CN103063786A

CN103063786A - 一种用于卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理装置

Info

Publication number: CN103063786A
Application number: CN2012105779395A
Authority: CN
Inventors: 沈光林; 吴君章; 汪军霞; 孔浩辉
Original assignee: China Tobacco Guangdong Industrial Co Ltd
Current assignee: China Tobacco Guangdong Industrial Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明属于样品前处理领域，涉及一种用于卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理装置，该装置包括超声萃取装置、柱层析装置和氮吹浓缩装置。先将捕集了卷烟烟气的滤片或吸附剂等放入超声萃取装置中并加入溶剂进行萃取，之后萃取液进入氮吹浓缩装置，浓缩后成为第一浓缩液，接着第一浓缩液进入层析柱中，分离纯化的洗脱液再进入氮吹浓缩装置，加入内标物后浓缩成为第二浓缩液，进入样品瓶中，即为最终处理产物。本发明将卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析前处理的各个步骤连接起来，并实现了自动化，提高卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的稳定性、重复性和前处理效率。

Description

一种用于卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理装置

技术领域

本发明属于样品前处理仪器领域，涉及一种用于卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理装置。

背景技术

卷烟燃烧过程产生的烟气中含有数千种化学物质，已经鉴定出的化学成分已经超过4000种，这些化学成分中既有提供烟草香气、吃味和生理作用的物质，也有产生杂气、刺激和不良气味的物质，还有微量对人体健康产生危害的物质。HOFFMANN名单（69种）以及加拿大政府通过立法要求生产商定期检测卷烟主流烟气中的有害成分的名单（46种）中列出的有害物质得到了世界卫生组织和烟草行业的普遍认可，其中亚硝胺类化合物是最受关注的有害物质之一。

烟草中存在4种形式的N-亚硝胺：非挥发性的N-亚硝胺、带亚硝基的氨基酸、挥发性的N-亚硝胺和烟草特有的N-亚硝胺（TSNAs），其中TSNAs的含量最高。TSNAs是仅存在于烟草及烟草制品中的一类亚硝胺，也是一类重要的致癌物。目前已鉴定出的8中TSNAs中，对N-亚硝基新烟碱、4-（N-甲基亚硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮，N-亚硝基降烟碱和N-亚硝基假木贼碱的研究较为深入，其含量在10^-9～10^-6 g/g之间。国内外对烟草和烟气中亚硝胺的提取、净化、分离和检测进行了大量研究。由于烟草、烟草制品及烟气中TSNAs含量很低，且基体复杂，要准确定量难度较大，因此分析前一般要先进行复杂的样品前处理过程。先用溶剂提取烟草或烟气冷凝物中的TSNAs，提取液经分离纯化后进入分析仪器进行检测。

作为《烟草控制框架公约》的成员国之一，我国已颁布了测定主流烟气总粒相物中烟草特有亚硝胺等七种有害成分的国家标准推荐方法。然而由于卷烟烟气的组成十分复杂，样品在色谱检测前需经分离富集等前处理过程，测定卷烟烟气总粒相物中烟草特有亚硝胺的标准推荐方法存在前处理步骤冗长、操作繁琐、有机溶剂消耗大、自动化程度低、不能同时处理多个样品等问题。

因此，研究分析卷烟烟气中亚硝胺的高效、快速、适用于大批量样品分析的样品前处理技术，建立快速准确、灵敏度高、重现性好、成本低的分析方法是烟草行业当前的一项迫切任务。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种用于卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理装置。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种用于卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理装置，包括氮吹浓缩装置、超声萃取装置和柱层析装置，其中：

所述氮吹浓缩装置包括设有浓缩进样管的氮吹仪、与氮吹仪相连的自动进样器、与氮吹仪通过氮气管相连的氮气系统，以及与氮吹仪通过浓缩出液管相连的样品瓶；

所述超声萃取装置包括装有萃取瓶的超声仪，以及通过萃取剂管与萃取瓶相连的溶剂瓶；萃取剂管通过超声前进样管与浓缩进样管相连，萃取瓶通过超声后进样管与浓缩进样管相连；

所述柱层析装置包括层析柱，通过废液管与层析柱相连的废液瓶，以及通过洗脱管与层析柱相连的洗脱瓶；层析柱通过层析进样管与浓缩出液管相连，废液管通过二次浓缩管与浓缩进样管相连。

