烟草中尼古丁成分研究（原版论文） .pdf

一| | | 曩?j i 曩、_ 1 _ _ 【 、 ”淞黪h_二i|曩蠢_誊_ 瓤 烟草中尼古丁成分研究 研究生：丛秀枝 指导教师：侯冬岩 回瑞华 学科专业：有机化学 中文摘要 本文用不同方法对烟草样品中的尼古丁含量进行了分析研究，特别采用高效液相色 谱方法进行了芦荟降低烟草中尼古丁含量的应用研究。 利用气相色谱一质谱联用仪确定了尼古丁是烟草的主要成分，并利用气相色谱法测定 烟草中尼古丁的含量为6 5 0 m g g ，回收率为9 9 8 7 ，相对偏差为1 2 6 。通过超声波提 取方法进行条件筛选和正交化实验，确定了烟草中尼古丁的最佳提取条件，结果表明， 超声波最佳条件是：甲醇浓度4 0 ，固液比1 ：2 0 ，提取时间3 0 分钟，超声温度1 5 。c ， 用高效液相色谱方法在波长2 6 2 n m 处测定尼古丁的含量，流动相组成为甲醇：磷酸二氢钾 缓冲溶液( v v ) = i o ：9 0 ，测得烟草中尼古丁的含量为2 3 5 9 m g g ，平均回收率为1 0 1 5 2 ， 相对偏差为0 9 1 。此方法样品处理比较简单，测定结果准确、可靠、灵敏度高、而且 节省样品。将两个品种，不同部位的芦荟样品加入烟草中，按超声波方法处理，在确定 的高效液相色谱方法下测定尼古丁的含量，发现芦荟能够降低尼古丁的含量，库拉索芦 荟的各个部位都有降低尼古丁含量的效果，其叶皮和热干粉比较显著，木立芦荟叶皮和 其全叶片降低的效果显著，总的来说，库拉索芦荟比木立芦荟降低尼古丁的效果好。 本文对烟草中尼古丁成分进行了比较系统的实验，其结果为烟草中尼古丁的研究以 及进一步开发和利用芦荟提供了科学依据。 关键词烟草尼古丁 芦荟气相色谱一质谱 高效液相色谱 a b s t r a c t t h iss t u d yw a sa i m e da tn i c o t i n ec o n t e n t si nt h e s a m ek i n do ft o b a c c oh y d i f f e r e n tk i n d sm e t h o d ，s p e c i a l l ya tt h es t u d yisc h a n g eo fn i c o t i n ec o n t e n t s i nt o b a c c oa f t e ra d d i t i o no fa l o n es a m p l eh y h p l cp r o c e s s n i c o t i n ei sp r i m a r yc o m p o n e n ti nt o b a c c ob yu t i l i z i n g6 c m s a n dn i c o t i n e c o n t e n t sa r e6 5 0 m g gb yg cm e t h o dw t h t h er e c o v e r ya n dc o e f f i c i e n t o fv a r i a t i o n a r e9 9 8 7 a n d1 2 6 t h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o re x t r a c t i o nw a sp r o v e dp r a c t i c a b l e b ye o n d i t i o nf i i t r a t i o na n do r t h o g o n a ld e s i g nw i t h s u p e r s o n i cw a v em e t h o d ，t h e r e s u l t ss h o w e d t h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n sf o re x t r a c t i o nt ou l t r a s o n i cm e t h o d i s ：m e t h a n o l ( 中= 4 0 ，2 0 m 1 ) 。a n d1 5 f o r3 0m i o ，t h i sp a p e rh a sd e t e r m i n e d n i c o t i n ec o n t e n t st h a ti s2 3 5 0 m g ga ta b s o r p t i o np e a k ( = 2 6 2 n m ) b yh p l cw i t h a ne l u e n tc o n s i s t i n go fm e t h a n o l p o t a s sp h o s p h a t ea l l e c i a t e ( p h = 3 ) w i t ht h e r e c o v e r ya n dc o e f f i c i e n to fv a r i a t i o na r e1 0 1 5 2 a n d0 9 1 t h er e s u l t so fh p l c