章平泉+徐光忠+杜秀敏+陸苗苗+李青+于小紅+蔣宇凡

摘 要：該研究以對甲苯磺酸為甲酯化催化劑，對甲酯化的各種條件進(jìn)行優(yōu)化，采用氣相/質(zhì)譜法對煙草薄片中的多元有機(jī)酸含量進(jìn)行測定。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用該方法法重復(fù)測定的變異系數(shù)較小，平均回收率在96.26%～103.37%，具有較好的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性，適用于煙草薄片中多元有機(jī)酸含量的測定。

關(guān)鍵詞：煙草薄片；多元酸；對甲苯磺酸；氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用法

中圖分類號 S572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）01-0096-03

Abstract：The p-toluene sulfonic acid was used as esterification catalyst and the methyl esterification conditions of polybasic acids were optimized，polybasic acids contents in tobacco sheet were determined by gas chromatography mass spectrometry method.The results showed the method had good reproducibility and accuracy，the less variation coefficient and the average recovery ratio was 96.26%～103.37%.The method can be used to determine the polybasic acids in tobacco sheet.

Key words：Tobacco sheet；Polybasic acids；P-toluene sulfonic acid；Gas chromatography mass spectrometry

有機(jī)酸是煙葉香味成分的重要組成部分，直接影響煙葉和煙草制品的質(zhì)量[1]。目前行業(yè)內(nèi)主要集中在煙葉中有機(jī)酸含量的研究，其前處理方法多采用濃硫酸催化酯化法[2-3]、三氟化硼甲酯化[4]及N，O-雙（三甲基硅基）三氟乙酰胺硅烷化[5]。測試方法主要有氣相色譜[6]和氣相色譜-質(zhì)譜法[7]，但上述方法存在副反應(yīng)多，酯化試劑毒性強(qiáng)抑或價(jià)格昂貴等不足。對甲苯磺酸作為一種有機(jī)酸，其酸性和硫酸相當(dāng)，且效果更好，因而可以代替硫酸作為酸性催化劑，目前已廣泛應(yīng)用于化工有機(jī)合成方面[8-13]。煙草薄片主要由煙末、碎片、煙梗或低次煙葉加入膠粘劑和其他添加劑等組成，是重要的卷煙原料之一。分析煙草薄片中的非揮發(fā)性有機(jī)酸的組成及含量，可以為更好利用煙草薄片作為卷煙原料提供參考依據(jù)，而目前涉及煙草薄片中有機(jī)酸含量的測定還鮮有公開報(bào)道。為此，本研究采用對甲苯磺酸為催化劑對煙草薄片中多元有機(jī)酸進(jìn)行酯化，采用氣相-質(zhì)譜法（GC-MS）測定，并對酯化過程的各種影響因素進(jìn)行了考察，取得了良好的效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料、試劑和儀器 薄片樣品10個(gè)（江蘇鑫源薄片有限責(zé)任公司提供）。標(biāo)準(zhǔn)品：草酸、丙二酸、蘋果酸、檸檬酸和己二酸（內(nèi)標(biāo)，IS）（分析純，美國ChemService公司）；正己烷（色譜級，美國J.T.Baker公司）。對甲苯磺酸（分析純，天津金匯太亞化學(xué)試劑有限公司）。酯化液：配置0.5g/10mL對甲苯磺酸的甲醇溶液。AE163電子天平（瑞士Mettler公司）；Agilent6890A/5975氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent公司）；離心機(jī)（江蘇鹽城市凱特實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）。

1.2 樣品處理與分析 將薄片置于烘箱內(nèi)在40℃左右干燥2h，粉碎，混合均勻備用。稱取1.0g（精確至0.000 1g）薄片試樣于20mL具塞三角瓶中，加入8mL酯化液和0.5mL內(nèi)標(biāo)溶液，密封并在60℃下萃取90min。冷卻到室溫、搖勻，轉(zhuǎn)入離心管中進(jìn)行離心10min。移取0.5mL上層清液于25mL具塞三角瓶中，加入15mL正己烷，置于振蕩器上萃取20min，靜置。取上層清液，進(jìn)樣分析。gC/MS條件：色譜柱：DB-FFAP熔融石英毛細(xì)管柱（30m×0.25mm i.d.×0.25μm d.f.）；進(jìn)樣口溫度：240℃；進(jìn)樣量：1.0μL；分流比：10∶1。升溫程序?yàn)椋?10℃→120℃（5℃/min）→160℃（10℃/min）→240℃（20℃/min，保持2min）；載氣：He，流速：1.0mL/min。電離方式，電子轟擊（EI），電離能量，70eV；質(zhì)量數(shù)范圍：35～350amu；離子源溫度：230℃；傳輸線溫度：240℃；四級桿溫度：150℃。溶劑延遲：2.5min；檢測方式：選擇離子監(jiān)測（SIM）。

