气相_选择离子监测_质谱法测定卷烟主流烟气中碱性成分

基金项目:云南中烟工业公司《影响卷烟刺激性、杂气、余味相关因素的研究》

(No.2000B201)项目资助作者简介:耿永勤(1975～),女(汉族),云南宜良人,助理工程师,从事烟草化学分析工作。E 2mail :yqgeng @cyat s.com 通讯作者:蒋次清(19～),男(汉族),湖南益阳人,高级工程师,从事烟草化学分析工作。E 2mail :cqjiang @cyat s.com

第28卷第3期

2007年8月

质谱学报

Journal of Chinese Mass Spectrometry Society

Vol.28　No.3Aug.2007

气相2选择离子监测2质谱法测定卷烟主流烟气中碱性成分

耿永勤,蒋次清,李　忠

(云南烟草科学研究院,云南昆明　650106)

摘要:在氢氧化钡碱性环境中,以三氯甲烷为萃取剂,采用气相色谱2选择离子监测2质谱法(GC 2SIM 2MS )测定吡啶、22甲基吡啶、22甲基吡嗪、喹啉、吲哚等18种碱性含氮化合物。此方法回收率为68.91%～83.81%,相对标准偏差(n =5)为0.58%～9.07%。利用此方法对五种进口卷烟和云南卷烟的主流烟气中61种碱性含氮化合物进行分析测定,结果表明进口卷烟的含量总量明显大于云南卷烟。新鉴定的化合物哈尔满、β2咔啉(降哈尔满)和新烟草灵在国内的文献中尚未见报道。

关键词:气相色谱2选择离子监测2质谱法;卷烟;主流烟气;碱性含氮化合物

中图分类号:O658;O657.63　　文献标识码:A 　　文章编号:100422997(2007)032141207

Determination of B asic Compounds in Main 2stream Smoke by G C 2SIM 2MS

GEN G Y ong 2qin ,J IAN G Ci 2qing ,L I Zhong

(Yunnan A cadem y of Tobacco S cience ,Kunming 650106,China )

Abstract :A met hod for determination of basic nitrogen 2containing compounds in main 2st ream smoke was established.In t he co ndition of basic substance barium hydroxide powder and ext ractant chloroform ,18basic nit rogen 2containing compounds were analyzed by gas chromatograp hy 2selective ion monitored 2mass spectrometry (GC 2SIM 2MS ),such as pyri 2dine ,22met hylpyridine ,22met hylpyrazine ,quinoline and indole ,etc.The recovery of t he met hod was 68.91%283.81%.The relative standard deriation was 0.58%29.07%.61basic nit rogen 2containing compounds in main 2st ream smoke of 5kinds of Yunnan cigarettes and imported cigarettes were identified and determined quantatively.The result shows t hat t he total amount of imported cigarette is obviously higher t han t hose of Yunnan cigarettes.Compounds of harmane ,β2carboline (norharmane )and anatalline were not reported in do 2mestic literat ures.

K ey w ords :gas chromatograp hy 2selective ion monitored 2mass spectrometry (GC 2SIM 2MS );cigarettes ;main 2st ream smoke ;basic nit rogen 2containing compounds

　　烟草中含氮化合物主要指蛋白质、生物碱、挥发碱、半挥发碱、氨基酸和可溶性氮等,它们是

1　实验部分

1.1　卷烟样品

进口卷烟、云南卷烟:烟支长度84mm,滤嘴长度20mm。

1.2　主要仪器

GC80002MD800气质联用仪:英国Fisons 仪器公司产品;RM20/CS吸烟机:德国borg2 waldt technik公司产品;H Y25回旋式振荡器:江苏金坛新一佳仪器公司产品。

1.3　气相条件

色谱柱:J&W DB5MS石英毛细柱(30m×0.32mm×0.50μm);升温程序:50℃保持10min,以5℃・min-1升至180℃,保持5min,以20℃・min-1升至280℃,保持10min;载气(He)压力6.×104Pa;进样量1.0μL;分流比30∶1。