m e t h o da r et r u ea n dr e l i a b l ea n ds e n s i t i r ea n dt h em e t h o ds a v es a m p l e a d d i n g d i f f e r e n tb r e e d s ，d i f f e r e n tp l a c e so fa l o n ei nt o b a c c o ，i nt h el i g h to fu l t r a s o n i c m e t b o dd e a li n gw i t hs a m p l e s ，n i c o t i n ec o n t e n tw a sd e t e r m i n e db ya s s u r e db p l c m e t h o d ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta l o n e c a n d e p r e s sn i e o t i n ec o n t e n t si n t o b a c c o ，a l1p l a c e sa r eg o o dt od e p r e s s i n gn i c o t i n ei nt o b a c o o ，i t sp e e lo fl e a f a n dd r yp o w e ra r ep r o m i n e n t l e a fa n dp e e lo fl e a fo fa a r b o r e s c e n sa r en o t a b l e t o s u m u p 。a l o n ev e r a l i sm o r et h a na a r b o r e s c e n s t h isp a p e rs y s t e m a t i c a l l ym a k e sas e r i e so fe x p e r i m e n t so nt h en i c o t i n ei n t o b a c c o ，a n a l y z i n gt h er e c e i v e dr e s u l t sm o r ec o m p l e t e l ya n ds c i e n t i f i cm e t h o d s t ot h er e s e a r c ho nn i c o t i n ea n dt h er a t i o n a ld e v e o p m e n to fa l o n e k e yw o r d t o b a c c on i c o t i n e a l o n eg c m st i p l c 姻草中尼古丁成分研究 第一章概述 1 1 烟草中尼古丁的研究进展 1 1 1 烟草中的主要化学成分 烟草中古有多种天然化学物质，如尼古厂、类脂类、精油类、蛋白质、氨基酸、纤 维素等。其中大多数成分对人体有害，烟草中含有许多致癌物质( 如苯并镜，亚硝胺等) ， 另外还有许多促致癌物( 如酚，甲醛等) ，以及能降低机体排除异物能力的纤毛毒物质。 烟草中含有的生物碱，已得到鉴定的就有4 0 余种。尼古j ( n i c o t i n e ) 是烟草和卷烟的 重要成分之一，也是衡量烟草和卷倒质量的重要指标。它约占烟草生物碱总量的9 5 。 烟草在不同的生长期，植株的不同部位以及干燥、复烤等各个阶段烟叫的组成都有所变 动。但一般说来烟叶的基本成份为：纤维素1 1 左右，半纤维素2 0 左右，果胶1 2 左 右，蛋白质5 1 5 ，尼古 1 5 - - 3 0 ，有机酸1 2 1 6 ，其中苹果酸、柠檬酸、 草酸共1 0 ，脂肪2 7 ，多元酚单宁质o 5 2 2 6 1 ，灰分1 0 。 1 1 2 尼古丁的性质 尼古t ( n i c o t i n e ) 又名烟碱( 又叫菸碱) ，属于毗啶类衍生物的生物碱，其分子式 为c i 出1 4 n 2 ，结构为 化学名称为卜甲基一2 一( 2 吡啶基) 吡咯烷，根据n - 甲基四氢毗咯在毗啶环上位置的不 同可分为( 1 1 - 烟碱、1 3 烟碱、y 烟碱等3 种类型。在烟草内主要为b 型，冈此，通常所 说的烟碱是指t 3 型烟碱。 纯的尼古j 。在室温下为无色或淡黄色油状液体，具有左旋性，密度在2 0 ( 3 时为 1 , 0 0 7 1 ，沸点2 4 7 ( o 9 7 兆帕，7 3 0 毫米汞柱) ，尼古r 在空气中很容易被氧化呈棕色 或暗灰色，臭似吡啶，有强烈辛辣味，有潮解性，具有可燃性。在低于6 0 时，尼古丁 烟草申尼古丁成分研究 可与水混溶，且极易溶于醇、醚、氯仿及石油醚中，且可随水蒸汽蒸出。尼古丁是有较 强碱性的有机二元弱碱( p k b t = 5 9 8 ，p k b 2 = 1 0 8 8 ) ，在水溶液中存在f 列平衡： cj o h l 4 n 2 ；。c l o h l 4 n 2 * ；。c l o h l 4 n 2 2 + 当p h 1 0 时， 主要以尼古丁分子状态存在。 