2 結(jié)果與分析

2.1 定性分析 采用NIS98和Wiley譜庫檢索并結(jié)合標(biāo)樣和目標(biāo)物的特征質(zhì)譜碎片對有機(jī)酸甲酯進(jìn)行定性。各有機(jī)酸甲酯和己二酸二甲酯（IS）的保留時(shí)間和特征離子峰見表1。標(biāo)準(zhǔn)樣品的選擇離子色譜見圖1，由圖1可知，所采用的色譜條件下，各色譜峰分離良好。

2.2 樣品前處理?xiàng)l件的選擇

2.2.1 催化劑用量的選擇 準(zhǔn)確稱取6份1.0g薄片樣品，分別加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6g對甲苯磺酸，考察催化劑用量對試驗(yàn)結(jié)果的影響。結(jié)果表明，甲苯磺酸用量為0.5g時(shí)，各有機(jī)酸含量最大，且隨著對甲苯磺酸量的增加，結(jié)果相差不明顯。因此，選擇0.5g對甲苯磺酸為適宜的用量。

2.2.2 酯化液體積的選擇 準(zhǔn)確稱取8份1.0g薄片樣品于具塞三角瓶中，分別加入2、3、4、5、6、8、10、12mL酯化液，考察酯化液體積對多元有機(jī)酸結(jié)果的影響。結(jié)果表明，酯化液在6～10mL，各有機(jī)酸的含量相差不大，綜合有利于實(shí)際操作等因素考慮，選擇8mL酯化液為適宜的體積。

2.2.3 酯化溫度的選擇 準(zhǔn)確稱取6份1.0g薄片樣品，分別于50、55、60、65、70和75℃下，考察酯化溫度對試驗(yàn)結(jié)果的影響。結(jié)果表明，溫度為60℃時(shí)，各有機(jī)酸含量最大，隨著溫度的升高，各有機(jī)酸含量均有不同程度的降低，但變化不明顯。因此，選取60℃為適宜的酯化溫度。

2.2.4 酯化時(shí)間的選擇 準(zhǔn)確稱取6份1.0g薄片樣品，分別于50、60、75、90、105和120min下考察酯化時(shí)間對各有機(jī)酸酯化的影響。結(jié)果表明，在90～120min范圍內(nèi)，各有機(jī)酸的含量達(dá)到最大，且相差不大，故選擇90min為適宜的酯化時(shí)間。

2.2.5 萃取液體積的選擇 準(zhǔn)確稱取5份1.0g薄片樣品，按照上述適宜的參數(shù)進(jìn)行處理。移取0.5mL上層清液，分別加入5、10、15、20、25、30mL正己烷進(jìn)行萃取。結(jié)果表明，當(dāng)正己烷用量在15～30mL，各有機(jī)酸的含量達(dá)到最大，且隨著正己烷用量的增加，各有機(jī)酸含量變化不明顯。因此，選擇15mL為適宜的萃取體積。

2.2.6 萃取時(shí)間的選擇 準(zhǔn)確稱取5份1.0g薄片樣品，按照上述適宜的參數(shù)進(jìn)行處理，分別在5、10、15、20、25、30和40min內(nèi)進(jìn)行振蕩萃取。結(jié)果表明，萃取時(shí)間在20～40min，各有機(jī)酸含量相差不大。因此，選擇20min為最終萃取時(shí)間。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和內(nèi)標(biāo) 稱取0.1g（精確至0.000 1g）己二酸，甲醇溶解并定容至100mL。稱取一定量的有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)品（精確至0.000 1g），甲醇溶解并定容至100mL，得標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液。分別準(zhǔn)確移取0.05、0.1、0.3、0.4和0.6mL上述標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液于25mL具塞三角瓶中。按照“1.2樣品處理與分析”步驟處理并經(jīng)GC-MS測定后，根據(jù)各有機(jī)酸甲酯的峰面積與內(nèi)標(biāo)物峰面積比以及各有機(jī)酸標(biāo)樣濃度，得到各有機(jī)酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線和決定系數(shù)。結(jié)果表明（表2），在所測定的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，各有機(jī)酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系較好。

