（环境工程专业论文）烟叶化学组成特征的研究及烟叶有机氯农药残留的分析.pdf

摘要 硕i j 论文 摘要 本文建立了基于g c f i d m s 的烟叶化学组成研究方法和g c 1 te c d m s s i m 的 烟叶中有机氯农药残留的分析方法。 优化了超声波辅助液一液萃取、加速溶剂萃取的操作条件，结果表明：超声波辅 助液一液萃取在用1 0m l 乙醚和5m l 正戊烷做萃取溶剂，超声2 0m i n ，重复三次即 可获得较好的回收率，加速溶剂萃取在1g 烟末和1 2g 石英砂混合、1 0 丙酮水( 体 积比) 做萃取溶剂，1 2 5 萃取，每次萃取1 0m i n 循环三次即可获得好的重现性和 回收率。考察了同时蒸馏法、超声辅助液一液萃取、加速溶剂萃取的重现性及回收率。 结果显示：同时蒸馏法和超声波辅助液一液萃取的重现性良好，r s d 都在5 左右，加速溶剂萃取在1 0m i n 之前的物质r s d 超过了1 0 ，1 0m i n 之后的物质 的r s d 在6 左右，除去2 ，3 戊二酮，同时蒸馏法对其它1 3 种标样的回收率均 在8 0 - - 1 1 0 之间，超声波辅助液一液萃取对2 ，3 一戊二酮、异戊醇和环戊酮的 回收率偏低，在6 0 - - 8 0 之间，其它1 1 种标样在8 0 - - 1 1 0 之间，加速溶 剂萃取对出峰时间在1 0m i n 之前的2 ，3 一戊二酮、异戊醇、环戊酮和2 一甲基四氢 呋喃一3 酮的回收率较低，其它标样均在8 0 一1 1 0 之间。 针对烟叶中浓度较大组分，完成了基于g 叩i d m s 的烟叶指纹图谱的分析方法， 将此法用于两个等级的烟叶叶组的化学组成表征，差异性化合物经质谱鉴定为尼古 丁、新植二烯和维生素e 。 o ： 建立了a s e 萃取- - s p e 净化一g c 1 t e c d m s s i m 检测烟叶中的有机氯农药残 留的分析方法。七种标样的检出限为：q 六六六2 2 7p p b ，1 3 六六六2 0 6p p b ，y 六六六2 8 8p p b 、6 六六六2 1 5p p b 、p p 7 d d e2 5 5p p b ，p p 7 d d d2 5 4p p b ，p p d d t2 3 2p p b ，低于食品中允许限量( m g k g ) 。 关键词：烟叶气相色谱有机氯农药加速溶剂萃取 同时蒸馏法 a b s t r a c t a na n a l y t i c a lm e t h o do ft o b a c c oc h e m i c a l g c l ae c d m s s i m - b a s e da n a l y t i c a lm e t h o d t o b a c c ow e r ed e v e l o p e d c o m p o n e n t sb a s e do ng c f i d m sa n d a n o fo r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d e sr e s i d u a l si n f i r s t l yt h eo p e r a t i n gc o n d i t i o n so fu l t r a s o n i cs o l v e n te x t r a c t i o na n ds u b c r i t i c a lw a t e r e x t r a c t i o nw e r eo p t i m i z e d t h eo p t i m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o no fu l t r a s o n i cs o l v e n te x t r a c t i o n i s ：am i x t u r e ( 1 5m e ) o fp e n t a n e ：d i e t h y le t h e r ( 1 ：2 ) w a su s e da st h ee x t r a c t i o ns o l v e n t ， s o n i c a t i o nw a sh e l df o r2 0m i n ，a n dt h en u m b e ro fc y c l ew a st h r e e ，w h i l et h eo p t i m a l o p e r a t i o nc o n d i t i o no fs u b c f i t i c a lw a t e re x t r a c t i o ni s ：1gt o b a c c od u s tm i x e dw i t h1 2g q u a r t zs a n d ，t h es o l v e n tw a sa c e t o n e - w a t e r ( 9 0 ：10 ，v v ) ，s o l v e n tf l u s hv o l u m e ，6 0 o f t h e e x t r a c t