烟草在空气流中的PY-GC/MS多步分析

烟草在空气流中的PY-GC/MS多步分析

前言

烟草成份研究中，热裂解是目前最接近于卷烟燃烧过程的一种研究方法，所以裂解气相色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）是研究烟草化学的有效工具。国内的烟草研究机构越来越重视Py-GC/MS的应用。

烟草的裂解过程多在有氧氛围中进行，以模拟实际燃烧条件，因此需要裂解仪在裂解过程中提供空气或氧气作为载气。与氧气反应的裂解需要一定时间，因此需要将裂解产物先吸附于捕集阱中，再解吸到GC/MS中分析，以保证色谱峰形。氧气不能进入气相色谱系统，在裂解结束后即需要切换为惰性气体载气吹扫捕集阱。

天然产物成份复杂，如需要研究不同温度下烟草裂解释放的成份有何不同，既可以用多个样品在不同温度下分别进行多次裂解，也可以采用“多步分析”，即，依次在由低到高的几个温度下多次对一个样品进行裂解。

本报告展示了原料烟叶薄片和成品烟丝的裂解结果的比较，并对某品牌烟丝进行多步分析，以观察不同温度下的裂解产物。

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实验器材

CDS 5200热裂解仪，美国CDS公司，Oxford, PA USA

7890B GC/5977B MS，安捷伦

图1 CDS 5200热裂解仪

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实验过程

1.烟叶薄片样品：产地云南，轻轻研磨成为较细颗粒，上样量约200ug

2. 烟丝：取自某品牌卷烟中，取较细颗粒，上样量约200ug

3. 热裂解条件：

3.1 单步分析条件

裂解探针终温800℃，15 s

接口温度：阶跃升温至300℃ ，4 min

传输线温度：300℃

阀箱温度：300℃

反应气时间：空气3 min

吸附阱：待机50℃，解吸300℃，4 min

3.2 多步分析条件

裂解探针终温：依次为300、500、600、800℃，各15 s

接口温度：以100℃/min升温至300℃ ，保持4 min

传输线温度：300℃

阀箱温度：300℃

反应气时间：空气3 min

吸附阱：待机50℃，解吸300℃，4 min

4. GC-MS条件：

GC: 进样口320℃，分流比50：1，初温40℃ 2 min，升温20℃/min，终温320℃ 4min

MS：30-7000 am扫描

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实验结果

1.烟丝的PY-GC/MS TIC谱图

图2 烟丝的PY-GC/MS TIC谱图

通过空气氛围中裂解色谱与质谱图分析，可判定与文献报道对映的多种烟叶成份，如：乙酸、苯、糠醛、尼古丁、新植二烯、棕榈酸等。同时也发现除草剂杀草强，但需通过其他手段提取分析后确认。

2. 烟丝与原料烟叶薄片的谱图比对

图3 烟丝与原料烟叶薄片的谱图比对

经与原料烟叶的裂解谱图比对，发现两者的成份基本相同，但在成品烟丝中发现原料烟叶所没有的丙二醇。丙二醇加入烟叶中用作甜味剂。

3. 不同温度的裂解

分别在300、500、600和800℃对同一个烟丝样品进行热裂解分析，谱图分别为图4~7。

图4 300℃下的烟丝裂解谱图

图5 500℃下的烟丝裂解谱图

图6 600℃下的烟丝裂解谱图

图7 800℃下的烟丝裂解谱图

图4~7表明，同一样品的多次热裂解在300℃释放出大部分挥发性物质和部分大分子裂解的产物，其中尼古丁基本释放完全。这与不同样品分别在不同温度下热裂解的结果是不同的。已释放物质不能再参与后续更高温度的裂解，因此形成不同温度裂解的“横断面”。500℃则较300℃释放更多分解产物如丙酮、戊二烯、酚类、柠檬烯等。600℃时只能发现少量丙酮、甲苯、二烯烟碱、棕榈酸等。到了800℃，则只能发现少量的苯和二烯烟碱。

4结论

在空气氛围中进行烟草的Py-GC/MS分析可以模拟实际条件下的烟草燃烧过程。通过对比可以发现原料烟叶与成品烟丝中成份的微小差别，比如丙二醇的添加。通过不同温度下同一样品的“多步分析”，可以比单次热裂解实验了解到更多的温度影响的信息。同时印证了Py-GC/MS是烟草化学研究的非常有用的工具。

参考文献

[1] 董宁宁，不同温度条件下卷烟的热裂解GC/MS研究，质谱学报，VOL24，1，283-286，2003。

[2] 黄燕南，汤建国，毛智慧等，裂解气相色谱质谱技术在烟草化学中的应用，化学分析计量，VOL21，11，100-102，2012。