煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的測定方法
【專利摘要】一種煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的測定方法，其特征在于：采用正己烷/氫氧化鈉水溶液體系將煙草中的煙堿提取出來后進行液體進樣，采用配有毛細(xì)管色譜柱的氣相色譜儀將煙堿與萃取液中的其他雜質(zhì)分開，利用氣相色譜—同位素質(zhì)譜儀（GC?IRMS）分析煙草中煙堿的碳穩(wěn)定同位素比值δ13C，氫穩(wěn)定同位素比值（δD）和氮穩(wěn)定同位素比值δ15N，再根據(jù)煙堿同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的δ12C、δD和δ15N測定值，校準(zhǔn)計算煙草中煙堿的δ12C、δD和δ15N值。本發(fā)明利用GC?IRMS技術(shù)，實現(xiàn)了煙草中煙堿的碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的快速、準(zhǔn)確測定，為煙草制品的溯源提供了技術(shù)方法。
【專利說明】
煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的測定方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于穩(wěn)定同位素分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同 位素比值的測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煙葉是我國卷煙生產(chǎn)的基礎(chǔ)，煙葉內(nèi)在品質(zhì)的好壞直接影響卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量。受 產(chǎn)地環(huán)境，如經(jīng)煒度、海拔、溫濕度、降水量、土壤類型等因素的影響，不同種植區(qū)煙葉品質(zhì) 差異很大，風(fēng)格特征迥異。在卷煙葉組配方中充分利用各地?zé)熑~的吸味特征，突出卷煙品牌 風(fēng)格特征和風(fēng)味品質(zhì)，對于做大、做專、做強卷煙產(chǎn)品具有重要意義。但是，迄今為止，很難 做到對各地?zé)熑~的吸味特征進行定量分析和描述，卷煙生產(chǎn)企業(yè)也很難對煙葉供應(yīng)商提供 的煙葉原料進行產(chǎn)地判定和識別。因此，以次充好、以劣充優(yōu)和混淆產(chǎn)地的煙葉時有出現(xiàn)， 造成卷煙企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的不穩(wěn)定和直接的經(jīng)濟損失。因此，對煙葉產(chǎn)地的判別研究具有重 要意義，有必要研究一種能夠?qū)熑~產(chǎn)地進行判別的方法。
[0003] 當(dāng)前，國內(nèi)外對煙葉產(chǎn)地判別的研究相對較少，主要有感官評價法，紅外光譜法， 特征化學(xué)成分分析法等。其中，感官評價法主觀性較強，紅外光譜法和特征化學(xué)成分分析法 的研究相對較多，但其嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性依然存在不足。在食品產(chǎn)地溯源的方法中，穩(wěn)定同位 素技術(shù)是一項相對高效的分析手段。由于生物體內(nèi)的同位素組成受氣候，環(huán)境和生物代謝 類型等因素的影響，不同種類及不同地域來源的食品原料中同位素自然豐度存在差異，利 用這種差異可以區(qū)分不同種類的產(chǎn)品及其可能的來源地區(qū)。
[0004] 穩(wěn)定同位素技術(shù)在煙草及煙葉原產(chǎn)地判別領(lǐng)域的研究相對較少。Jamin等利用穩(wěn) 定同位素技術(shù)，成功對來自南美洲、歐洲、南亞地區(qū)及非洲的煙葉進行分區(qū)CeD 及^iro/3. 1997，洲〔5」： 589-599.)，但是，這種方法需要復(fù)雜的煙堿提取及提純過程，且 僅對煙草中煙堿的碳和氮兩種元素進行同位素比值測定。本專利提供了一種利用GC-IRMS 方法快速、高效測定煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的方法，為煙草及煙草制品的溯 源提供了技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的正是基于上述技術(shù)不足，建立了一種煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位 素比值的測定方法。本方法無需復(fù)雜的煙堿提取、純化等樣品前處理過程，且一次樣品前處 理過程即可同時測定煙草中煙堿的碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值，具有操作簡便、效率高、重復(fù) 性好的優(yōu)點。