i o nc e l l v o l u m e ；s t a t i ce x t r a c t i o nt i m e ，1 0m i n ；n u m b e ro fe x t r a c t i o nc y c l e s ，3 ； p u r g e ，1 8 0s ，u s i n gp r e s s u r i z e dn i t r o g e n ( 1 5 0p s i ) t h er e p r o d u c i b i l i t ya n dr e c o v e r y r a t e o fs i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o na n de x t r a c t i o n ，u l t r a s o n i cs o l v e n te x t r a c t i o na n ds u b c r i t i c a l w a t e re x t r a c t i o nw e r ec o m p a r e d t h er e s u l t si s ：f o rs i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o n ，t h er s d w e r ei nt h er a n g eo f4 1 0 ，e x c e p tf o r2 , 3 - p e n t a n e d i o n e ，t h er e c o v e r yr a t e so fo t h e r s t a n d a r ds a m p l e sw e r ei nt h er a n g eo f8 0 - 11 0 ，f o ru l t r a s o n i cs o l v e n te x t r a c t i o n ，t h e r s d w e r ei nt h er a n g eo f1 - 1 0 ，t h er e c o v e r yr a t e so f2 , 3 p e n t a n e d i o n e ，i s o a m y l a l c o h o la n dc y c l o p e n t a n o n ew e r ei nt h er a n g eo f6 0 - 8 0 ，t h eo t h e r sw e r ei nt h er a n g e o f8 0 1 1 0 ，f o rs u b c r i t i c a lw a t e re x t r a c t i o n ，t h er s d o f v o l a t i l es u b s t a n c e sw e r e p o o ht h eo t h e r sw e r en o tm o r et h a n1 0 ，e x c e p tf o r2 , 3 - p e n t a n e d i o n e ，i s o a m y la l c o h o l ， c y c l o p e n t a n o n e ，a n d2 m e t h y l t e t r a h y d r o f u r a n 一3 o n e ，t h er e c o v e r yr a t e so fo t h e r sw e r e i n t h er a n g eo f 8 0 一1 0 0 t h em e t h o do ft o b a c c oc h e m i c a lc o m p o n e n t sb a s e do ng c f i d m sw a sd e v e l o p e d a n da p p l i e di nt h ec h e m i c a lc o m p o n e n t sa n a l y s i so ft w ok i n d so ft o b a c c ol e a fg r o u p t h e k e yc o m p o u n d sw e r en i c o t i n e ，n e o p h y t a d i e n e a n a n dv i t a m i ne a na n a l y t i c a lm e t h o do fo r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d e sr e s i d u a l si nt o b a c c ow a s d e v e l o p e d t h et o b a c c od u s tw a se x t r a c t e db yp r e s s u r i z e dl i q u i de x t r a c t i o n ，t h ee x t r a c t sw e r ep u r i f i e d b ys p e ，p r e p a r e ds a m p l e sw e r et h e