使用本发明的前处理装置时，各种试剂的制备、用量以及加入顺序参考GBT 23228-2008中描述的方法，先将捕集了卷烟烟气的滤片或吸附剂等放入超声萃取装置中并加入溶剂进行萃取，之后萃取液进入氮吹浓缩装置，浓缩后成为第一浓缩液，接着第一浓缩液进入层析柱中，分离纯化的洗脱液再进入氮吹浓缩装置，加入内标物后浓缩成为第二浓缩液，进入样品瓶中，即为最终处理产物。最终处理得到样品瓶中的第二浓缩液可直接上样到检测仪器进行分析测试。

为了控制前处理装置中各管道内液体的流量，萃取剂管与超声前进样管连接处设有萃取泵，超声后进样管上设有超声泵，二次浓缩管上设有浓缩泵，层析进样管上设有层析泵、洗脱管上设有洗脱泵。优选地，上述的萃取泵、超声泵、浓缩泵、层析泵和洗脱泵均为电磁流量泵。

为了进一步引导前处理装置中液体的流动方向，超声前进样管设有超声前阀门，超声后进样管与浓缩进样管的连接处和超声泵之间设有超声后阀门，二次浓缩管与浓缩进样管的连接处和浓缩泵之间设有二次浓缩阀门，层析进样管与浓缩出液管的连接处和层析泵之间设有层析进样阀门，层析进样管与浓缩出液管的连接处和样品瓶之间设有样品阀门，废液管与二次浓缩管的连接处和层析柱之间设有层析阀门，废液管与二次浓缩管的连接处和废液瓶之间设有废液阀门，废液管与二次浓缩管的连接处和浓缩泵之间设有浓缩阀门。

优选地，萃取瓶的瓶口内径为34～40 mm，萃取瓶的圆弧部内径为94 ～100mm，萃取瓶的底部内径为130～134 mm；溶剂瓶的容量为2.5～4 L；萃取瓶内设有圆柱体下凹部分，方便超声萃取完成后可以将萃取液完全输出；层析柱的内径为20～24 mm，长度为300～320 mm。

优选地，氮吹仪设有红外检测器，红外检测器根据氮吹仪中萃取液的浓缩体积来控制氮吹功能的开启与关闭。

作为一个优选的方案，本发明还设有与氮吹浓缩装置连接的回收装置。所述回收装置包括与氮吹仪相连的冷凝装置以及与冷凝装置相连的萃取剂回收瓶，冷凝装置依次经过过滤装置和增压装置连接至氮气管。在该方案中，用冷凝装置回收萃取溶剂和洗脱液，用过滤装置和增压装置回收氮气并循环利用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1. 本发明将卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析前处理的各个步骤连接起来，并实现了自动化，提高卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的稳定性、重复性和前处理效率。

2. 本发明所提供的前处理装置通过冷凝装置将萃取溶剂和洗脱液回收，减少了将其排放到大气中对环境的危害。

3. 本发明所提供的前处理装置通过过滤装置和增压装置将氮气回收后循环使用，节约成本。

附图说明

图1：本发明实施例1中前处理装置的结构示意图。

附图标记表：1溶剂瓶；2 萃取瓶；3 超声仪；4 萃取泵；5超声泵；6 氮吹仪；5 进样器；7 氮气系统；8 样品瓶；9样品阀门；10层析进样阀门；11二次浓缩阀门；12超声后阀门；13超声前阀门；14自动进样器；15萃取剂回收瓶；16冷凝装置；17 过滤装置；18 增压装置；19 浓缩泵；20层析泵；21 层析柱；22 废液瓶；23 洗脱泵；24 洗脱瓶；25层析阀门；26浓缩阀门；27废液阀门。

具体实施方式

实施例1

装置的构建：

一种用于卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理装置，包括氮吹浓缩装置、超声萃取装置、柱层析装置和回收装置，其中：

所述氮吹浓缩装置包括设有浓缩进样管的氮吹仪6、与氮吹仪6相连的自动进样器14、与氮吹仪6通过氮气管相连的氮气系统7，以及与氮吹仪6通过浓缩出液管相连的样品瓶8；

所述超声萃取装置包括装有萃取瓶2（瓶口内径为34 mm，萃取瓶2的圆弧部内径为94 mm，萃取瓶2的底部内径为130 mm，设有圆柱下凹部分）的超声仪3，以及通过萃取剂管与萃取瓶2相连的溶剂瓶1（可容纳4 L溶剂）；萃取剂管通过超声前进样管与浓缩进样管相连，萃取瓶2通过超声后进样管与浓缩进样管相连；