尼古丁易与无机酸和多种有机酸结合成盐，其存在状态与环境p h 值密切相芡】。 在烟草及烟气粒相物中，大部分烟碱与有机酸结合成盐，以质子态的形式存在，而非质 子化的游离态尼古丁含显较少，随烟草及烟气碱性的增强，非质子化的游离态尼古丁含 量增加】。 另外，尼占丁作为一种生物碱，能够与生物碱沉淀试剂( 比如碘化物复盐、改良的 碘化铋钾等) 反应，沉淀试剂与其反应生成难溶于水的复盐或分子络合物，所生成的沉 淀具有完好的结晶和一定的熔点，可用于它的鉴定。 尼古j 也能与生物碱显色剂生成不同的颜色的络台物，用于检识和区别个别生物 碱。 1 1 3 尼古丁的作用”1 t 1 3 。l 致病作用 作为烟草的特征性物质( 含量为4 左右) ：尼古丁占全部烟草生物碱的9 5 以上，香 烟一般含尼吉j1 ，5 ，其中小部分经干馏进入烟气，大部分燃烧后变成“去甲姻碱花硝 胺”，它们是一对强烈的致癌物质【”。尼占丁本身是一种剧毒麻醉品，少量即能兴奋中枢 神经，增高血压：大量能抑制中枢神经，使心脏麻痹以至纯亡n 临床观察结果表明， 儿毫克的纯品尼古丁就能引起头疼、呕吐、意识模糊等中毒症状，吸烟太多的人逐灏会 引起慢性中毒”，它对儿童的致死最为1 0 毫克，成人为5 0 毫克，通常把它用在农业上 作为高毒植物杀虫剂。 尼古丁对人体产生毒副作用，最人的危害是吸食它会产生依赖性以至成瘾。人们对 烟草的需求愿望的强烈性决定于尼占丁。尼古丁在体内无积累性，吸烟两小时后，尼占 丁便通过呼吸和汗腺被排除掉，但是长期大量吸烟的人血液中会存在一定浓度的尼古丁， 2 烟草中尼古丁成分研究 一且当其浓度降低时，便使人渴望抽烟以要求恢复到原来的浓度，这样必然形成一个恶 性循环，导致吸烟的成瘾性hj 。 尼古蜍了对人体产生成瘾性以外还可造成“烟中毒性视神经病变”，1 支期吸烟引起 视力下降，视野缺损，严重者可引起视神经萎缩，最终导致失明【9 j ，因为尼古丁在燃烧 过程中所分解的剧毒氰化物( 约占烟雾的1 5 ) 进入人体后，若与维生素b 1 2 结合，则 被解毒而从尿中排出。而长期大量吸烟导致消化系统功能紊乱后，体内吸收的b 1 2 减少， 血液中氰化物的浓度却比正常人高出3 倍，这样，与维生素b 1 2 活性中心钴连结的5 一脱 氧腺苷部分被氰基所取代。由于b 1 2 中活性基团的存在，它与c n 结合能力比基因强得 多。冈此，当b 1 2 缺乏时，解毒机制发生障碍，氰化物在体内开始火量积累，达到一定 程度时就必然侵犯视神经，使其中毒变性，造成烟中毒性弱视一“烟中毒性视神经病变”。 此外，尼古丁能够降低药效，使肝细胞的药物代谢酶增加，从而加速药物在体内的 分解“，它对消化系统的影响是通过消化道的吸收中毒，延长胃排空时问，使药物离开 胃部进入小肠的速度减慢而影响对一些药物的吸收，它还能使血管收缩，特别是直接与 烟气接触的皮肤，因为尼吉j 与焦油极易溶丁脸部等的油脂中，减缓皮肤i 缸液循环，促 使皮肤老化，易起皱纹，这即是尼古j 。的透皮吸收中毒机制。至于尼吉j 通过呼吸道吸 收中毒，导致慢性阻塞性肺病如哮喘、肺气肿、慢性支气管炎和肺癌等疾病的产生1 1 】， 更是为人们所熟知。 1 i 3 2 治疗作用 尼占丁还有其它很多作用，随着对其研究的深入，发现尼古丁可缓解和治疗多种疾 病，如帕金森病i ”1 、阿尔茨海默病i ”1 、溃疡型结肠炎、睡眠窒息、复发性口腔溃疡、子 宫内膜癌、子宫肌瘤、子宫内膜异位症、注意力不集中、精神分裂症、记忆及学习障碍、 疼痛等，可能对焦虑和抑郁也有效。尼古j 1 在不同的浓度和j 条件下对人体的作用也不同， 如何把握至关重要。因而其传统用药应在医生指导下科学进行，如治疗偏头痛、脑动脉 血栓形成、内耳眩晕症、中心l 生视网膜脉络膜炎时，口服为5 0 一l o o 毫克次，1 5 0 3 0 0 毫克日：而对老年性痴呆症等某些疾病的治疗，可采用小剂量，慢性用药方式，如长期 食用含少量尼r 占丁的口香糖或其它添加尼古丁的食品，或者使用含一定量尼占丁的天然 烟草中尼古丁成分研究 营养物质一螺旋藻等：药物的控释技术目前已有很大进展，它使药物通过控释技术的方 式以一定速率进入体内，故较易维持稳定的血药浓度，并可延长药物作用时间，避免了 常规给药出现的血药浓度峰谷现象，充分发挥药物的治疗作用，控制了毒、副作用，且 避免了药物对消化道的刺激等，通过皮肤尼占丁贴片等形式使药物恒速持续进入机体， 已达到其积极的防治效应。因此，开辟新的给药途径将会为尼古丁的安全使j = | j 及疾病的 防治带米广泛前景。 1 1 4 尼古丁的应用 1 3 - 1 4 1 1 1 4 1 杀虫剂 由于化学农药对人类及环境造成的危害，以及消费者对绿色食品的需求，尼古r 作为 历史悠久的植物类杀虫荆又得到重视，国内外用尼古j 做杀虫剂应用的研究不断见诸报 道。美国、澳大利亚、日本、印度等国家一直在用硫酸烟碱进行苹果吲的保护以及棉花、 蔬菜害虫的防治研究。赵瑾、王超杰等人研制的尼古丁类杀虫剂，经大量药理实验以及 中国农科院棉花研究所植保室、江苏、浙江、山东、河南四省农科院植保宝所进行的田 间药效试验证明：该药是一种高效、中毒、无残留、无公害对天敌安全的植物杀虫剂， 防治棉花及蔬菜蚜虫效果甚佳。