ns u b j e c t e dt og c w i t hue c da n dm sd e t e c t i o n t h e l i m i to fd e t e c t i o no fs e v e ns t a n d a r ds a m p l ew e r e ： q h e x a c h l o r o c v o l o h e x a n e ，2 2 7p p b ； 1 3 - h e x a c h l o r o c y o l o h e x a n e ，2 0 6p p b ； y h e x a c h l o r o c y o l o h e x a n e ，2 8 8p p b ； 6 一h e x a c h l o r o c y o l o h e x a n e ，2 1 5p p b ； p p ，d d e ，2 5 5p p b ；p p 7 d d d ，2 5 4p p b ；p p d d t ，2 3 2p p b 烟叶化学组成特征的研究及烟叶有机氯农药残留的分析 k e y w o r d s ：t o b a c c o ，g c ，o r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d e s ，p r e s s u r i z e dl i q u i de x t r a c t i o n ， s i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o na n de x t r a c t i o n i i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：? 叩年万月二7 日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 琏缉 ? 彤年月 硕j ：论文 烟叶化学组成特征的研究及烟叶有机氯农药残留的分析 1 绪论 我国两烟生产和消费均居世界首位，是一个名副其实的烟草大国。烟叶是整个卷 烟行业的基础，烟叶原料是支撑我国烟草发展尤其是中式卷烟发展的基础与关键。在 烟叶原料方面，要以提高烟叶品质为前提，以满足中式卷烟原料需求和促进烟叶可持 续发展为目标，对不同产区、不同类型的烟叶进行品质定位：针对不同区域烟叶生产 特点，开展烟叶质量与环境关系研究，提高烟叶品质和生产综合效益；解决对烟叶生 产有重大影响的关键技术问题。 烟草及其品质主要是由其内在化学成分的组成含量所决定的，烟草化学成分的变 化极其复杂，烟草类型的不同，化学成分存在差异。烟草化学成分与烟叶品质的关系 一直都是烟草化学研究的重点，这方面的研究前人已经做了大量的工作，如糖碱比、 施木克值、钾氯比等等。但这些方法和指标都带有一定的局限性和片面性。指纹图谱 是随着现代分析技术发展而诞生的一种从整体上研究复杂物质体系的技术，指纹图谱 的分析强调准确的辨认，而不是精密的计算，比较图谱是强调的相似性，而不是相同。 在不能将复杂样品成分都搞清楚的情况下，指纹图谱能反映复杂成分重要内在质量的 均一性和稳定性。 同时，随着人们生活水平的提高，食品安全问题越来越引起人们的注意，烟叶原 料的安全性问题因而显得非常重要。有机氯农药化学性质极为稳定，该类农药多为脂 溶性的，故在生物体内代谢缓慢，不易降解，具有很长的半衰期，如d d t 在土壤中 的生物半衰期达到1 0 年以上【l l ，而其代谢产物d d e 和d d d 的半衰期比d t d 更长【2 】2 。 因此有机氯农药虽然己禁用，但由于它们的长期使用，在环境和生物体内的残留时间 可达数十年，并通过食物链在人体脂肪组织内蓄积，对人体健康造成潜在危害。研究 表明，蔬菜对六六六、d t d 的吸收富集能力较强【3 】。 1 1 烟草样品的主要预处理 1 1 1 烟丝的处理 目前，基本上都是先将卷烟烟丝放入烘箱内，在3 5 4 0 的温度下烘3 4h ， 粉碎，过4 0 目筛，装入密封样品瓶中备用。但是也有人认为，卷烟烟丝是较大的固 体丝状物，磨制成粉状有可能使香气成分损失、变化或引入外来物【4 1 。 1 1 2 烟叶成分的提取 常用的提取方法有水蒸气蒸馏法、有机溶剂提取法、静态顶空蒸馏法【5 1 、动态顶 空法 6 1 同时蒸馏法、固相微萃取法、超临界流体萃取、加速溶剂萃取等方法。 l l 绪论硕l ：论文 同时蒸馏萃取法是一种经典的样品预处理方法，在烟叶成分分析中应用非常广 泛，集蒸馏、萃取于一身，步骤少，重复性好，对挥发性、半挥发性组分回收率高。 不过此方法中提取物在没有惰性气体保护下，长时间高温蒸馏萃取，一些物质可能会 分解，或与0 2 发生反应。1 7 j 李炎强i s 对同时蒸馏法和水蒸气蒸馏法对重复性和定量进行了比较，从所测试的 烟叶样品中，选取了2 0 种中性成分进行了重复性的比较。结果发现，有1 2 种中性成分 的变异系数，同时蒸馏萃取法测得的比水蒸气蒸馏法小，说明同时蒸馏萃取法分析烟叶 样品挥发性、半挥发性中性成分的重复性比水蒸气蒸馏法一般要好些，对分别使用同 时蒸馏萃取法和水蒸气蒸馏法获得的烟叶样品挥发性、半挥发性中性成分，进行了g c 分析和g c m s 鉴定，对测试的结果进行了峰面积比较，在所测试的2 0 种中性成分中， 水蒸气蒸馏法测定值较大的有6 种成分。