所述柱层析装置包括层析柱21（内径为20 mm，长度为300 mm），通过废液管与层析柱21相连的废液瓶22，以及通过洗脱管与层析柱21相连的洗脱瓶24；层析柱21通过层析进样管与浓缩出液管相连，废液管通过二次浓缩管与浓缩进样管相连；

所述回收装置包括与氮吹仪6相连的冷凝装置16以及与冷凝装置16相连的萃取剂回收瓶15，冷凝装置16依次经过过滤装置17和增压装置18连接至氮气管。

萃取剂管与超声前进样管连接处设有萃取泵4，超声后进样管上设有超声泵5，二次浓缩管上设有浓缩泵19，层析进样管上设有层析泵20、洗脱管上设有洗脱泵23；所述萃取泵4、超声泵5、浓缩泵19、层析泵20和洗脱泵23均为电磁泵。

超声前进样管设有超声前阀门13，超声后进样管与浓缩进样管的连接处和超声泵5之间设有超声后阀门12，二次浓缩管与浓缩进样管的连接处和浓缩泵19之间设有二次浓缩阀门11，层析进样管与浓缩出液管的连接处和层析泵20之间设有层析进样阀门10，层析进样管与浓缩出液管的连接处和样品瓶8之间设有样品阀门9，废液管与二次浓缩管的连接处和层析柱21之间设有层析阀门25，废液管与二次浓缩管的连接处和废液瓶22之间设有废液阀门27，废液管与二次浓缩管的连接处和浓缩泵19之间设有浓缩阀门26。

氮吹仪6设有红外检测器，红外检测器根据氮吹仪6中萃取液的浓缩体积来控制氮吹功能的开启与关闭。

实施例2

使用实施例1构建的装置，并结合GBT 23228-2008中描述的方法，进行卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理。具体方法如下：

将捕集了卷烟烟气的滤片（吸附剂）（滤片或吸附剂捕集到的是烟气总粒相物）放入超声仪3中的萃取瓶2中，萃取剂（二氯甲烷）置于溶剂瓶1中，通过萃取泵4（20 ml/s，流量可根据实际情况进行调节）将溶剂瓶1中的100 mL萃取剂输送到萃取瓶2中进行第一次萃取，超声萃取时间为10 min，获得第一次萃取液。

超声完成后，超声后阀门12打开，第一次萃取液通过超声泵5（20 ml/s，流量可根据实际情况进行调节）进入氮吹仪6进行浓缩，当萃取液完全进入氮吹仪6后，超声后阀门12关闭，氮吹仪6开始进行浓缩，氮吹仪中的氮气由氮气系统7供应，当氮吹仪6中的萃取液浓缩至5 ml时，氮吹仪6由红外检测响应后自动终止氮吹。在氮吹过程中，萃取剂经过冷凝装置16进入到萃取剂回收瓶15回收；氮气经过冷凝装置16后经过过滤装置17和增压装置18重新回到氮吹仪6中重复利用。

氮吹完成后萃取泵4将80 mL萃取剂输送到超声仪3中进行第二次萃取（10 min），之后萃取液进入氮吹仪6，氮吹仪6重复第一次氮吹过程。第二次氮吹完成后重复进行第三次萃取过程和氮吹过程。

合并三次萃取液获得总萃取液（三次萃取溶液共260 ml），总萃取液浓缩至5 mL后，层析进样阀门10打开，总萃取液通过层析泵20输送进入层析柱21中，层析柱21下层装填有15 g碱性氧化铝，上层装填有10 g无水硫酸钠。层析阀门25和废液阀门27打开， 5 ml萃取液通过层析柱后21进入到废液瓶22中。之后超声前阀门13打开，溶剂瓶1中的30mL萃取剂通过萃取泵4经过氮吹仪6后经层析进样阀门10进入层析柱21进行淋洗层析柱，不收集洗脱液，洗脱液经层析阀门25和废液阀门27进入废液瓶22中。

