气相色谱质谱联用法结合气相色谱法测定烟碱纯度的方法

摘要

本发明公开了一种用气相色谱-质谱联用法结合气相色谱法测定烟碱纯度的方法。先用GC/MS法初步测定烟碱的纯度，再用GC法测定烟碱中的含水率，最后通过修正得到烟碱的准确纯度，修正公式如下：NIC％＝nic％*(100％-wat％)。该方法与硅钨酸重量法相比，具有简便、快捷、易于操作、重复性好的特点。对烟碱检测特异性高，不易受样品中其他杂质尤其是碱性杂质(生物碱、无机碱)的干扰，在对烟碱样品尤其是久置、杂质含量较高的样品进行纯度检测时，操作简便，分离能力强，定性定量结果可靠。

说明书

技术领域

本发明属于烟草及烟草制品质量评价与测定的技术领域，具体是 涉及一种用气相色谱-质谱联用法结合气相色谱法测定烟碱纯度的方 法。

技术背景

烟碱(又名尼古丁，英文名为nicotine)，对植物神经和中枢神 经有先兴奋后麻痹的作用，是烟草及烟草制品的重要成分之一,也是 衡量烟草及烟草制品质量控制中的一项重要指标。同时，烟碱可用于 医药、生物农药、卷烟添加剂、催化剂等产品的生产。因此，对烟碱 的分析，尤其是烟碱纯度的测定，不仅关系到烟草及烟草制品的质量 控制，而且对废次烟叶的综合利用、烟碱及其衍生物的进一步开发利 用，有重要意义。

国内外广泛应用的烟碱纯度测定的方法是ISO 13276:1997《烟 草及烟草制品烟碱纯度的测定硅钨酸重量法》，利用烟碱与水蒸汽 共沸的原理，在碱性条件下，用水蒸汽将烟碱带出，然后与硅钨酸 (SiO₂·12WO₃·26H₂O)形成晶形沉淀，将沉淀置于烘箱内120℃灼烧 至恒重，用重量法求出烟碱的含量。该法可以得到较准确的结果，但 有一定的局限性：分析时间较长；不能区分烟碱和降烟碱，测定结果 为两种物质的总和；当溶液中含有铵盐等无机盐时，沉淀不易形成， 干扰检测结果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种操作简便、不 易受杂质干扰、检测结果更为准确的烟碱纯度测定方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为质量百分数。

一种气相色谱-质谱联用(GC/MS)法结合气相色谱(GC)法测 定烟碱纯度的方法，具体步骤如下：

(1)将烟碱样品稀释80～120倍后作为待测试样，将试样装入 色谱瓶中上机进行GC/MS测定；

(2)以面积归一化法测量试样中烟碱的峰面积和色谱图上除去 溶剂峰以外的所有色谱峰的面积总和，用式I计算样品中烟碱峰面积 占总峰面积的百分率；

nic％＝A_nic/A_i*100………………(I)；

式中，nic％为样品中烟碱峰面积占总峰面积的百分率；

A_nic为烟碱的峰面积；

A_i为色谱图上除去溶剂峰以外的所有色谱峰的面积总 和；

(3)取烟碱样品用异丙醇稀释并加入内标后，用气相色谱GC 法测定其含水率，记为wat％；

(4)用式II计算得到样品的烟碱纯度值NIC％：

NIC％＝nic％*(100％-wat％)………………(II)；

式中，NIC％为样品中烟碱的百分含量，即为样品的烟碱纯度；

nic％为样品中烟碱峰面积占总峰面积的百分率；

wat％为样品的含水率。

步骤(1)中，烟碱样品用异丙醇或环己烷等气相色谱常用的有 机溶剂稀释得到待测试样。为了防止烟碱可能发生的反应，如氧化、 降解、吸潮等，烟碱溶液的稀释液应在测量前配置，并且即配即用；

步骤(3)中，准确称量烟碱样品100mg，精确至0.1mg，放置 于10mL的容量瓶中，用含有5mL/L无水乙醇做内标的异丙醇萃取 剂定容，混合均匀后，装入色谱瓶中；然后采用GB/T 23203.1-2008 《卷烟总粒相物中水分的测定第1部分：气相色谱法》的方法测定 所含的水分wat％。

步骤(1)中所述的GC/MS测定，采用的色谱条件具体如下：

a、色谱柱：hp-5MS弹性石英毛细管色谱柱(30m×0.25mm× 0.25μm)，或是其他等效色谱柱；

b、进样量：1.0μL；

c、溶剂切割时间：5min；

d、进样口温度：250℃；

e、程序升温条件：初始温度100℃，以0.5℃/min升至115℃， 保持5min；然后以5℃/min升至200℃，保持2min；最后以20℃/min 升至220℃，保持10min；