而同时蒸馏萃取法测定值较大的有1 4 种成 分，其中有5 种中性成分，水蒸气蒸馏法测定值不到同时蒸馏萃取法测定值的一半( 如新 植二烯等) 。 固相微萃取( s p m e ) 技术作为一种新颖的样品处理手段，集采样、萃取、浓缩、进 样于一体，操作简单、方便、快速【“】。g r a b a n s k i 【9 】等用固相微萃取技术对水中的酸性 及碱性进行了分析，对p a 、c w - d v b 和p d m s 萃取纤维头进行了比较，认为p a 、 c w d v b 的效果要好于p d m s ，p a 和c w - d v b 两种萃取纤维头互有优劣，p a 萃取 头的检测限要小于c w d v b ，但是c w - d v b 的选择性要好于p a 萃取头。本文还通 过调节p h 值来实现选择性萃取水中的酸性和其它类的物质。在p h 值合适的情况下， 地表水中的酚类和芳族胺的回收率在7 3 1 1 8 ，r s d 在5 2 0 。 刘百战1 1o j 还用6 5umc w - d v b 纤维头对不同的提取方式进行了探讨：先在1g 烟丝中加入l m l3m o l lk c l 溶液，然后在9 5 下用6 5umc w - d v b 纤维头顶空取 样1 5m i n ；1g 烟丝，在9 5 下用6 5l amc w - d v b 纤维头顶空取样1 5m i n ；1 g 烟丝，用6 5 i lmc w - d v b 纤维头先在9 5 下顶空取样1 5m i n ，然后再于2 5 下取样1 5 m i n 。3 种取样方法获得的g c m s 总离子流色谱图( t i c ) 女h 下： 2 硕 ：论文烟叶化学组成特征的研究及烟n t 有机氯农药残留的分析 5 o ol o 1 5 2 0 筠3 0 韬呻4 0 4 5 保留时网( j 丑i 矗) 用6 51 tmc w - d v b 纤维头先在9 5 下顶空取样1 5m i n ，然后在2 5 下取样1 5 m i n 的效果要比在9 5 下用6 5l amc w - d v b 纤维头顶空取样1 5m i n 效果好， g c m s 鉴定出的成分多达9 3 种，能提取出更多的保留时间在3 0m i n 之前的低沸点 成分。而且总离子流色谱峰面积( t i c ) 重现性好，t i c 峰面积的相对标准偏差( r s d ) 的结果如下：r s d 小于5 的成分占1 4 ，介于5 一1 0 的成分占5 0 ，高于 1 0 的成分占3 6 ；r s d 最小为2 5 1 ，最大为2 0 9 3 ，平均值为8 9 3 ，作 为固相微萃取顶空取样方式，结果尚理想。 顶空分析法是指对液体或固体中挥发性成分的蒸气相进行分析的一种间接测定 方法，它是在热力平衡的蒸气相与被分析样品共存于同一密闭系统中进行的。早在 1 9 7 2 年，r o e r a a r d e 川分析了烟草顶空成分。1 9 8 0 年，p d i r i n c k 等【1 2 1 利用顶空分析法， 快速分离鉴定了不同类型烟叶中有代表性的挥发性成分。在通入氦气的情况下，他们 把烟叶从一定温度逐步加热至2 5 0 。该分析与传统项空分析相比缩短了分析时间； 与水蒸气蒸馏等分析相比，减少了热解、氧化等反应的发生。1 9 8 4 年，t a k e s h is a k a k i 及其合作剖1 3 l 使用醚的捕集器( 醚阱) 分析烟草中的化学成分，测试了烤烟、白肋烟、 日本烟( m a t s u k a h a ) 和土耳其烟等烟丝。让干燥过的空气吹扫烟丝顶空挥发物。挥发物 在冷的醚阱中冷凝下来，经过处理，用g c 和g c m s 鉴定出了2 7 种成分。在这些成 分中，有6 种是烟草顶空挥发物中没有报道过的，另外，4 种烟丝各有其自己的g c 图谱和区别成分。同年，t a k e s h is a k a k i 等人【1 4 j 利用t e n a xg 和活性炭作吸附剂，分析 3 o o o l l i i 绪论硕i ：论文 了美国及同本烤烟烟丝，得到了较好的重现性，并且对吸附剂的选择与顶空挥发物成 分的关系进行了一些探讨。1 9 9 8 年，m a s a k im i n o m i y a 等对烟草顶空成分的分析方法 进行了探讨，分别评价了动态项空分析、小瓶平衡顶空分析和固相微萃取顶空分析的 气相色谱图的特征和重现性情况。 水蒸气蒸馏( w s d ) 【1 6 】是一种常用的分析烟草及其它农作物中挥发性、半挥发性成 分的方法。该方法在分析农作物挥发性、半挥发性成分时，较为稳定，但其操作繁琐， 处理量比较大。 1 9 8 2 年，k i m k r 首次提出顶空共蒸馏概念，把水与烟草混合，并加热，用n 2 吹扫把与水共沸腾的烟草香味成分吹出并捕集。该方法综合了顶空与水蒸气蒸馏法的 优点。 李炎强【1 7 】对顶空共蒸馏技术进行了改进，先用二氯甲烷抽提烟叶中的组分，然 后将抽提物与水共沸，同时用氮气进行提取，分离出1 8 种中性成分，其中1 4 种成分 的变异系数在1 0 以内，其中氧化异佛尔酮，1 3 一紫罗兰酮等香味成分的变异系数 在4 以下。