[0006] 以下對本方法進行詳細(xì)描述。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位 素比值的測定方法，該方法采用正己烷/氫氧化鈉水溶液體系將煙草中的煙堿提取出來后 進行液體進樣，采用配有毛細(xì)管色譜柱的氣相色譜儀將煙堿與萃取液中的其他雜質(zhì)分開， 利用氣相色譜一同位素質(zhì)譜儀(GC-IRMS)分析煙草中煙堿的碳穩(wěn)定同位素比值S 13C，氫穩(wěn)定 同位素比值(SD)和氮穩(wěn)定同位素比值S15N，再根據(jù)煙堿同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的S12C、SD和S 15N 測定值，校準(zhǔn)計算煙草中煙堿的s12c、sd和s15n值。
[0008]更具體而言，本發(fā)明方法包括以下步驟： (1)采用正己烷/氫氧化鈉水溶液體系將煙草中的煙堿提取出來，具體方式為稱取約1 g煙草樣品，置于100 mL三角瓶中，分別加入20 mL氫氧化鈉溶液(5 mol/L)和20 mL正己烷， 置于振蕩器上振蕩萃取60 min。靜止后取上層有機層進行GC-IRMS分析。
[0009] (2)采用帶有毛細(xì)管氣相色譜柱的氣相色譜儀將煙堿與萃取液中的其他雜質(zhì)分 開； (3) 用在線燃燒裝置將煙堿中的C轉(zhuǎn)化成C02,將煙堿中的N轉(zhuǎn)化成N2,用同位素質(zhì)譜儀 (IRMS)測定煙堿產(chǎn)生C0 2中的S13C和N2中的S15N值； (4) 將在線燃燒裝置切換為熱轉(zhuǎn)化模式，用同位素質(zhì)譜儀(IRMS)測定煙堿產(chǎn)生H2中的S D值(SPS 2H)。
[0010] (5)通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)已標(biāo)定的S13C，SD和S15N值，得到煙草中煙堿的S 13C，SD和S15N值。
[0011]所述方法的儀器分析條件為： (1) 氣相色譜條件： 色譜柱：中等極性毛細(xì)管色譜柱（30 m X 0.32 mm X 0.25 mi);檢測器溫度：250 °(：;進樣口溫度:250 °(：;載氣：氮氣(純度彡99.999%)，恒流流速:2.〇11117111111 ;進樣量：111 L，分流比：10:1 (測定SD和S15N時采用不分流模式）；升溫程序:初始溫度80 °C，保持1 min， 以15 °C/min的速率至260 °C，保持6 min. (2) 在線燃燒裝置條件： 測定S13c或S15N:使用氧化燃燒管，設(shè)置溫度為1000°C。管內(nèi)填裝鎳/氧化鎳（Ni/NiO)， 氧化鎳作弱氧化劑，將樣品中的C氧化成C02，將樣品中N氧化成Nx0y，同時，氧化鎳轉(zhuǎn)化為鎳 單質(zhì)，充入〇 2可再生氧化鎳，另外，鎳單質(zhì)可作特殊還原劑，將Nx0y轉(zhuǎn)化為N2，樣品最終反應(yīng) 生成C〇2和N2。氧化燃燒管使用前應(yīng)注入〇2 -個小時用于氧化管的再生。
[0012]測定s15N，需使用液氮冷講凍結(jié)除去c〇2高凝固點氣體，防止c〇 2進入離子源打出碎 片離子[C0+ ] m/z 28，29對[N2+ ]m/z 28，29造成干擾。
[0013] 測定卯:使用高溫裂解管，設(shè)置溫度為1450°C。高溫裂解管使用前應(yīng)注入CH4-個 小時用于反應(yīng)管涂炭。
[0014] (3)質(zhì)譜條件為： 離子源真空為1.8x 10-6mBar,電壓3.04 kV，電流1.50 mA。
[0015] 本發(fā)明的方法無需復(fù)雜的煙堿提取、純化等樣品前處理過程，且一次樣品前處理過程 即可同時測定煙草中煙堿的碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值，具有操作簡便、效率高、重復(fù)性好的 優(yōu)點，為煙草及煙草制品的溯源提供了技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。
【附圖說明】