1.4　质谱条件

电离电压70eV;离子源温度250℃;传输线温度250℃;质量扫描范围:m/z40～600;检索谱库:Wiley库和Nist库。

1.5　试剂

吡啶、22甲基吡啶、32甲基吡啶、喹啉、3,52二甲基吡啶、2,42二甲基吡啶、3,42二甲基吡啶、甲基吡嗪、乙基吡嗪、2,32二甲基吡嗪、2,52二甲基吡嗪、22乙酰基吡啶、32乙酰基吡啶、2,3,52二甲基吡嗪、22乙酰基吡嗪、吲哚、22乙酰基吡咯、32甲基吲哚、四甲基吡嗪(内标):进口Fluka试剂,纯度>99%;苯、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、氢氧化钡(用时磨成粉末):国产试剂,分析纯。

1.6　实验方法

在温度(22±1)℃,相对湿度(60±2)%的环境条件下,将卷烟烟支均匀放置平衡48h,挑选平均质量±0.02g和平均吸阻±49Pa范围内的烟支作为实验烟支。剑桥滤片也在同样条件下平衡48h。吸烟采用国家标准抽吸,每个牌号卷烟分三组,每组抽吸20支。卷烟抽吸完毕,将剑桥滤片迅速取下,并用脱脂棉擦拭捕集器。将滤片和脱脂棉一并放入三角烧杯中,加入0.5g氢氧化钡粉末和50mL饱和氢氧化钡溶液,用三氯甲烷萃取三次,在回旋振荡仪上分别振荡30min,分离合并三氯甲烷萃取液,干燥浓缩至1mL,加入四甲基吡嗪作为内标物,进行气质联用分析。

2　结果与讨论

2.1　不同溶剂的选择

按照上述实验方法,计算了(V(苯)∶V(三氯甲烷)=9∶1)、苯、三氯甲烷、二氯甲烷四种不同溶剂对18种标准化合物的回收率,结果列于表1。可以看出,三氯甲烷是四种溶剂中最好的,回收率为68.91%～83.81%,比较适合定量分析,故采用三氯甲烷作为萃取剂。

241质谱学报　　　　　　　　　　　　　　　　　第28卷　表1　碱性含氮化合物在不同溶剂中的回收率

T able1　R ecovery of b asic N2compounds in different solvents

溶剂Solvent

苯+CHCl3(9∶1)

Benzene+CHCl3(9∶1)/%

苯

Benzene/%

三氯甲烷

CHCl3/%

二氯甲烷

CH2Cl2/%

吡啶Pyridine68.0066.6773.3559.06 22甲基吡啶22Met hylpyridine57.1551.3676.9462.28甲基吡嗪Met hylpyrazine57.3748.2177.2962.24 32甲基吡啶32Met hylpyridine65.9959.9473.52.60 2,52二甲基吡嗪2,52Dimet hylpyrazine66.3359.8683.8166.93乙基吡嗪Et hylpyrazine62.6963.7378.4165.91 2,32二甲基吡嗪2,32Dimet hylpyrazine61.28.4681.7268.22 2,42二甲基吡啶2,42Dimet hylpyridine.2863.9372.1263.57 3,52二甲基吡啶3,52Dimet hylpyridine63.1665.0273.93.26 3,42二甲基吡啶3,42Dimet hylpyridine60.3061.6268.9163.67 2,3,52三甲基吡嗪2,3,52Trimet hylpyrazine61.3563.9678.4467.70乙酰基吡嗪Acetylpyrazine58.0658.80.06. 22乙酰基吡啶22Acetylpyridine62.5660.6176.36.62 22乙酰基吡咯22Acetylpyrrole43.1948.4071.5155.57 32乙酰基吡啶32Acetylpyridine55.0153.2583.5269.77喹啉Quinoline58.32.5175.9671.12吲哚Indole56.7561.4674.6569.46 32甲基吲哚32Met hylindole50.0957.8172.2869.20

2.2　定性定量分析方法的确定

选用GC2SIM2MS进行定性和定量分析。为了获得更高的灵敏度和选择性,选择了具有丰度高和干扰较少的质量数离子作为该化合物的特征离子(通常为基峰或分子离子峰)。例如,吡啶特征离子为79,丰度100,该离子流占总离子流的33.43%,选用此峰面积作为定量,选择性好;而对于类似乙酰基吡嗪化合物基峰为43,质量数较小,把丰度强度第二的80合起来一并作为特征离子,此离子流占总离子流的37.29%。根据特征离子与内标物的选择离子峰面积的比值,确定该化合物的含量,其他化合物的特征离子列于表2和表3。