由于烟叶中大多数香味物质的含量极低，一般仅为1 1 0 击左右，可认 为本方法的重复性是好的，选定的顶空共蒸馏条件是适宜的。 超临界流体萃取是最新颖的方法，由于整个操作是在低温下避免了活性物质的破 坏，同时萃取溶剂二氧化碳不会对环境造成污染，因而收到人们的广泛关注。1 9 9 5 年田景州等1 18 】研究了超临界c 0 2 从烟草中萃取烟草精油的技术并投入使用。1 9 9 9 年 高勇等用超临界c 0 2 对烟草进行二级萃取，得到了脱除大部分树脂、蜡和烟碱的净 油，用乙醇、异丙醇稀释后按照质量分数2 1 0 。的量加入卷烟中可增进烟香，使 烟气纯正圆润，烟香爽口。 1 9 9 2 年p r o k o p c z y k 掣1 9 】研究了甲醇改性的c 0 2 ，超临界萃取结合气相色谱热能 分析仪测定烟草中t s n a 的方法，t s n a 的回收率为8 3 - - 9 8 ，检测限w f f s n a ) = 2 1 0 。7 ，从传统的溶剂法提取过的烟草中仍然可以提出大量的高致癌的4 甲基亚硝 基1 ( 3 吡啶) 1 丁酮。 超声波溶剂萃取是一种快速的样品预处理方法。目前，国内主要用这种方法来提 取碱性物质。 储国海t 2 0 j p a - - 氯甲烷超声溶剂萃取提取烟草致香成分。2 0g 烟末、1 0 0m l 二氯 甲烷，超声萃取2 0m i n ( 超声温度3 5 0 ，过滤，滤液以2 0m l 2 5 0m lh 3 p 0 4 洗 涤除去烟碱，水相以3 0m l 2 二氯甲烷反萃取，萃取物以2 0g 无水硫酸钠干燥过夜， 滤出硫酸钠。硫酸钠以3 0m l 二氯甲烷洗涤1 次。洗涤液并人萃取液。萃取液用旋 转蒸发仪浓缩，以二氯甲烷定容至5m l ，供g c m s 分析。通过g c m s 分析，共鉴 定出1 1 2 种致香成分，对烟草香味有重要贡献的物质如2 一庚烯醛、糠醛、苯甲醛， 5 一甲基糠醛、藏红花醛，2 ，4 一庚二烯醛、大马酮、二氢大马酮、酮代异佛尔酮、 4 硕十论文 烟叶化学组成特征的研究及烟n t 有机氯农药残留的分析 紫罗兰酮及其同系物、巨豆三烯酮及其同系物、2 一甲基丁酸、3 一甲基戊酸等微量成 分均被检测出来。 加速溶剂萃取( a s e ) 是在较高的温度( 5 0 一2 0 0 1 2 ) 和压力( 1 0 0p s i - - 3 0 0 0p s i ) 下用溶剂萃取固体或半固体样品的新疑样品前处理方法。 a s e 用于生物样品的前处理过程，除脂肪和净化过程的自动一步完成为人们关 注的热点，有利于建立快速、准确、高灵敏度的残留量检测方法。高温有利于破坏药 物的结合，通过调节温度等改善回收率。a s e 同样被用于农药残留的监测分析。对 于土壤样品可有效地消除硫对有机氯杀虫剂的干扰，施治等【2 1 】将1 0g 含硫沉积物与 1 0g 无水n a 2 s 0 4 及2g 铜粉混合装入萃取池测定了1 6 种有机氯农药，有效地消除了 硫的干扰，简化了分析中除硫的操作。用a s e 处理土样时，提取液净化较容易，有 时可以不经净化直接进行分析。a d o u 等【2 2 】建立了梨和哈密瓜、马铃薯和卷心菜中8 类2 8 种农药的a s e s p e g c e c d ，a s e s p e g c f p d 的多残留提取和检测方法，2 8 种农药的回收率均大于7 0 。a s e 用二氯甲烷在1 0 3 4m p a ，1 0 0 下从袖子中提取 1 7 种有机磷杀虫剂【2 3 1 ，回收率为8 2 1 0 5 ，利用a s e 建立快速、批量的多残留检 测方法，可以使分析工作者提高工作效率。用a s e 从大豆中提取灭草喳、氯嗜黄隆、 唾黄隆、氟锁草醚、唾草平等极性除草剂时f 2 4 】，实现了6 种除草剂多残留的同时测定， 而通常情况下，6 种除草剂每种单独检测。a s e 同样被用于动物饲料中农药残留量的 提取。g f r e r e r 掣2 5 】比较了用a s e 、m a e 、s o x 、u e 、流动床萃取法( f b e ) 从动物饲 料中提取有机氯农药的提取效果，其中f b e 的提取效果最好，a s e 和m a e 好于索 氏提取。 由于加速溶剂萃取是在高温下进行，因此，热降解是一个令人关注的问题。加 速溶剂萃取是在高压下加热，高温的时间一般少于1 0m i n ，因此，热降解不甚明显。 r i c h t e r 冽曾试验以d d t 和艾氏剂为例研究了加速剂萃取过程中对易降解组分的降解 程度，结果支持了上述观点。并对极易挥发的b t e x ( 苯、甲苯、乙苯二甲苯) 的回 收，结果表明四次萃取的平均回收率在9 5 一1 0 0 ，相对标准偏差在1 2 一3 7 。在同样的实验条件下，戊烷的回收率为9 0 1 ，相对标准偏差为1 8 ，以上 实验结果可以看出，加速溶剂萃取可以用于易挥发组分的萃取。 双水相体系利用被萃取物质与亲水有机溶剂混合后，在无机盐作用下分成液液 两相，由于被萃取物质的表面性质、电荷作用和各种力( 憎水键、氢键和离子键等) 的 存在和环境因素的影响，使其在上、下相中的浓度不同，从而达到浓缩、分离的目的。 