统。组分能否分开，关键在于色谱柱；分离后组分能否鉴定出来则在于检测器，所以分离系统和检测系统是仪器的核心。2 气相色谱在烟草中的应用2.1 卷烟间热解产物为有效控制吸烟烟气的危害性，探索烟草成分与烟气成分间的成因规律，烟草热解建模和燃烧机理研究已成为重要研究领域之一。因烟草燃吸的复杂性（600 l000C） ，近年来，国内外利用不同采样方法，如水蒸气蒸馏、有机溶剂萃取、顶空共蒸馏、同时蒸馏萃取和 SPME（soiide phase microextracts）等，与气相色谱-质谱（GC/ MS）联用，对烟草和烟气化学成分进行分析已有较多研究。但因这些方法制样过程前处理步骤多，持续时间长，易造成成分损失，因此，分析结果不能客观反映燃吸前后过程变化，更不能为烟草热解建模或推测热解机理提供可靠支撑。故模拟吸烟过程，即快速（3 s）使烟草升温（900 l000C）作为采样方法，并与 GC/ MS 联用对烟草成分进行分析研究。方法：将不同待测卷烟样品的烟丝在 40C 左右干燥并粉碎，定量称质后置入热解样品管；固相微萃取（SPME）采样：将待测卷烟滤嘴去掉，置于吸烟机按标准方法抽吸，将 SPME 纤维头（ 85m poiyacryiate coating）置于新鲜烟气袋，吸附 l5 min 后，在 GC / MS 上热脱附进样。 热解条件：INTERFACE（ 接口温度）： 260C；RAMP（ 升温速度）：l0C / ms；TEMP（ 热解温度）：950C；TIME（热解时间）：2 s。GC/MS 条件 HP-5MS（Crossiinked 5% PH ME Siioxane）毛细管柱：30 m X0. 25 mm X0. 25 m；载气：He；柱前压：4. 7 psi；进样口温度：250C。程序升温：40C（5 min）一、4C / min 60C（l0 min）一、4C / min 240C（20 min） ；分流比：601l；电离电压： 70 eV；离子源温度：230C；使用 NBS75K. L 谱库进行谱图检索。结果：卷烟燃吸时燃烧锥温度在 900C 左右，模拟吸烟快速高温状态，利用 Py-GC / MS 法分析其热解成分，操作简便，耗时短，重复性好，比采用SPME-GC / MS 法能捕集更多的热解成分，对研究卷烟热解过程或机理具有一定参考价值。但因烟叶化学成分复杂，加之加香加料和工艺条件等因素影响，依热解产物和烟气成分推测烟丝中前提物构成还有待作大量深入研究 4-6。2.2 农药残留量得出结烟草种植主要使用甲氰菊脂、三氟氯菊脂、氯菊脂、氯氰菊脂、氰戊菊脂、溴氰菊脂6 种或其混配药剂防治害虫。以往对此类农药残留量的检测分单项进行，使用填充柱和窄口径毛细管柱色谱，填充柱虽然容量大，对保留时间相近的异构体分离效果差；窄口径柱分离效果好，但容量小。本文使用大口径毛细管柱气相色谱同时测定烤烟及卷烟中6 种拟除虫菊脂农药残留量，得到了一种比较理想的色谱分析条件和方法，本法具有快速、准确、重现性好等特点。方法：控制条件：气化室温度270C，柱温230C，进样口温度230C，载气（高纯N2）65 mL / min，进样量5.0L。操作步骤：提取取（过0.25 mm 筛）烟样5.000 g 于250 mL 三角瓶，少许水润湿，加入90 mL 丙酮，振摇15min，置布氏漏斗抽滤（滤纸经丙酮浸提处理）。取出残渣加入70 mL 丙酮再次振摇10 min，抽滤，用20mL 丙酮洗涤三角瓶和残渣，合并滤液于250 mL 圆底烧瓶中。在水浴50C的旋转蒸发器中真空浓缩至约50 mL 左右，加入25 mL 凝结液摇匀放置5 min，布氏漏斗抽滤，用100 mL 混合液分多次洗涤烧瓶和残渣，合并于500 mL 分液漏斗中，加10 mL 饱和氯化钠，100 mL 2%硫酸钠，用（50、50、25 mL）石油醚分三次萃取。