并在1 9 9 1 年进行了农业部农药登记( 商品名：毙蚜丁) 。 除作为喷施用的农药外，利用烟碱与过渡金属的络合作用制成含烟碱及微量元素的 铁、铜、钼、锰等的微肥，施于田间后兼具肥料及杀虫作用。烟碱与复合氨基酸结合， 具有抗植物病菌作用，而将尼古厂与苯硫酚、十，i 烷基苯磺酸钠、戊二醛等以一定比例 混配的制剂，对白蚁的防治效果极佳。 1 1 4 2 卷烟添加剂 由丁尼古1 是影响卷烟口感的主要因素之一，当某种烟叶中尼古j 一含量较低，尤其 国外为降低烟叶中焦油含量对烟p t 预处理造成尼古丁损失后便需要向烟叶中喷施一定量 的尼占丁( 一般与香料一并j l a ) 。此时尼占丁是以其复合有机酸盐的形式加入，而复合 有机酸的比例廊尽量按烟叶中的相应比例选择。赵瑾、王超杰等人研制的研制的该类型 添加剂经河南省许吕卷烟厂评吸后效果很好。 另一种添加方法是将尼占丁吸附在经处理的卷烟纸或过滤嘴上。即在纸纤维或过滤 4 烟草中尼古丁成分研究 嘴的纤维中加入一些多聚嚣肪酸，它们可结合一些尼古丁，燃烧时通过口腔的吸力进入 体内。用该方法还可能增加尼占丁的保留时间及口感。 尼古j 在体内的某些代谢物也具有卷烟加香剂的作用，因此国外合成了这些烟碱的 衍生物如氧化物、季铵盐等作为卷烟添加剂使用，经评吸效果良蚶。 1 1 4 3 药物 对尼古丁的药理研究表明尼占丁可与外向及中枢神经系统的烟碱型胆碱结合。尼古 丁对大脑有多种作用。能激活多种神经化学通道，对中枢的作用可导致提高觉醒、注意 力和反应性、降低焦虑及紧张反应。对尼古丁的药动学研究表明足古丁在人体内被广泛 代谢，半衰期约2 小时。恒定的浓度时间曲线面积( a u c ) 说明尼古j 。在体内无蓄积现 象。人们对足占丁的药用价值研究发现尼古j 的某些医药上可接受的盐类具有治疗某些 疾病的作用：如口服尼古丁的酒石酸盐，可立即明显降低高血压患者的舒张压和收缩压， 停药两周后血压恢复至服药前水平。而将尼古丁的二滔石酸盐局部施药，可治疗按摩或 阿司匹林不能治疗的肌肉痉挛和关节痛。 已商品化的尼吉丁类药物主要是戒烟药。如n i c o t i n ep o l a c r i l e x 是一种含尼古丁2 m g 或4 m g 的离子交换树脂，尼古丁释放率5 0 “o - - 9 0 ，经口腔粘膜吸收，咀嚼1 5 3 0 分钟 后，血浆中尼占丁浓度相当丁吸烟卜2 分钟。最成功的戒烟药是尼吉r 透皮贴剂，为1 9 9 2 年世界十大畅销药物之一，在欧美极为流行，并已由处方药批准为非处方药。这类药物 的有效成分是尼古丁或尼古丁的某些有机酸盐如乳酸盐、柠檬酸盐、水杨酸盐等，结台 当代最先进的透皮缓释给药系统( 类似我国传统的膏药) 。透皮贴膏的释药面积为3 0 c r n 2 、 2 0 c m 2 及1 0 c m 2 三种规格，含烟碱量分别为2 1 m g 、1 4 m g 、7 r a g ( 每支烟约含尼占丁l o m g ) ， 对伴随支持性劝告的戒烟率达3 5 0 一8 6 。使用该类贴膏可显著降低不能戒烟者的吸烟 量，减弱某些尼古j 的脱瘾性症状( 包括对吸烟的渴望) ，停用后也不会产生对尼古丁的 依赖性。 1 1 5 烟草中尼古丁的提取方法 尼古丁的提取方法很多，传统的可分为三类：水蒸汽蒸馏法、溶剂萃取法和离子交 换法；新兴工艺超临界萃取技术1 15 - 1 8 1 也被应用于尼古r 的提取。 烟草中尼古丁成分研究 1 1 5 1 水蒸汽蒸馏法 水蒸汽蒸馏法是提取天然尼古丁的较为原始的上艺，将原料先用稀酸浸提再用碱中 利，然后进行水蒸汽蒸馏提取尼古丁，再经过草酸处理、碱化得到成品尼古。该方法 流程简单，操作方便，但是处理设备庞大，效率低，所得产晶尼古丁的纯度低，不能满 足市场需要，工业上已很少应用。工业化的尼古丁提取1 艺把水蒸汽蒸馏与溶剂苹取相 结合【1 ，在上述流程的基础上，使用有机溶剂萃取蒸汽中的尼占丁，然青用硫酸溶液将 尼占_ r 分离出来o ，生产适台农用或医药原料的尼占丁。此法j ：艺简单。操作成本低， 但是尼古j 的提取效率低，得到的尼占丁纯度也在9 0 以f 。 1 1 5 2 溶剂萃取法 溶剂萃取法的丁艺流程为：原料一碱( 石灰水) 浸提一溶剂萃取一制成尼古丁盐一 碱化一尼古丁产品。该方法中的溶剂可选择乙醚、氯仿、氯代烯烃等有机溶剂。该方法 已有一定的工业基础，但是装置运转正常仍有困难，因为在尼占丁从有机相转入水相后 进行分离时。在生产上在相界面上极易产生乳化层而导致停产。由于尼古丁本身理化性 质的影响，该工艺中尼占丁盐经碱化后如何与盐和水分离是t 艺的症结。刘本发等提山 了二次葶取蒸馏法提取尼古丁的提取t 艺。 二次萃取蒸馏法是在上述流程基础上，有机溶剂萃取后用酸反萃，然后再进行一次 有机溶剂苹取，最后常减压精制得产品。原料中尼占丁经碱浸提后用不溶丁水的有机溶 剂萃取，同时有大量的烟焦油、胶质及其它高沸点生物碱等杂质也被萃取，用酸反洗有 机相r 尼古丁进入水相，烟焦油、胶质等杂质留在有机相中。反洗后的水相用碱调整 p h = 1 1 ，再用有机溶剂萃取，此时有机相中主要是尼占丁和其他生物碱，常压蒸馏得尼 古j 粗品，再减压蒸馏，收集1 6 0 1 7 0 。