特点：( 1 ) 均相萃取、异相分离技术，传质和分相速度快 ( 2 ) 可以达到浓缩的效果 ( 3 ) 有机相层中水的比重比较大，不能直接进气相色谱，如何除去水分成 l 绪论 硕i ：论文 为关键。 这一萃取体系目前研究还不多，但是目前的报道显示，它可能是一种有潜在价值 的分离体系。霍清等人【2 7 1 研究了基于与水互溶的普通有机溶剂的双水相萃取体系，并 考察不同种类盐分相能力的差异情况，根据分相后有机溶剂相的体积变化，选择乙醇 ( e t o h ) 磷酸氢二钾( k 2 h p 0 4 ) 体系萃取甘草有效成分。确定萃取的最佳条件是：当 双水相体系的总量为1 0m l ，v ( e t o h ) ：v ( h 2 0 ) = 3 ：2 ，磷酸盐的质量为1 5g ，在 上述条件下，e t o h k 2 h p 0 4 体系的两相分配完全，分配系数( k ) 最大为1 2 8 0 ，收率( y ) 高达9 8 3 。 1 2 气相色谱分析方法 在过去的几十年中，色谱技术因其卓越的分离性能、高灵敏度已被广泛的应用于 复杂体系中的靶标分析，其中，气相色谱因具有高效能，高选择性，高灵敏度等优点 已被广泛的应用于挥发性成分的分析，文献报道】对中成药乌鸡白凤丸石油醚提取物 进行了气相色谱分析，并获得指纹特征，以十七烷作内标，1 9 批样品对应峰的保留 值一致，从色谱峰面积比反映了样品化学组成及含量分布状况，可作为乌鸡白凤丸质 量评价的量化指标。 快速气相色谱法( h s g c ) 理论最早出现于2 0 世纪6 0 年代，快速气相色谱顾名 思义就是分析速度快的g c ，但是以什么标准衡量“快速 引起了众多争议。1 9 9 8 年， b l u m b e r g 和k l e e 用峰宽作为衡量标准，将h s g c 分为3 类：f g c ( f a s tg c ，峰宽小 于l s ) ；v f g c ( v e r yf a s tg c ，峰宽约为1 0 0m s ) 和u f g c ( u l t r af a s tg c ，峰宽小于1 0 m s ) 。在此基础上，v a nd e u r s e n 等1 3 0 j 又将衡量标准更具体化：m a g n i 等将其定义为： f g c 为使用0 1 0 2 5m mi d 、5 1 5m 长色谱柱，程序升温速度为2 0 6 0 m i n ， 峰宽o 5 2s ，且分析时间小于1 0m i n 的分析；u f g c 为分析时间小于1m i n ，使用 短细口径色谱柱( 2 1 0m ，o 1 0 0 5m mi d ) ，大于1 s 的升温速度，峰宽5 0 2 0 0 m s 的分析。以峰宽作为衡量标准，排除了样品的影响，将分析速度表示为单位时间 内分离色谱峰的个数，从量的概念上定义了h s g c ，虽然并不具有学术性，但却与仪 器所应具备的条件息息相关【3 2 】。 快速分析法的特点：h s g c 有着适应分析发展需要的诸多优势，如可提高样品分 析效率，降低单个样品分析成本，对于需要现场出结果的分析更具独特的优势；分析 时间短，与常规分析相同的时间内可进行数次分析；提高了分析准确度和灵敏度。同 时，h s g c 在在线分析中的应用也引起了广泛的注意。 1 3 指纹图谱质量控制 6 硕f ：论文烟n t 化学组成特征的研究及烟叶有机氯农药残留的分析 1 3 1 指纹图谱的定义及特点 指纹图谱的定义： 指纹图谱是随着现代分析技术发展而诞生的一种从整体上研究复杂物质体系的 技术【3 3 j ，起源于法医学，法医根据每个人指纹的细微差别可以区分不同的人畔】。 法医学的指纹分析强调的是个体的绝对唯一性，而采用指纹图谱评价复杂物质体 系的品质( 如香精香料或中药) 所依据的是同种样品其化学性质成分的相似性和差异 性。 特点： 化学指纹图谱分析不同于一般的仪器分析，它通常由指纹图谱获取及指纹图谱鉴 别计算两部分组成，前者是指采用色谱、光谱及色质联用等仪器分析方法，获取能够 表征样品化学组成特征的组分群体分析图谱或图像；后者是应用计算分析技术对所获 得的图谱数据进行处理，通过筛选和简化，获得专属、宏观、整体的化学特征综合信 息，并对样品化学组成的总体波动情况进行估测f 3 5 j 。 指纹图谱分析不强调个体的绝对唯一性，而是内调整体的相似性，即共有特征性， 是以各种光谱，波谱，色谱等技术为依托的有一种质量控制模式【3 6 】。 与传统质量控制模式的区别在于：指纹图谱分析是综合地看问题，即强调化学图 谱的完整面貌即整体性，反映质量信息是综合的。 1 3 2 指纹图谱的要求 指纹图谱是一种综合的、宏观的、可量化的鉴别手段【3 7 】，应满足特征性、重复 性和可操作性等技术要求。 1 3 3 色谱指纹图谱质量控制的一般步骤 1 选择适当的前处理及分析方法，包括各种分析条件，然后进行化学检测，要求 尽可能地获取所有有效成分的原始数据。 2 建立标准指纹图谱，要求至少六个批次的标准样品进行检测，把获取的原始图 谱( 图像) 进行平均得出标准图谱。 