每次上层石油醚均通过装有20 g 无水硫酸钠的漏斗干燥，用石油醚清洗漏斗中的无水硫酸钠，收集于200 mL 圆底、在水浴60C的旋转蒸发器中浓缩至约2 mL，过弗罗里硅土柱层析净化。净化玻璃层析柱底部垫少许脱脂棉（经丙酮浸提处理），装入2 cm 无水硫酸钠，4 g 弗里罗硅。最终果 7-11。2.3 烟叶中烟草特有亚硝胺基降烟碱(NNN)，N一亚硝基新烟碱(NAr)，No亚硝基假木贼碱(NAB)和4一(N一甲基亚硝胺基)一1一(3一吡啶基)-1一丁酮(NNK)研究得最为深入。有关TSNA的致病机烟草特有亚硝胺(TSNA)是烟草中一类具有强致癌性的化合物，其中：N，_亚硝理已有大量报道，NNN特别是NNK是强烈的动物致癌剂它能使动物活体和离体的人体组织中的DNA甲基化，而遗传密码中带06一甲基鸟瞟呤的DNA是一种化学损害，有可能引起肿瘤。另外还发现：当给小鼠喂饲高脂肪食物时，NNK能诱导环加氧酶一2活性增强。而环加氧酶一2活性过量表达则意味着许多疾病的发生，其中包括癌变“。烟草特有亚硝胺(TSNA)在烟叶和卷烟烟气中都存在，在用cw标记的NNN和NNK的研究证明，卷烟烟气中有2545的TSNA来自烟叶，而其余的产生于热解合成反应。也有人认为烟气中的TSNA主要来自烟叶，这说明烟叶在全部TSNA的形成中占有非常重要的地位。因此对烟草烟叶中的TSNA进行定量检测和分析十分必要。TSNA在烟草中的含量极微，一般浓度均在ggxl0-6-ggxl04级141，而且每一种TSNA的含量也不相同，其中NNN，NAT和NNK的含量相对较大；而NAB含量则更加微少，且与NAT很难分离，几乎无法进行准确地定量分析，其含量通常是和NAT一起被报道的。1975年开始用高效液相色谱仪与质谱仪联机的方法对烟草的NNN进行定量分析161，取得了预期的效果。同年，热能分析仪问世，它的出现较好地解决了极微量的各类TSNA的检测问题。使用热能分析仪与气相色谱仪或高效液相色谱仪联用对烟草特有亚硝胺进行分析具有其它方法不可替代的作用。因为热能分析仪作为气相色谱仪或高效液相色谱仪的检测器具有相当高的灵敏度，可以检测到烟草中gxl04浓度的亚硝胺。但是热能分析仪价格昂贵且专用性很强，一般实验室很难配备，这样便限制了它的应用。1986年，运用GcMs在选择离子扫描模式下对烟草和烟气中的NNN和NNK进行分析m，也取得了一定效果。近年来人们开始采用气相色谱仪配备氮磷检测器来测定烟草中的特有亚硝胺也取得了较好的效果m“q，但是检测的结果不十分理想，含量极微的NAB不易被检测出来。发展了以前的应用气相色谱仪配备氮磷检测器来测定烟草中特有亚硝胺方法，检测出了烤烟中含量相对较低的NNN、NAT、NAB、NNK 4种烟草特有弧硝胺取得了预期效果 12-16。2.4 烟草表香挥发性与半挥发性成分卷烟配方一直被视为卷烟工业的核心技术，而香精香料的使用是其中重要环节之一。烟用香精香料多取材于天然香料植物，受原料产地、生产工艺等诸多因素影响，其质量具有一定的波动性，因此香精香料的质量控制对卷烟的生产至关重要。以往香精香料的分析方法中，进行气相色谱分析前需要用有机溶剂进行前处理，且操作时间较长、操作烦琐、重现性不好，不能满足快速、准确的分析要求。固态萃取搅拌棒(SBSE)是近几年新发展起来的技术之一。1999年加拿大学者Arthur和Janusz Pawliszyn等学者在研究固相微萃取(SPME)技术时发现，虽然样品中被测定物质的浓度很高，但是SPME测定的回收率仍然很低，测定的灵敏度仍然不够高。