c 4 0 “5 k p a 的馏分，可得纯度达9 8 5 以上的 尼古j ，收率为6 8 7 ，有机溶剂使用三氯乙烯。 1 1 5 3 离子交换法 离子交换法是将原料用稀酸浸提，加热回流等，将滤液经离子交换树脂( 强酸性) ， 尼占丁即被吸附在交换柱上，然后用碱交换得到游离尼占 的水溶液，该法未使用有机 溶剂，但是所得尼古j 的纯度低，有人将离子交换与溶剂幕取结合起来，提出离子交换 6 烟草中尼古丁成分研究 溶剂萃取法，所得产晶的产率高、质晕好。该法的工艺流程为：原料一稀硫酸浸提一陈 化一压滤一离予交换一萃取一反萃一陈化一产品。离子交换树脂选择h n 2 6 8 型，萃取剂 选择煤油，反萃取剂为硫酸，洗脱液为2m o l l 的n a o h 溶液。该法得尼古最高提取 率可达9 8 以上，并且得到高纯度尼古j 产品。 1 1 5 4 超临界萃取技术 超临界萃取技术是在2 0 世纪6 0 年代逐渐发展起来的。种新型分离技术。在最近十 几年，国内外人士对超临界萃取技术在食品、医药、香料等天然物质的提取分离方面作 了广泛的研究。该技术与传统的分离方法相比较具有许多独特的优点：( 1 ) 超临界流体 的萃取能力取决于流体的密度，很容易通过调节温度与压力加以控制：( 2 ) 通过等温降 压或等压降温使萃取物与萃取荆分离，溶剂回收率简单，节省能源；( 3 ) 该工艺可在低 温下操作，适用于热敏性组分；( 4 ) 可很快的达到平衡，分离效率高：( 5 ) 以c 0 2 为超 临界流体时，不使再j 或极少量使用有机溶剂，属绿色丁艺技术，该技术在烟草上业中用 丁很多方面，其总包括从烟草中萃取尼古j 1 。 超临界萃取烟草中的尼古j 已有很多研究，有的已经实现工业化生产。在尼占丁 萃取中，超临界流体是c 0 2 ，而水是不可缺少的夹带剂。c 0 2 对尼古丁的溶解能力受烟 草原料含水最的影响较大，只有在烟草的含水晕在2 5 时，c 0 2 才能有效的萃取尼古丁。 单级萃取丁艺原料烟草的含水最为2 5 ，萃取温度3 0 5 - 3 7 0 k ，压力3 0 k p a 。不同原料会 有不同的萃取结果，文献中表明，尼占丁的萃取率可达9 5 。萃取得到的尼古 粗品中 含有少量烟焦油、胶质及其它高沸点生物碱等杂质，可减压蒸馏进行精制，最后可得到 纯度9 8 以上的尼占丁。 超临界萆取技术应用于烟草工业有它特殊的优点，但是超临界流体c 0 2 的普遍应用 还面临很多的凼难：高压设备投资和维修费_ h j 大，设计和制造技术要求高，萃取釜还不 能进行连续操作，生产能力较低。这些工程技术上的难题仍需进一步解决。 1 1 5 5 液膜法 王献科i 2 2 t 等提出新的液膜法分离、提取尼古丁，该体系用n , n 二仲辛基乙酰胺、仲 辛醇( o c t a n o l - 2 ) 为流动载体、l 1 1 3 1 3 ( 双烯丁二酰亚胺) 为表面活性剂、磺化煤油作 7 烟草中尼古丁成分研究 溶剂、h 2 s 0 4 水溶剂作内相试剂，分离、提取烟草中的尼古丁，经中科院测试中心测定， 前者纯度为9 9 2 ，后者纯度为9 9 4 以上。此条件r ，许多共存离子，都不被迁移， 透过这一乳状液膜，只有尼占丁可以从这些离子( 或混合物) 中得到满意分离。 1 1 5 6 连续逆流浸取器提取法 目前，国内提取尼古r 的生产企业大多采用间歇搅拌釜式浸取法，还未见有荧连续 逆流浸取器的介绍，众所周知，根据浸取，连续逆流浸取的生产效率及成本费用_ 人大优 于间歇式搅拌浸取。陈明功【2 ”等对单级浸取、多级浸取平连续逆流浸取进行试验比较， 并结合废弃烟叶浸取的特点，设计山一种连续逆流浸取器，并对其进行研究，以开发出 适合我国中、小型企业生产尼古丁使用的浸取器，该方法效果较好流程简单，为工业 性鼓计提供理论依据。 1 1 6 尼古丁的测定方法 1 1 6 1 重量分析法 重量分析法包括硅钨酸重量法【2 “2 ”和苦味酸重量法【2 6 】。其中硅钨酸重量法是 c o r e s t a 推荐方法，也是自1 9 0 9 年由b e r t r a n d 报道以米，使用最广泛的经典测量尼古 丁的方法。它是将尼古丁在强碱性介质中进行蒸汽蒸馏，用硅钨酸将蒸馏出的尼古丁吸 收生成尼古丁的硅钨酸盐沉淀 s i 0 21 2 w 0 31 2 h 2 0 ( c 1 0 h 1 4 n 2 ) 2 5 h 2 0 。将沉淀高温灼烧， 根据剩余无水硅钨酸残渣( s i 0 21 2 w 0 3 ) 的每间接求出尼古丁含量。在该方法中，沉 淀物的结晶状态是影响准确度的关键，陈燕j 7 i 采用辅助控湍进行了改进。苦味酸重营法 是控制p h 约1 0 5 的碱性条件，使蒸馏山的游离尼古丁与过量饱利苦味酸生成尼古+ _ r 苦 味酸盐，经过滤、烘干、称量后计算尼占_ j 含量。重量分析法的优点是不使用基准试剂 和容量器皿，分析结果准确、重现性好、不受外界条件干扰：缺点是操作繁琐、耗时、 不能区分尼古r 和其它植物碱，当溶液中有铵等无机盐存在时沉淀不易生成，不适用于 低含量尼古j 的测定。 