[0016] 圖1為GC-IRMS測定標(biāo)準(zhǔn)溶液煙堿中S13c的離子流圖譜，其中上圖縱坐標(biāo)是比率 (Ratio)，下圖縱坐標(biāo)是強度（Intensity [mV]); 圖2為GC-IRMS測定標(biāo)準(zhǔn)溶液煙堿中S15N的離子流圖譜，其中上圖縱坐標(biāo)是比率 (Ratio)，下圖縱坐標(biāo)是強度（Intensity [mV]); 圖3為GC-IRMS測定標(biāo)準(zhǔn)溶液煙堿中SD的離子流圖譜，其中上圖縱坐標(biāo)是比率(Ratio)， 下圖縱坐標(biāo)是強度（Intensity [mV])。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明通過以下具體實施例作進一步描述，但不限制本發(fā)明。
[0018] 實施例1: 1、儀器及試劑 同位素質(zhì)譜儀(AS1310自動進樣器，Trace GC Ultra氣相色譜儀，GC IsoLink燃燒與熱 轉(zhuǎn)化裝置(燃燒裝置用來測定煙堿中的碳和氮，熱轉(zhuǎn)化裝置用來測定煙堿中的氫），Delta V Advantage穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜儀。美國Thermo Fisher公司）；AE163電子天平（感量:0? 0001 區(qū)，瑞士161:1:161'公司）；高純氦氣(99.999%，載氣）；煙堿標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來自于美國印第安納大學(xué) 同位素實驗室，#2 (S13C =7 ? 72 ± 0 ? 02%。，S15N=-5 ? 94 ± 0 ? 15%。），#3( S13C =-30 ? 05 ± 0 ? 02%〇， S15N=-33.62±0.18%〇)，#4(S13C =-2.06±0.02%〇，S15N=-15.49±0.13%〇)，#5(S13C =-29.63 ±0 ? 01%。，S15N=-6 ? 03 ±0 ? 04%。，SD=-161 ? 30 ± 1 ? 7%。）；正己烷（色譜純，美國TEDIA公司）； 氫氧化鈉(分析純，國藥集團）;超純水(Milli-Q Integral超純水系統(tǒng)制），Y-8調(diào)速振蕩器 (常州國華電器有限公司）。
[0019] 2、樣品前處理 稱取約1 g煙草樣品，置于100 mL三角瓶中，分別加入20 mL氫氧化鈉溶液(5 mol/L)和 20 mL正己烷，置于振蕩器上振蕩萃取60 min。靜止后取上層有機層進行GC-IRMS分析。
[0020] 3、儀器分析條件 (1) 氣相色譜條件： 色譜柱：中等極性毛細(xì)管色譜柱（30 m X 0.32 mm X 0.25 mi);檢測器溫度：250 °(：;進樣口溫度:250 °(：;載氣：氮氣(純度彡99.999%)，恒流流速:2.〇11117111111 ;進樣量：111 L，分流比：10:1 (測定SD和S15N時采用不分流模式）；升溫程序:初始溫度80 °C，保持1 min， 以15 °C/min的速率至260 °C，保持6 min. (2) 燃燒轉(zhuǎn)化裝置條件： 測定S13c或S15N:使用氧化燃燒管，設(shè)置溫度為1000°C。管內(nèi)填裝鎳/氧化鎳（Ni/Ni0)， 氧化鎳作弱氧化劑，將樣品中的C氧化成C02，將樣品中N氧化成Nx0y，同時，氧化鎳轉(zhuǎn)化為鎳 單質(zhì)，充入〇 2可再生氧化鎳，另外，鎳單質(zhì)可作特殊還原劑，將Nx0y轉(zhuǎn)化為N2，樣品最終反應(yīng) 生成C〇2和N2。氧化燃燒管使用前應(yīng)注入〇2 -個小時用于氧化管的再生。
[0021] 測定S15N，需使用液氮冷阱凍結(jié)除去C02高凝固點氣體，防止C02進入離子源打出碎 片離子[C0+ ] m/z 28，29對[N2+ ]m/z 28，29造成干擾。
[0022] 測定SD:使用高溫裂解管，設(shè)置溫度為1450°C。高溫裂解管使用前應(yīng)注入CH4-個 小時用于反應(yīng)管涂炭。
[0023] (3)質(zhì)譜條件為： 離子源真空為1.8x 10-6mBar,電壓3.04 kV，電流1.50 mA。
[0024] 4、精密度測定 將煙草樣品稀釋萃取后，通過本發(fā)明所述GC-IRMS技術(shù)重復(fù)測定煙草中煙堿的S13C，SD 和S15N值(n = 6)，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為0.83%，0.42%和0.93%(表1)，測定 精度均能達到要求。
[0025] 表1.煙草中煙堿C、H、N三種元素穩(wěn)定同位素比值的精密度測定
根據(jù)上述氣相色譜測定方法，選擇一種煙草樣品A，測得其中煙堿的S13C，SD和S15N分別 為-31.4U-211.80 和-7.51。