3 据上一步，每一标样与标准图谱进行比较，据此设立待测样品的合格性允差范 围。 4 待测样品与标准图谱进行分析比较。 5 判定待测样品的质量【3 8 】。 1 3 4 指纹图谱在中药质量控制中的应用 指纹图谱目前在中药以及植物提取液的质量控制方面都取得了举世瞩目的成果， 7 1 绪论 颁f ：论文 它的优势得到越来越多的研究和认同【3 9 j 1 4 引。 刁云鹏【4 3 l 采用毛细管气相色谱分析技术对辽宁省不同地区的1 0 批紫穗槐果实 的水蒸汽蒸馏提取物进行了比较分析，选择其中保留时问和峰面积相对稳定的1 1 个 色谱峰作为紫穗槐果实指纹图谱的共有峰。杨丰庆【删运用g c - - m s 分析3 种基原的 1 8 个莪术样品，所得t i c 图谱采用“中药色谱指纹图谱计算机相似性评价系统”软 件进行模式分析及相似度计算。通过质谱数据与文献对照检识出主要特征峰成分，并 根据主要特征成分对1 8 个样品进行s p s s 聚类分析。郭方划4 5 】建立了茵陈挥发油 g c m s 指纹图谱，将正交投影算法用于不同样本中共有峰的提取，提高了共有峰的 识别能力，降低了由于保留时间的漂移、质谱检索匹配度不高以及色谱峰重叠而引起 的共有峰识别的难度。采用共有峰率、变异率及相似度等几个指标对4 个不同产地 的茵陈挥发油成分进行了评价，从共性、差异和整体性等多个方面全面表征茵陈挥发 油的化学模式特征。丁艳霞等【4 6 1 采用气质联用方法，对不同产池的草果油的指纹图谱 进行比较分析。草果挥发油指纹图谱共检出1 0 个特征峰，特征峰峰面积之和占总峰 面积的9 0 以上；其精密度、稳定性、重复性均符合有关规定。不同产地草果油的 指纹图谱中各成分均得到了较好的分离，具有特征性和唯一性，因此本方法可作为草 果油质量的控制方法。 1 3 5 指纹图谱在烟草行业的应用 在烟草行业，指纹图谱研究的还不多。武汉大学和武汉烟草集团利用气相色谱及 气相色谱质谱法对1 7 种品牌卷烟的6 2 种香精进行了分析，研究了香精特征组分的 确定方法，并进一步探讨了香精组分对吸味的影响，建立了香精质量控制方法，设计 了烟用香精的质控软件对香精质量进行自动判断常德卷烟厂、颐中烟草集团、江西 南昌卷烟厂、云南瑞升公司和曲靖卷烟厂也分别利用色谱质谱指纹图谱对烟用香精 香料质量控制和卷烟产品质量控制进行了研究【4 7 】。虽然目前用于烟用香精香料质量控 制的指纹图谱研究还不成熟，这些研究为今后形成一套较为科学的香精质量控制检测 方法提供了很好的参考和借鉴。 李军【4 8 1 等用固相微萃取一气相色谱一质谱联用方法测定了2 种国产名牌卷烟和 仿冒卷烟的挥发性和半挥发性成分，根据其化学组成的差别，分别选取了1 2 种和1 7 种成分的峰建立了卷烟的特征指纹图谱，并与其仿冒产品对照用于真假卷烟的鉴别。 结果表明：固相微萃取一气相色谱一质谱分析是一个有效、简便、快速的真假卷烟鉴 别方法，仅使用少量的样品，经过简单的处理，可以从复杂的烟叶成分中得到部分的 香味成分构成指纹图谱，通过它们的峰位置和大致的比例关系，清楚地表达了指纹图 谱鉴别的专属性，从而可以用于鉴别真假卷烟。 1 4 烟叶中有机氯农药残药的分析 8 硕f ：论文 烟叶化学组成特征的研究及烟叶有机氯农药残留的分析 1 4 1 有机氯农药性质 有机氯农药( o r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d e s ) 大部分是含有一个或几个苯环的氯的衍生 物，其特点是化学性质稳定，难以被化学降解和生物降解，因此在环境中的滞留时间 很长。有机氯农药具有较低的水溶性和高的辛醇水分配系数，故很大一部分被分配 到沉积物有机质和生物脂肪中。在“斯德哥尔摩公约) ) 中决定禁止或限制使用的1 2 种 持久性有机污染物中有8 种是有机氯杀虫剂，这8 种有机氯农药分别是艾氏剂( 农业上 用于防治农作物害虫，可引起人肝功能障碍、致癌) 、氯丹( 又称氯化茚、1 0 6 8 ，主要 用于防治地下害虫、白蚁和卫生害虫，可使人致癌) 、狄氏剂( 用于防治蚊、蝇、白蚁、 蝗虫以及地下害虫、棉花害虫、森林害虫，可引起人肝功能障碍、致癌) 、异狄氏剂( 用 于防治棉花害虫、水稻害虫、甘蔗害虫、鼠类，可妨碍人发育、致癌) 、七氯( 又称七 氯化茚，农业上用于防治地下害虫及卫生害虫，可影响人的生殖器官、致癌) 、灭蚁 灵( 用于防治棉象鼻虫和害虫、蝇、蟑螂，可使人致癌) 、毒杀芬( 又称氯化茨烯、3 9 5 6 ， 用于防治棉花害虫、地下害虫、蝇、蟑螂，可使人致癌) 、滴滴涕( 又称- z - - - ，农业、 林业、粮食卫生等行业用来防治害虫，影响人的肝脏、致癌) 。我国常用的有机氯杀 虫剂主要是六六六和滴滴涕，此外还有少量毒杀芬、狄氏剂、氯丹和赛力散等。 1 4 2 有机氯农药的分布 有机氯农药化学性质极为稳定，该类农药多为脂溶性的，故在生物体内代谢缓慢， 不易降解，具有很长的半衰期，如d d t 在土壤中的生物半衰期达到1 0 年以上【4 9 1 ， 而其代谢产物d d e 和d d d 的半衰期比d t d 更长【5 们。因此有机氯农药虽然己禁用， 但由于它们的长期使用，在环境和生物体内的残留时间可达数十年，并通过食物链在 人体脂肪组织内蓄积，对人体健康造成潜在危害。