通过研究发现，将聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂敷在萃取棒上(膜厚0510mm)，萃取棒固相萃取体积是SPME的50倍以上，具有比SPME更小的相比(水相体积PDMS相体积)，获得了很高的测定灵敏度和回收率。之后，Gerstel GmbH公司实现了商品化的磁力搅动吸附萃取棒。从此，SBSE应用于各种水体样品中痕量有机物的分离和浓缩。它不同于传统的液液萃取、固液萃取等。SBSE不需要有机溶剂，是一种环境友好、简便的萃取技术，特别是在许多易乳化、不均匀的样品中表现出突出的优势。SBSE的解吸有两种方式：热解吸与溶剂解吸。根据实际分析物理性质，选择不同的解吸方法。如果萃取的是热不稳定、不挥发物质，采用溶剂解析，再用HPLC分析。目前，SBSE已广泛应用到食品限61、环境7,83等领域，成为了一种简便、灵敏的分析技术，而对烟草表香的分析测定还未见文献报道，因此采用SBSE萃取某烟草表香的挥发性与半挥发性成分，然后将萃取物放入热吸冷进样系统(TDCIS)实现解吸并导入气相色谱质谱仪进行检测。SBSE-TDS-GCMS结合色谱定量方法和色谱指纹技术可以应用到香精香料的质量监控中，对同一牌号表香、不同批次样品分析测定来考察样品质量稳定性 17-18。2.5 卷烟烟气有害成分的测定和分析 主要应用于卷烟烟气气相中的有害成分一氧化碳、 氢氰酸、挥发性的醛类物质、挥发性的亚硝胺、氯乙烯、氮氧化物、氨、吡啶和气相自由基等的测定。卷烟烟气粒相中的有害成分烟草特有亚硝胺、异质环状胺、萘胺、其他亚硝胺类、苯并芘等稠环芳烃类、单元酚及多无酚类(如儿茶酚)固相自由基、钋 210、铀、镍、镉等的测定2.6 生物碱生物碱是烟叶中的主要含氮杂环化合物。它的种类较多，其中最主要的是尼古丁，它是烟草中特有的一种生物碱。绝大部分烟草生物碱是2一吡啶基衍生物，主要以有机酸盐和无机酸盐的形式存在，其含量的高低关系到卷烟的吃味和口感。草中生物碱含量的分析能为卷烟配方提供理论依据。烟草中生物碱的分析方法目前主要有气相色谱法、高效液相色谱法、毛细管电泳法以及超临界流体色谱法等。气相色谱法是分析烟草中生物碱的常用方法。用氨水使烟草中的生物碱游离出来，经二氯甲影甲醇(3：1，VV)一次萃取，过滤进样，即可同时分析烟草中8种主要的生物碱。前处理方法简单，方法重现性好、回收率高，测得的生物碱种类较多。3 总结目前，气相色谱在烟草行业中被广泛应用于烟叶原料中游离氨基酸、农残、烟叶香味物质、烟叶挥发性物质的分析和研究。例如采用毛细管气相色谱法并利用三甲基硅烷化醋化技术，对烟叶中的低级脂肪酸进行定性定量分析；利用气相色谱仪配备氮一磷检测器来测定烟草中的特有亚硝胺也取得了较好的效果；再造烟叶中重要致香成分 口新植二烯、巨豆三烯酮、香叶基丙酮、茄酮、苯甲醇、金合欢基丙酮、二氢猕猴内酯、十六酸甲酯等)的分析和测定。气相色谱的研究与发展，对烟草行业产生了巨大的影响，气相色谱分析技术被应用到了烟草化学和工业、农业研究中以后广大科研工作者对烟叶生长期内在生理生化变化有了进一步的了解，对烟叶的内在品质的提升有了科学的方法，进一步加深了对烟草有害物质的研究，以此来完成减害降焦的目的 19。参考文献:1 张洪非，胡清源，唐纲岭，边照阳，王 芳气相色谱/质谱法分析烟草中 29 种有机磷农药残留。2 杨式华，王保兴，许国旺，武 怡，邹 悦，李璐芸，刘 静 分析科学学报 2008 年 4 月第 24 卷第 2 期。3张建勋，李克安，刘慧芳热解与气相色谱一质谱联用技术 在烟草分析中的应用 分析化学，2004，(5)4.赵国玲.钟科军.闫卫东热裂解气质联用技术研究烟草成分对烟气组分的影响期刊