2.4 方法精密度 取3#薄片按按照“1.2樣品處理與分析”步驟進(jìn)行前處理，平行測定6次。結(jié)果表明，各種有機(jī)酸成分的變異系數(shù)在2.57%～7.26%（表3），表明方法具有較好的重現(xiàn)性。

2.5 回收率 按照低、中、高3個(gè)含量水平，分別在3#薄片樣品中加入3個(gè)不同濃度的各種有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按照“1.2樣品處理與分析”步驟處理。結(jié)果表明，各種有機(jī)酸的平均回收率在96.26%～103.37%（表4），表明該法測定結(jié)果比較準(zhǔn)確，適合薄片中非揮發(fā)性有機(jī)酸成分的測定。

2.6 樣品的測試 依據(jù)本文建立的多元有機(jī)酸分析方法，對10個(gè)煙草薄片樣品中的多元酸進(jìn)行分析，結(jié)果如表5所示。

3 結(jié)論

本研究建立了以對甲苯磺酸-甲醇作為酯化劑對煙草薄片中多元有機(jī)酸進(jìn)行酯化，采用GC/mS對煙草薄片中的多元有機(jī)酸定性定量的方法，結(jié)果顯示，該方法測定煙草薄片中多元有機(jī)酸含量，具有變異系數(shù)小、重復(fù)性較好的特點(diǎn)，平均回收率在96.26%～103.37%，表明該方法適合于煙草薄片中多元有機(jī)酸含量的測定。

參考文獻(xiàn)

[1]閆克玉.煙草化學(xué)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2002：151.

[2]金永明，張明福，劉百戰(zhàn).煙草中多元酸和高級脂肪酸的分析[J].煙草科技，2002（4）：21-24.

[3]邱寶平，李強(qiáng)，劉曉旭，等.非揮發(fā)性有機(jī)酸與卷煙主流煙氣總粒相物pH關(guān)系研究[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，28（9）：30-34.

[4]張迎春，蔡冰，郭國寧，等.煙草中非揮發(fā)性有機(jī)酸的甲酯化條件優(yōu)化及定量分析[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（6）：788-793.

[5]郭磊，劉惠民，謝復(fù)煒，等.煙葉中26種揮發(fā)性與半揮發(fā)性有機(jī)酸的GC-MS/SIM法同時(shí)分析[J].分析測試學(xué)報(bào)，2008，27（7）：739-743.

[6]孫敏，楊金輝，張承聰.氣相色譜直接測定煙樣中有機(jī)酸含量[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，23（5）：394-397.

[7]陳飛欽，曾千春，宋春滿，等.超聲波提取-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用分析煙葉中揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)酸[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，27（1）：35-39.

[8]林世靜，孫陽昭.對甲苯磺酸催化合成丙酸乙酯[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，1（13）：49-52.

[9]黃紅生，陸建輝，顧建榮.活性炭固載對甲苯磺酸催化合成檸檬酸三丁酯[J].塑料助劑，2004（3）：10-12.

[10]沈之芹，吳國英.對甲苯磺酸催化合成硬脂酸甲酯[J].化學(xué)世界，2010，9：562-564.

[11]楊水金，吳冬燕，余紅麗，等.對甲苯磺酸催化合成乙酸正丙酯[J].化工中間體，2011（9）：47-48.

[12]丁元晨，任玉貝，趙小苓，等.PTSA/CH3OH試劑在有機(jī)酸氣相色譜分析中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，1991（3）：89-91.

[13]丁元晨，任玉貝，趙小苓.對甲苯磺酸/甲醇試劑用于氣相色譜法中按酸甲醋的衍生化反應(yīng)[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1989，5（3）：332-334.

（責(zé)編：張宏民）