1 1 6 2 分光光度法 在尼古丁的分子中虽有双键，然丽尼古丁在可见光区没有吸收峰。但尼古丁可与铬 蓝黑、甲基橙、溴甲酚绿等显色荆生成难溶于水的显色络合物，姚宇澄等2 8 。0 1 用有机溶 8 烟草串尼古丁成分研究 剂萃取该显色络合物建立了萃取分光光度法。烟碱在紫外光区有2 3 6 、2 5 9 、2 8 2r i m 三 个吸收峰，金闻博、王惠i 、刘惠民等根据这一特点建立了紫外分光光度法。方建安 等【”1 把m 1 a 3 型微机化多功能分析器与紫外分光光度计联f i = f j ，加快了分析速度，同时消 除了因比色皿不一致带来的误著。郑一新等【3 4 】用r f 3 0 0 自动分析仪结合连续流动分析 的低分散和流动注射分析的高速度，可在1 h 内分析1 0 0 个样品，大火提高了自动化程度， 同时避免了非烟碱植物碱的干扰。另外，李华等【”1 用导数光谱法同时测定了烟草萃取物 中的尼占丁和苯，克服了溶剂苯对尼古丁测量的干扰。分光光度法的优点是：对于测定 低含量的尼古丁准确度高、选择性好、检测速度快：其缺点是可测量的浓度范围小，对 于高含量尼古丁的测定，因受方法本身灵敏度、谱带宽度、波长选择性及共存植物碱的 影响，易造成测量结果的偏蒡；且往往需要蒸馏或萃取等复杂的前处理，较为费事，还 易受外界条件影响。 1 。1 6 2 滴定分析法 滴定分析法的基本原理是酸碱反应。由于尼古丁的碱性较弱，不能在水溶液中直接 准确滴定因而王瑞新、金秋云【3 6 】分别在乙醇、氯仿中用硫酸滴定了尼古j 。杨长府p 】 在烟叶样品处理中加入了b a ( o h ) 2 ，用h c l 0 4 - 冰醋酸在苯氯仿体系中准确滴定了烟叶 中的尼古丁。提高了滴定分析法的准确度。吴子良等在1 9 9 0 年化学传感器上报道了 以氟硼酸根离子选择电极为指示电极，利用尼古丁与四苯硼钠生成沉淀，过量的四苯硼 钠用溴化十六烷基三甲铵( c t m a b ) 反滴定，差减法求出尼古丁的含量，盛良全i ”1 根 据尼古丁与钾含量特征，利用四苯硼钠与两物质生成沉淀，用钾离子选择电极作指示电 极，用电位滴定法同时测定了尼古j 与钾的含量，并用微机处理分析结果，其测量结果 与国标法相吻合，而测量时间仅为国标法的2 0 。在前人的基础上，杨俊等以烟p v c 膜涂层玻璃电极为指示电极，硅乌酸做滴定剂，用电位滴定法简单、快速、准确的测量 了烟叶中的尼古丁含量。t r e k 在醋酸的水溶液中以h c i o 。为标准溶液，采片j 电导滴定法 测定了烟草中总的生物碱。滴定分析法仪器投资小，操作简便，测试时间短，缺点是相 对标准偏差较人，由于共存生物碱的干扰，往往结果比标准测量值高，不适合对准确度 要求较高样品的测量。 9 烟草中尼古丁成分研究 11 6 3 旋光法 因为尼吉丁有较人的旋光度，冈此根据其旋光度可测定其浓度。根据这一性质 h a r v e y 等于1 9 8 4 年在a n a l 。c h e m 上报到了角圆二色性旋光分光法测量了尼占丁。但这 种方法仪器昂贵，操作繁琐，孙心齐等9 9 1 用w z z 1 型自动指示旋光仪方便的测量了烟 草中的烟碱，简化了操作程序，提高了测量速度。旋光法适合测量高浓度尼古l 相对 标准偏差小，可靠性高，分析周期短，但受外界影响，特则是温度影响大；旋光仪长时 间工作、室内温度上升和恒温水浴的温度波动等都易造成结果波动。 i 1 6 4 红外光谱定量分析法 应用化学计量学的原理，根据不同烟叶对近红外光吸收作用不同而产生的近红外反 射光谱的差异，建立近红外光谱与相关化学成分含量之间的关系模型，进而根据近红外 光谱测定烟叶中的尼古丁及其它化学成分含量。t h o m p s o n 率先把红外光谱应用丁烟制 晶的质量控制。陈捷光等用多波长法对烟叶中的尼古丁、水、总糖、还原糖进行了同时 测量，采用三元回归方程计算了各组分的含量。张建平等”0 1 在借鉴人造神经网络的基础 上，对我国各地的1 3 4 个烟叶样品进行了多组分同时测量，建立了初步模型的数据。该 方法的优点是：测试过程简便，无需复杂的前处理及化学反应过科，测试速度快、效率 高，可以单人完成大批量样品测试；测试过程无污染，费用低，且同时可进行其它组分 的测量；缺点是目前虽有现成的仪器，但很少有完全适合用户检测的模型；而且，对操 作技术要求高，用户的技术水平将直接影响测量结果和使用效果。 1 1 6 5 原子吸收分光光度法 原子吸收分光光度法一般采用金属离子与尼古丁形成络合物，从而测定金属离子含 量即可知尼古r 含量。郎惠云等4 1 1 详细探讨了利用c u 2 + 与尼古j 生成沉淀间接测定尼占 丁的条件。焦传英等【4 2 】利用在盐酸介质中，双质子化状态的尼古丁与雷氏氨盐定量反应 形成难溶的尼古丁硫氰化铬，采用火焰原子吸收光谱法测定反应体系中变化的铬最，间 接得到尼古丁的含量。该类方法的优点是无需纯物质作参比，准确度高，可测浓度范围 宽，其缺点是：仪器投资高，易受烟草制品中矿物质含量影响，须在前处理中予以注意。 1 1 6 6 色谱分析法 0 烟草中尼古丁成分研究 由于色谱法的高分离性能，能把尼古丁与其共存生物碱等组分分开，同时义能准确 的快速定性、定量分析，冈而它是近年来比较流行、研究最多的方法。