研究表明，蔬菜对六六六、d t d 的吸收富集能力较耐5 1 1 。 1 4 3 有机氯农药的分析方法 目前多氯联苯和有机氯农药的测定方法主要有气相色谱法( g c ) 7 f 1 1 气相色谱质谱 联用( g c m s ) 法。 1 气相色谱法( g c e c d ) g c 是分析环境中痕量有机污染物广泛使用的方法f 5 3 l f 5 5 】，该法具有分离能力强、 选择性和灵敏度高、分析速度快等特点，适合测定异构体和多组分混合物。g c 分析 中常用的检测器有火焰离子化检测器( f i d ) 、电子捕获检测器( e c d ) 、火焰光度检测器 ( f p d ) 等。多氯联苯和有机氯农药的检测常用电子捕获检测器( e d c ) 。该检测器对痕 9 l 绪论硕l ：论文 量含氯化合物如p c b s 类和有机氯农药类具有很好的选择性和较高的灵敏度。由于不 同的p c b s 化合物含有的不同数量的氯原子，导致在e c d 的响应值差别很大，一氯 化物与多氯化物之间的响应差达2 4 个数量级【5 2 j 。 2 气相色谱质谱联用( g c m s ) 1 9 5 7 年，h o l m e s 等首次实现了g c 与m s 联用，半个多世纪以来，g c m s 技术 同臻完善。g c m s 法是利用g c 对混合物的高效分离能力和m s 对纯化合物的准确 定性能力而开发的分析方法【5 6 】 6 0 l 。质谱法是研究化合物分子结构信息的方法。在化 合物的质谱图上，分子离子峰、同位素离子峰及主要的碎片离子峰以及各离子峰的强 度，反映了化合物的结构特征。在进行化合物的分析时，g c m s 的总离子流色谱图 既可以通过色谱保留时间进行定性，也可以通过质谱的化合物结构信息进行定性，从 而提高了分析的可靠性。与g c 法相比，g c m s 法除具有高效分离能力和准确的定 性鉴定能力外，还可以通过选择进行单离子检测( s i m ) 的方式将尚未分离的色谱峰进 行准确定量，同时也提高了灵敏度。因此，g c m s 联用技术逐步成为痕量物质分析 的重要手段。 1 4 4 样品的净化和干扰物的去除 烟叶成分复杂，含有大量的色素、木质素、糖类等，若样品提取后直接进仪器分 析，会导致非线性效应的出现。另一方面这些干扰物质参与仪器响应而出现很多干扰 峰，基线易发生漂移【6 1 1 。因此，样品经提取后应进一步净化以保护色谱柱和检测器， 提高方法的精密度和灵敏度。 常用的样品净化方法有液液分配法、柱层析法、磺化法、固相萃取法、凝胶渗 透色谱法等。 1 固相萃取技术 固相萃取技术( s p e ) 是7 0 年代发展起来的一种样品前处理技术【2 9 】【3 l 】，其基本原 理与开放式色谱柱相同。它是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，达到 分离和富集目标化合物的目的。s p e 克服了液液分配和一般柱层析的缺点，具有分 离效率高、使用方便、快速、重复性好、操作安全等优点，因而在农药残留，特别是 在脂肪和蛋白质含量高的复杂样品中的农药残留物以及农药多残留的分离、提取、净 化和浓缩等方面得到广泛的应用。 根据固相萃取柱中填料的不同，s p e 可分为以下几种类型6 2 】：( 1 ) 正相s p e ：萃取所 用的吸附剂都是极性的，如硅胶、氧化铝、硅镁吸附剂等，用来萃取( 保留) 极性物质；( 2 ) 反相s p e ：萃取所用的吸附剂通常是非极性的或是弱极性的，如c 1 8 、c 8 、苯基柱等， 所萃取的目标化合物通常是中等极性到非极性的化合物；( 3 ) 离子交换型s p e ：萃取所用 的吸附剂是带电荷的离子交换树脂，如n h 2 ，所萃取的目标化合物是带电荷的化合 1 0 硕l j 论文 烟n p 化学组成特征的研究及烟叶有机氯农药残留的分析 物。 2 磺化法 浓硫酸与样品提取液中的蜡质、脂肪等干扰物发生磺化反应，从而使干扰物和待 测组份分开的纯化方法。这种方法对酸稳定和不易被氧化的农药的净化非常有效，常 用于含有机氯农药样品的净化【6 3 1 。磺化法作为中药材中有机氯农药残留的净化手段非 常成熟，它操作简单，净化完全，但使用局限性较大。 1 5 本论文的工作 烟叶是整个烟草行业的基础，烟叶原料质量的好坏直接影响卷烟的质量，因而需 要一种方法能够对烟叶原料进行正确的评价。 指纹图谱在质量控制方面有诸多优势，并且已经广泛的应用于中药的质量控制。 在烟叶指纹图谱的研究过程中，样品信息的采集非常重要，其中又以样品的前处理最 为重要，不同的预处理方法得到的样品信息量不同，应根据不同的考察指标来选择不 同的样品预处理方法。本文对同时蒸馏法的重现性及回收率进行了考察，并对超声波 辅助液一液萃取、超声波辅助液一固萃取以及加速溶剂萃取的操作条件进行了优化。 分析方法是样品信息采集的工具，气相色谱因其高效能，高选择性，高灵敏度等 优点而得到广泛的应用，但是传统的气相色谱法分析时间较长，这就限制了样品分析 通量，快速气相色谱法可以在短短的几分钟内完成分析，因而逐渐引起人们的关注。 本文对传统的气相和快速气相色谱法的重复性、检测限进