然后洗脱瓶24中100 mL8%甲醇-二氯甲烷（体积分数）洗脱液通过洗脱泵23进入层析柱21淋洗层析柱，此时废液阀门27关闭，浓缩阀门26打开，洗脱液通过层析阀门25、浓缩阀门26和浓缩泵19进入氮吹仪6，待洗脱液完全进入氮吹仪6后，自动进样器14加入1ml内标物（按GBT 23228-2008中的要求配备）后氮吹仪6进行浓缩，当氮吹仪6中的溶液浓缩至1 ml时，氮吹仪6由红外检测响应后自动终止氮吹。然后样品阀门9打开，浓缩液进入样品瓶8中，即为最终处理产物。最终处理得到样品瓶中的浓缩液可直接上样到检测仪器进行分析测试。

通过本装置检测出的结果与GB23228-2008《卷烟主流烟气总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定气相色谱热能分析联用法》规定的前处理方法得出的结果相一致，相对偏差在10%以内，符合标准规定的要求。通过该装置测得的N-亚硝基新烟碱、4-（N-甲基亚硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮、N-亚硝基降烟碱和N-亚硝基假木贼碱回收率分别是93.4%、94.8%、94.5%和91.2%。

Claims

1.一种用于卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析的前处理装置，包括氮吹浓缩装置、超声萃取装置和柱层析装置，其特征在于：

所述氮吹浓缩装置包括设有浓缩进样管的氮吹仪（6）、与氮吹仪（6）相连的自动进样器（14）、与氮吹仪（6）通过氮气管相连的氮气系统（7），以及与氮吹仪（6）通过浓缩出液管相连的样品瓶（8）；

所述超声萃取装置包括装有萃取瓶（2）的超声仪（3），以及通过萃取剂管与萃取瓶（2）相连的溶剂瓶（1）；萃取剂管通过超声前进样管与浓缩进样管相连，萃取瓶（2）通过超声后进样管与浓缩进样管相连；

所述柱层析装置包括层析柱（21），通过废液管与层析柱（21）相连的废液瓶（22），以及通过洗脱管与层析柱（21）相连的洗脱瓶（24）；层析柱（21）通过层析进样管与浓缩出液管相连，废液管通过二次浓缩管与浓缩进样管相连。

2.如权利要求1所述的前处理装置，其特征在于萃取剂管与超声前进样管连接处设有萃取泵（4），超声后进样管上设有超声泵（5），二次浓缩管上设有浓缩泵（19），层析进样管上设有层析泵（20）、洗脱管上设有洗脱泵（23）。

3.如权利要求2所述的前处理装置，其特征在于所述萃取泵（4）、超声泵（5）、浓缩泵（19）、层析泵（20）和洗脱泵（23）均为流量泵。

4.如权利要求2所述的前处理装置，其特征在于：超声前进样管设有超声前阀门（13），超声后进样管与浓缩进样管的连接处和超声泵（5）之间设有超声后阀门（12），二次浓缩管与浓缩进样管的连接处和浓缩泵（19）之间设有二次浓缩阀门（11），层析进样管与浓缩出液管的连接处和层析泵（20）之间设有层析进样阀门（10），层析进样管与浓缩出液管的连接处和样品瓶（8）之间设有样品阀门（9），废液管与二次浓缩管的连接处和层析柱（21）之间设有层析阀门（25），废液管与二次浓缩管的连接处和废液瓶（22）之间设有废液阀门（27），废液管与二次浓缩管的连接处和浓缩泵（19）之间设有浓缩阀门（26）。

5.如权利要求1所述的前处理装置，其特征在于：萃取瓶（2）的瓶口内径为34～40 mm，萃取瓶（2）的圆弧部内径为94～100 mm，萃取瓶（2）的底部内径为130 ～134mm。

6.如权利要求1所述的前处理装置，其特征在于溶剂瓶（1）的容量为2.5～4 L。

7.如权利要求1所述的卷烟烟气中烟草特有亚硝胺分析前处理装置，其特征在于萃取瓶（2）内设有圆柱体下凹部分。

8.如权利要求1所述的前处理装置，其特征在于层析柱（21）的内径为20～24 mm，长度为300 ～320mm。

9.如权利要求1所述的前处理装置，其特征在于氮吹仪（6）设有红外检测器，红外检测器根据氮吹仪（6）中萃取液的浓缩体积来控制氮吹功能的开启与关闭。

10.如权利要求1-9中任一项所述的前处理装置，其特征在于：还设有与氮吹浓缩装置相连的回收装置；所述的回收装置包括与氮吹仪（6）相连的冷凝装置（16）以及与冷凝装置（16）相连的萃取剂回收瓶（15），冷凝装置（16）依次经过过滤装置（17）和增压装置（18）连接至氮气管。