2.3　回归方程、相关系数和相对标准偏差

按照前面所述的实验方法,用三氯甲烷作为萃取剂,采用内标法对主流烟气中的碱性含氮化合物进行了定量分析,对其中18种有标样的烟气成分,采用内标标准曲线进行定量。重复5次,相对标准偏差为0.58%～9.07%,回归方程、相关系数和相对标准偏差列于表2。在所测定的范围内,除22乙酰基吡咯和32乙酰基吡啶的标准曲线线性关系稍差外,其余的标样线性关

系良好。对于一些没有标样的烟气成分,假定相对校正因子为1,前处理过程的回收率为100%进行定量[6]。

2.4　主流烟气中的碱性含氮化合物的分析

将进口和云南五种卷烟样品主流烟气的总粒相物按照上述实验方法进行GC/MS分析,其总离子流图示于图1,选定各个化合物的特征离子,定量分析结果列于表3(表中仅列出两种云南卷烟,另外两种云南卷烟烟气的种类和总量结果对讨论没有影响,在此不再列出)。从表3可以得出结论,云南卷烟烟气中的碱性含氮化合物含量比进口卷烟大的有:2,62二甲基吡嗪、2,3,52三甲基吡嗪、22乙基262甲基吡嗪、42甲基吡咯并[1,22a]吡嗪、可替宁、12乙酰基222吡啶基22,3,4,52四氢吡咯、3,92二氮杂三环[7.3. 0(3.7)]十二碳22,82二酮;含量相近的有:2,52二甲基吡嗪、2,32二甲基吡嗪、乙基吡嗪;其余的化合物都是进口卷烟的含量大于云南卷烟。从碱性含氮化合物总量来看,进口卷烟为448.55μg/支,云南卷烟分别为226.69μg/支和178.23μg/支,也是进口卷烟的含量明显大于云南卷烟。所测的云南卷烟样品均为烤烟型,进口卷烟

341

　第3期　　　　　　耿永勤等:气相2选择离子监测2质谱法测定卷烟主流烟气中碱性成分

为混合型,根据文献[7]报道,进口卷烟烟丝中半

挥发碱性化合物的含量大部分都大于国产卷烟烟丝。本实验结论与文献[8]所测的9种碱性含

氮化合物是一致的,即混合型卷烟烟气中的含量大于烤烟型卷烟烟气。

表2　碱性含氮化合物的特征离子、回归方程、相关系数和相对标准偏差

T able 2　The Characteristic ion ,regression equ ation ,correlation coeff icient and relative

stand ard deviation (RSD)of b asic N 2compounds

化合物

Compound

特征离子

Characteristic ion

回归方程

Regression equation

相关系数

Correlation coefficient 相对标准偏差

(n =5)RSD %

吡啶Pyridine

79Y =0.514X -0.0700.9957 3.2122甲基吡啶22Met hylpyridine

93Y =0.522X -0.0420.9981 1.00甲基吡嗪Met hylpyrazine

94Y =0.512X -0.0180.9998 1.5332甲基吡啶32Met hylpyridine

93Y =0.633X -0.0500.9991 2.082,52二甲基吡嗪2,52Dimet hylpyrazine

108Y =0.527X -0.0440.9984 1.00乙基吡嗪Et hylpyrazine

107Y =0.679X -0.0400.9995 4.512,32二甲基吡嗪2,32Dimet hylpyrazine 67+108Y =0.748X -0.0020.9993 5.002,42二甲基吡啶2,42Dimet hylpyridine 107Y =0.734X -0.0800.9981 1.733,52二甲基吡啶3,52Dimet hylpyridine 107Y =0.856X -0.0300.9998 2.523,42二甲基吡啶3,42Dimet hylpyridine 107Y =0.815X -0.0520.9991 3.612,3,52三甲基吡嗪2,3,52Trimet hylpyrazine

122Y =0.702X +0.0260.9998 2.31乙酰基吡嗪Acetylpyrazine

43+80Y =0.588X -0.0740.9972 3.7922乙酰基吡啶22Acetylpyridine 79Y =0.475X -0.0260.9994 2.0822乙酰基吡咯22Acetylpyrrole 94Y =0.545X -0.1270.98030.5832乙酰基吡啶32Acetylpyridine