近1 0 年来国内外 有近6 0 篇文献发表，主要是从流动相与崮定相选择、升温方式、测定对象和尼古丁与人 体健康等方面进行探讨。常用的有气相色谱法、液相色谱法和气质联用等方法。色谱法 的优点是分离效率高，测定速度快，分离与测量同步进行，重现性好，回收率高，过程 无污染。缺点是需用人型仪器和标准物，不易普及，测量范围较窄。 1 1 6 7 电位分析法 电位分析法是研究较活跃的领域，它的主体是离子选抒电极。不同的作者采用不同 方法以不同的载体在电极上制成尼古丁膜，使尼古j + 得到响应即可测其含量。周燕真等 在8 0 年代后期以四苯硼酸与尼古丁形成的缔合物为活性物质、p v c 为载体，研制出了 p v c 尼古丁电极、尼古丁液膜电极、尼古丁f e t 屯极，并用它们对尼占丁进行了测量， 获得与美国a o a c 法一致的结果。盛良全等4 ”以热氧化聚台的聚苯胺与聚乙烯醇复合物 为载体研制了四苯硼酸尼占丁膜电极，克服了传统膜间的不稳定性，提高了测量速度平u 结果的重现性。近几年研究较多的是硅钨酸为活性物质，康学军等以硅钨酸为活性物质 研制出p v c 石墨涂膜尼古 + 电极，采用双标准加入法测量了烟草制品中的尼古丁。杨俊 等【4 4 】以硅钨酸为活性物质研制出p v c 膜涂层玻璃电极，直接电位法测定划草及烟气粒 相物中的尼古j ，取得了满意的结果，并在此基础上又以聚苯胺修饰的石墨管电极为基 础电极，管内涂以硅钨酸为活性物质的p v c 膜，研制出了双膜流通式尼占丁电极 “i ， 首次建立了流动电位法测定尼古j 的新方法，该方法无需对样品进行预分离处理，可直 接测定烟草及卷烟烟气粒相物中的尼古丁。另外，t r a n m i r t h 等m 】i h 乙酰胆碱传感器测 定了尼古丁。电位法是目前最快的检测方法。它适合_ 人批量样晶的快速测定，且方法简 便、选择性好、结果准确、测试过程无污染。其缺点是：i b 极制作的好坏直接影响测量 结果，对操作人员要求高，不同实验条件r 结果差异大，需操作人员自身探索寻求最佳 实验条件。 1 16 8 极谱分析法 极谱分析法的原理是让尼古丁与某金属离子形成络合物，经过分离，用极谱检测金 烟草中尼古丁成分研宄 属离子的量，从而间接求出尼古丁含量。林三冬于1 9 8 8 年在分析化学上报道了利用 c u 2 + 与尼古丁生成沉淀，示波极谱法间接测量了尼古丁。f o u s s a r d 等用差示脉冲极谱法 测定了空气中的尼古j + ，取得了较好的结果。该方法测定灵敏度高，分辨能力强，具有 良好的抗干扰能力，所用仪器简单；但需要对尼古丁进行蒸馏、络合、沉淀、分离等复 杂的预处理，容易给测量引入误差。 11 6 9 其它方法 尼古丁测定除了上述常用方法之外，还有其它一些测定方法。叶毓琼等p 7 1 在h c i 介质中，使尼古丁与雷氏盐生成难溶化合物，用原子发射光谱法间接测定了尼占丁。l i 等【4 8 悃毛细管电泳法测定了烟制品中痕量的尼古丁。a l v i n 等以手性络合剂作为标记物， 崩核磁共振法测定了烟草生物碱和类烟碱化合物。这些方法多具有简便、快速、样品需 要量小的优点，分别适j f = | j 于对映体分析、药物性能检测及痕量组分分析。但它们都需要 火型分析仪器，对测试人员要求素质高。 1 2 烟草中尼古丁研究的状况 烟草是我国的一个巨大的物质资源，也是我国税收的主要来源，随着烟草行业的不 断发展，如何更好的利用烟草资源，提高它的经济价值，是我们面临的课题和挑战。国 外是在2 0 世纪6 0 年代开始了对烟叶的综合开发利用，我国是在2 0 世纪9 0 年代才逐步 开始利用烟叶里的尼古丁和茄尼醇，对精油类等其它物质的开发利用还很少。烟草燃烧 时产生3 0 0 0 多种化学物质，目前在国内外，一般均在香烟上加上过滤嘴，以吸滤烟草中 部分尼占丁及其它有害物质。近年来，有报道了在过滤嘴中加入油酸酰胺、氨基苯甲酸、 山梨酸和蛋白酶等物质，以增加对尼古丁一的吸滤率，还报道了将过滤嘴与6 硫酸亚铁 铵溶液和9 柠檬酸在三醋酸甘油酯悬浮液中浸渍可提高对尼古丁的吸滤率。发达国家 都在积极配制低毒香烟，千方百计降低卷烟中的焦油和尼占 一含量，并开发了系列新 技术，如激光打孔技术、烟丝烟梗膨化技术、烟草薄化技术、增加盘纸透气度技术及活 性炭过滤技术等。中草药烟以及消除烟碱尼古丁茶也正在的研究中。 烟草中尼古丁成分研究 第二章g c - m s 分析烟草中化学成分 2 1 主要仪器与试剂 美国h e w l e t tp a c k a r d6 8 9 0 5 9 7 3 气相色谱一质谱一计算机联剧仪( g c m s d s ) 同时蒸馏一萃取装置( 自制s d e ) 。 r 2 2 0 1 型旋转蒸发器( 上海中科机械研究所) 乙醚、无水硫酸钠( 分析纯) 2 2 同时蒸馏一萃取法提取挥发性成份 4 9 称取烟丝样品5 0 9 置丁2 0 0 0 m l 单颈烧瓶中，加入8 0 0 m l 去离子水浸泡，接在s i d e 的一端，控制温度在8 0 - - 9 0 c 之间保持沸腾，另取1 0 0m l 重蒸乙醚于5 0 0m l 单颈萃取 烧瓶中，接在s d e 的另一端，以恒温水浴加热萃取烧瓶，在4 0 c 以下连续萃取5 h 将乙 醚萃取液用活化过的硫酸钠脱水，然后用旋转蒸发器除去乙醚，得到淡黄色透明液体， 收率为1 6 4 ，备用。 