[0026] 實施例2 根據(jù)實施例1所述的測定方法，選擇一種煙草樣品B，測得其中煙堿的S13C，SD和S15N分 別為-31.17、-211.44和-6.83〇
[0027] 實施例3 根據(jù)實施例1所述的測定方法，選擇一種煙草樣品C，測得其中煙堿的S13C，SD和s15N分 別為-32 ? 97、-229 ? 05 和-5 ? 51 〇
【主權(quán)項】
1. 一種煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的測定方法，其特征在于:采用正己烷/氫 氧化鈉水溶液體系將煙草中的煙堿提取出來后進行液體進樣，采用配有毛細(xì)管色譜柱的氣 相色譜儀將煙堿和萃取液中的其他雜質(zhì)分開，利用氣相色譜一同位素質(zhì)譜儀GC-IRMS分析 煙草中煙堿的碳穩(wěn)定同位素比值δ 13(：，氫穩(wěn)定同位素比值δ?和氮穩(wěn)定同位素比值δ15Ν，再根 據(jù)煙堿同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的S 12C、SD和δ15Ν測定值，校準(zhǔn)計算煙草中煙堿的δ12(：、δ?和δ 15Ν值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的測定方法，其特征在 于:具體步驟如下： (1) 采用正己烷/氫氧化鈉水溶液體系將煙草中的煙堿提取出來； (2) 采用帶有毛細(xì)管氣相色譜柱的氣相色譜儀將煙堿和萃取液中的其他雜質(zhì)分開； (3) 用在線燃燒裝置將煙堿中的C轉(zhuǎn)化成C02,將煙堿中的Ν轉(zhuǎn)化成Ν2,用同位素質(zhì)譜儀 (IRMS)測定煙堿產(chǎn)生C0 2中的δ13(：和Ν2中的δ15Ν值； (4) 將在線燃燒裝置切換為熱轉(zhuǎn)化模式，用同位素質(zhì)譜儀IRMS測定煙堿產(chǎn)生Η2中的δ? 值； (5) 通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)已標(biāo)定的δ13(：，δ?和δ15Ν值，得到煙草中煙堿的δ13(：，δ?和δ 15Ν值。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的測定方法，其特征在 于:步驟(2)中的氣相色譜條件為： 色譜柱：中等極性毛細(xì)管色譜柱，規(guī)格30 m X 0.32 mm X 0.25 μπι;檢測器溫度:250 °C;進樣口溫度:250 °C;載氣:氮氣，恒流流速:2.0 mL/min;進樣量:1 yL，分流比：10:1，測 定δ?和δ15Ν時采用不分流模式;升溫程序:初始溫度80 °C，保持1 min，以15 °C/min的速率 至260 °C，保持6 min。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的測定方法，其特征在 于:步驟(3)、（4)所用的在線燃燒裝置條件為： 測定S13C或δ15Ν:使用氧化燃燒管，設(shè)置溫度為1000°C，管內(nèi)填裝鎳/氧化鎳（Ni/NiO)， 氧化鎳作弱氧化劑，將樣品中的C氧化成C02，將樣品中N氧化成Nx0y，同時，氧化鎳轉(zhuǎn)化為鎳 單質(zhì)，充入〇 2可再生氧化鎳，另外，鎳單質(zhì)可作特殊還原劑，將Nx0y轉(zhuǎn)化為N2，樣品最終反應(yīng) 生成C〇2和N2，氧化燃燒管使用前應(yīng)注入〇2 -個小時用于氧化管的再生； 測定S15N，需使用液氮冷阱凍結(jié)除去C02高凝固點氣體，防止C02進入離子源打出碎片離 子[C0+ ] m/z 28，29對[N2+ ]m/z 28，29造成干擾； 測定SD:使用高溫裂解管，設(shè)置溫度為1450Γ，高溫裂解管使用前應(yīng)注入CH4-個小時用 于反應(yīng)管涂炭。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙草中煙堿碳、氫、氮穩(wěn)定同位素比值的測定方法，其特征在 于:步驟（1)中的提取方式具體為:稱取約1 g煙草樣品，置于100 mL三角瓶中，分別加入20 mL濃度為5 mol/L的氫氧化鈉溶液和20 mL正己燒，置于振蕩器上振蕩萃取60 min;靜止后 取上層有機層進行GC-IRMS分析。
【文檔編號】G01N30/02GK106053659SQ201610518583
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月5日
【發(fā)明人】韓書磊, 陳歡, 馬瀟, 付亞寧, 劉彤, 侯宏衛(wèi), 胡清源
【申請人】國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心