106Y =0.525X -0.0820.9911 2.00喹啉Quinoline 129Y =1.598X -0.1060.9979 3.61吲哚Indole

117

Y =1.218X -0.1980.9959 2.6532甲基吲哚32Met hylindole

130

Y =1.553X -0.202

0.9974

9.07

图1　主流烟气碱性含氮化合物的总离子流图

Fig.1　The total ion chromatogram of b asic N 2compounds in m ain 2stream smoke

441质谱学报　　　　　　　　　　　　　　　　　第28卷　

表3　主流烟气碱性含氮化合物定量分析

T able3　Q u antitative analysis of b asic N2compounds in m ain2stream smoke

序号No.化合物名称

Compound

特征离子

Characteristic

ion

进口卷烟

Imported

cigarette

/(μg/cig)

云南卷烟1

Yunnan

cigarette1

/(μg/cig)

云南卷烟2

Yunnan

cigarette2

/(μg/cig)

1吡啶3Pyridine7919.32 5.419.75 222甲基吡啶322Met hylpyridine939.90 4.76 4.33 3甲基吡嗪3Met hylpyrazine94 3.56 3.14 1.87 432甲基吡啶332Met hylpyridine9328.088.298.30 52,62二甲基吡啶2,62Dimet hylpyridine107 2.350.96 1.11 622乙基吡啶22Et hylpyridine106 3.14 1.33 1.45 72,52二甲基吡嗪32,52Dimet hylpyrazine1080.780.550.62 82,62二甲基吡嗪2,62Dimet hylpyrazine108 3.19 5.37 1.46 9乙基吡嗪3Et hylpyrazine1070.570.610.30 102,32二甲基吡嗪32,32Dimet hylpyrazine67+1080.560.590.27 112,42二甲基吡啶32,42Dimet hylpyridine107 2.94 1.44 1.26 123,52二甲基吡啶33,52Dimet hylpyridine107 2.80 1.26 1.05 132,32二甲基吡啶2,32Dimet hylpyridine107 4.18 1.27 1.47 143,42二甲基吡啶33,42Dimet hylpyridine107 3.87 1.04 1.18 152,52二甲基吡啶2,52Dimet hylpyridine107 2.110.850.77

12甲基252羟甲基咪唑

42Met hyl252hydroxymet hyl imidazole

95+112 2.260.380.77

1732乙基吡啶32Et hylpyridine92+107 5.28 1.61 1.53 1832乙烯基吡啶32Et henylpyridine10522.14 4.857.54 1942乙基吡啶42Et hylpyridine107 1.220.350.36 20苯甲腈Benzonitrile103 3.96 1.96 1.97 212,4,62三甲基吡啶2,4,62Trimet hyl pyridine121 1.520.570.62 2222乙基262甲基吡嗪22Et hyl262met hyl pyrazine121 1.33 1.620.55

232,3,52三甲基吡嗪3

2,3,52Trimet hylpyrazine

122 1.39 2.020.62

2452乙基222甲基吡啶52Et hyl222met hyl pyridine121 1.030.380.38 25乙酰基吡嗪3Acetylpyrazine43+80 1.800.880.75 2622氨基242甲基嘧啶22Amino242met hyl pyrimidine109 6.67 1.78 2.43 2722乙酰基吡啶322Acetylpyridine79 1.960.870.82 2822乙基262甲基吡啶22Et hyl262met hyl pyridine120 1.950.710.70

2922乙烯基252甲基吡嗪

22Et henyl252met hyl pyrazine

120 2.16 1.310.

3022乙酰基吡咯322Acetylpyrrole94 3.81 1.42 1.50 3122甲基苯甲腈22Met hylbenzonitrile90+1170.920.630.61 3232乙酰基吡啶332Acetylpyridine1060.0.550.57541

　第3期　　　　　　耿永勤等:气相2选择离子监测2质谱法测定卷烟主流烟气中碱性成分　　续表

序号No.化合物名称

Compound

特征离子

Characteristic

ion

进口卷烟

Imported

cigarette

/(μg/cig)

云南卷烟1

Yunnan

cigarette1

/(μg/cig)

云南卷烟2

Yunnan

cigarette2

/(μg/cig)