图1s d e 装置 f i g 2 1 s i m u l t a n e o a sd i s t i l l a t i o na n d e x t r a c t i o ne q u i p m e n t 1 试样瓶( s a m p l eb o t t l e ) ：2 电热套( e l e c t r i c h e a t e r ) 3 苇取瓶( e x t r a c t i o nb o t t l e ) ：4 恒温水浴( t h e r m a s t a t ) 烟草中尼古丁成分研究 2 3 水蒸气蒸馏法提取挥发性成份。 称取烟丝样品5 0g 置于1 0 0 0m l 圆底烧瓶中，加入2 0 0m l 去离子水浸泡，用水蒸 汽蒸馏，馏出液用乙醚连续萃取3 次，然后用活化过的无水硫酸钠脱水，乙醚萃取液用 旋转蒸发器除去乙醚，得到具有浓郁香烟味的淡黄色透明液体，测定挥发油的含量，收率 为1 7 8 ，各用。 2 4 气相色谱一质谱测定条件 气相色谱条件：色谱柱，h p 一5 弹性石英毛细管柱2 5 m x 0 2 r a m o 3 3um ； 柱温6 0 ( 4 r a i n ) 1 6 0 ( 2 r a i n ) - 2 3 0 。c 保持1 5m i n ：汽化室温度2 3 0 。c ： 溶剂延迟3 m i n ；传输线温度2 3 0 ：进样量0 , 2 t al ； 载气h e ；载流鼙2 m l m i n ：分流比4 0 ：1 ： 质谱条件：离子源e l ：离子源温度2 2 0 ；电子能量7 0e v ；发射电流3 4 ，6u a ： 电子倍增器电压1 2 4 6v ；质量范围3 0 - - 5 0 0 & m u 。 2 5 定性及定量分析 定性分析：取烟丝挥发油0 2ul ，崩气相色谱质谱计算机联用仪进行分析鉴定。 通过g 1 7 0 lb a 化学工作站数据处理系统，检索n i s 9 8 谱图库，并分别与八峰索引及e pa nih 质谱图集的标准谱图进行对照，复合，再结台有关文献进行人上谱图解析及 气相色谱保留指数法数据。确认烟丝挥发油的各个化学成分。 定量分析：通过g1 7 0 lba 化学1 作站数据处理系统，按面积归一化法进行定量分 析，分别求得各化学成分在挥发油中的相对百分含量。 2 6 结果与讨论 按前述实验步骤进行实验的结果，由化学工作站给出烟丝挥发油的总离子流图，同 时蒸馏和水蒸汽蒸馏得到的烟丝挥发油的总离子流程图分别如幽2 2 ，图2 3 所示。最后 将确认的烟丝挥发油中的化学成分及求得的各化学成分在挥发油中相对百分含量列入表 2i 。 1 4 烟草中尼古丁成分研完 t i c ：c o n o x z 4d 心w “t 舰 一“ k ，。l也川。 图2 2 烟丝挥发油的总离子流程图( 同时蒸馏s d e ) f i g 1 t o t a l ei o nc h r o m a t o g r a i no f v o l a t i l eo i li n t o b a c c o 图2 2 烟丝挥发油的总离子流程图( 水蒸汽蒸馏v d e ) f i g 2 3 t o t a l ei o nc h r o m a t o g r a mo f v o l a t i l eo i li n t o b a c c o 烟草中尼古丁成分研究 表2 ，1 烟丝挥发油中化学成分鉴定结果 t 曲1i d e n t i f i e dc o m p o n e n t so fv o l a t i l eo i l i nt o b a c c o 相对含量粗似度 序保斜 化台物名称分了式 分子 ( )( ) 苛时i h冒 s d ev d e s d ev d e 5 1 18 6 61 28 1 01 62 9 l1 68 7 21 6 9 6 苯乙醛 b e n t x n e a e e t a l d e h y d e 尼古丁n i c o t i n e l ，3 ，3 一三甲基一三环- 【22 10 2 ，6 卜庚烷 t r i c y e l o 221 0 2 ，6 _ h e p t a n e ，1 , 3 ，3 - t r i m e t h y l 一 ( e ) 一i 一( 2 ，6 ，6 三甲基一1 ，3 一环己二烯- 1 甲基) - 2 丁烯1 酮 2 一b u t e n - i - o n c 1 一( 2 ，6 。6 t r i m e t h y l l ，3 - c y c l o h e x a d i e n l y 1 ) - ( e ) ( e ) 6 ，1 0 - 二甲慕5 ，9 十一二烯一2 - 酮 5 ，9 u n d e c a d i e n - 2 一帅e 。6 ，1 0 - d i m e t h y l 一( e ) 2 , 6 - 二叔丁基对甲酚 b u t y l a t