33苯乙腈Benzeneacetonitrile90+117 3.27 1.42 1.57 3432丁基吡啶32Butylpyridine92+135 1.570.700.55 3512乙酰基四氢吡咯12Acetylpyrrolidine70+113 1.48 1.190.82 32甲基吲哚42Met hylindole131 5.49 1.58 1.75 37苯丙腈Benzenepropanenitrile91 4.62 2.91 3.42 38喹啉3Quinoline129 4.40 2.09 2.16 3922乙基262甲基吡嗪22Et hyl262met hyl pyrazine121 3.51 2.210.81

401,2,3,42四氢异喹啉

1,2,3,42Tetrahydro isoquinoline

132 2.45 1.52 1.79

41吲哚3Indole11726.18.5311.51

4242甲基吡咯并[1,22a]吡嗪

42Met hylpyrrolo[1,22a]pyrazine

132 1.32 2.130.

4332甲基吲哚332Met hylindole13028.1111.2012.02

44N,N’2二甲基2α2联吡咯

N,N’2Dimet hyl2α2bipyrrole

159 1.38 1.380.56

45去甲基烟碱(降烟碱)1’2Demet hylnicotine119 5.68 2.630.55 46N2乙基降烟碱N2Et hylnornicotine98+161 3.08 1.950.58 47米喔斯明Myosmine11815.9513.78 3.03 48N2甲基新烟碱N2Met hylanabasine98 6.24 1.01 1.85 49烟碱烯Nicotyrine15825.478.53 6.85

502,4,62三甲基苯甲腈

2,4,62Trimet hyl benzonitrile

1309.37 3.12 3.76

51新烟碱[32(22哌啶基)吡啶]

Anabasine[32(22piperdinyl)pyridine]

84+105 5.59 1.87 1.60

52新烟草碱(去氢新烟碱)Anatabine54+105 6.86 2.58 3.13

533,52二甲基212苯基吡唑

3,52Dimet hyl212phenyl pyrazole

171 6.59 2.61 1.78

542,2’2联吡啶2,2’2Bipyridine15637.9317.5114.17 5552氨基喹啉52Quinolinamine1448. 4.62 2.38 56可替宁Cotinine9812.0615.29 3.96

5712乙酰基222吡啶基22,3,4,52四氢吡咯12Ace2

tyl222pyridinyl22,3,4,52tetrahydropyrrole

70+147 3.72 4.730.93

583,92二氮杂三环[7.3.0(3.7)]十二碳22,82二

酮3,92Diazatricyclo[7.3.0(3.7)]dodecan2

2,82dione

70+194 3.099.53 5.43

59哈尔满Harmane18215.947.438.46

60β2咔啉β2Carboline(降哈尔满Norharmane)16842.5019.1821.88

61新烟草灵Anatalline105+1207.71 4.70 2.49总量Total Amount448.55226.69178.23

　　　注:带3号的化合物含量采用标准响应因子计算;未带3号的化合物假定响应因子为1。

1质谱学报　　　　　　　　　　　　　　　　　第28卷　

图2　

哈尔满(A)、β2咔啉(B )和新烟草灵

(C)质谱图

Fig.2　Mass spectrum of harm ane(A),β2carboline(B )and anatalline(C)

图3　哈尔满、β2咔啉和新烟草灵的结构式

Fig.3　The structures of harm ane ,β2carboline and anatalline

3　结　论

(1)本工作研究了在氢氧化钡的碱性环境中,以三氯甲烷为萃取剂,采用气相色谱2选择离子监测2质谱法(GC 2SIM 2MS )测定吡啶、22甲基吡啶、22甲基吡嗪、喹啉、吲哚等18种碱性含氮化合物的方法。GC 2SIM 2MS 选择了具有丰度

高和干扰较少的质量数离子作为该化合物的特征离子(一个或两个,通常为基峰或分子离子峰),因此具有很高的灵敏度和选择性。方法回收率为68.91%～83.81%,相对标准偏差(n =5)为0.58%～9.07%。

(2)利用此方法对五种进口和云南卷烟的主流烟气中61种碱性含氮化合物进行了鉴定,并进行了定量分析。结果表明,进口卷烟的碱性含氮化合物含量总量(448.55μg/支)明显大于云南卷烟(226.69μg/支和178.23μg/支)。

(3)新鉴定的化合物哈尔满、β2咔啉(降哈尔满)和新烟草灵在国内的文献中未见报道。

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7

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