f、离子源温度：230℃；

g、辅助区温度，即接口温度：280℃；

h、载气：He(纯度≥99.99％)；

i、质谱条件：EI源；调谐设置：-70eV；扫描方式为全扫描； 扫描范围：m/z＝29-500。

步骤(3)中所述的GC测定，采用的色谱条件具体如下：

a、色谱柱：HP-PLOT/Q毛细管色谱柱(30m×0.32mm×0.25 μm)或其他等效色谱柱；

b、进样量：0.5μL；

c、进样口温度：250℃；分流比：10:1；

d、恒温170℃，保持10min；

e、TCD检测器：温度250℃。

本发明适用于烟草、烟草制品和烟气中烟碱含量测定时，用于标 准分析方法所使用的烟碱或烟碱盐的纯度测定。与国内外广泛应用的 ISO 13276:1997《烟草及烟草制品烟碱纯度的测定硅钨酸重量法》 相比，具有简便、快捷、易于操作、重复性好的特点。同时，该方法 利用现代色谱技术对样品进行高效分离后再以烟碱固有理化常数之 一的分子量作为检测目标，对烟碱检测特异性高，不易受样品中其他 杂质尤其是碱性杂质(生物碱、无机碱)的干扰，在对烟碱样品尤其 是久置、杂质含量较高的样品进行纯度检测时，操作简便，分离能力 强，定性定量结果可靠。

附图说明

图1为样品A的GC/MS法测定烟碱含量谱图；

图2为样品B的GC/MS法测定烟碱含量谱图；

图3为样品C的GC/MS法测定烟碱含量谱图；

图4为硅钨酸重量法与本发明GC/MS-GC法的结果比较。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一 步的详细说明，但附图和实施例并不是对本发明技术方案的限定。

实施例1：

(一)材料与仪器：

(1)试剂：盐酸(AR，烟台市双双化工有限公司)；硅钨酸(AR， 上海试剂二厂)；异丙醇(色谱纯，TEDIA Company,Inc.公司)； 无水乙醇(AR，上海试剂一厂)；

(2)仪器：Motto-Q超纯水器(Millipore公司)；AG204电子 天平(感量：0.0001g，瑞士METTLER TOLEDO公司)；鼓风恒温 干燥箱(101A-2，上海市实验仪器总厂)；GC/MS(5975，Agilent公 司)；GC(7890，Agilent公司)；定量加液器(德国Brand公司)； 移液枪(Tripette公司)。

(二)试样的制备及烟碱纯度的测定：

(1)GC/MS法初步测定烟碱的纯度nic％

A、样品制备：将烟碱样品A(久置样品)用异丙醇稀释100倍 作为待测试样，即取烟碱样品A 0.1mL，置于10mL的容量瓶中， 用异丙醇定容，混合均匀后，装入色谱瓶中；

B、在GC/MS测定时，采用的色谱条件具体如下：

a)色谱柱：hp-5MS弹性石英毛细管色谱柱(30m×0.25m×0.25 μm)；或其他等效色谱柱，如DB-5MS弹性石英毛细管色谱柱(30m ×0.25mm×0.25μm)、(30m×0.25mm×0.25μm) 等；

b)进样量：1.0μL；若出现检测器或色谱柱饱和的情况，可以 视情况适当减少进样量；

c)溶剂切割时间：5min；可以根据所选择的程序升温条件，适 当调整溶剂切割时间；

d)进样口温度：250℃；

e)程序升温条件：初始温度100℃，以0.5℃/min升至115℃， 保持5min；然后以5℃/min升至200℃，保持2min；最后以20℃/min 升至220℃，保持10min；可以根据样品的具体情况，选择其他合适 的程序升温条件；

f)离子源温度：230℃；

g)辅助区温度，即接口温度：280℃；

h)载气：He(纯度≥99.99％)；

i)质谱条件：EI源；调谐设置：-70eV；扫描方式为全扫描；扫 描范围：m/z＝29-500。

C、测定结果的计算：以面积归一化法测量试样中各组分的峰面 积和色谱图上除去溶剂峰以外的总色谱峰的面积，计算烟碱峰面积占 总峰面积的百分率，即可得到烟碱的含量；将样品中所有组分的含量 之和定为100％，计算其中某一种组分的方法为：

x_i％＝f_iA_i/(f_iA_i)*100………………①

其中，x_i为试样中组分i的百分含量；

f_i为组分i的校正因子；

A_i为组分i的峰面积或峰高，本方法中用峰面积带入计算；

由于烟碱中的杂质和其主要成分烟碱都是含有吡啶环的生物碱 化合物，由于结构上的相近，它们的校正因子也近似相等，可以忽略 校正因子，将面积直接归一化，按下面的公式计算：

x_i％＝A_i/A_i*100………………②

利用式②计算烟碱峰面积占总峰面积的百分率，可得到烟碱的含 量，即：

nic％＝A_nic/A_i*100………………(I)

其中，nic％为样品中烟碱的百分含量(未考虑水分影响)；

A_nic为烟碱的峰面积；

A_i为色谱图上除去溶剂峰以外的所有色谱峰的面积总 和。

D、烟碱样品A按照上述方法制备7份稀释溶液，分别用GC-MS 法测定其烟碱含量，谱图如图1所示，测定值依次为98.66％、98.64％、 95.57％、98.64％、98.56％、98.54％、98.53％，测定平均值为98.59％， SD为0.05。

近十年来，仪器分析技术发展迅速，取得了长足进步。尤其是色 谱-质谱联用技术的发展，为研究烟碱纯度测定的新方法提供了有力 的技术支撑。由于色谱技术具有高分离性能，可将烟碱与其他组分分 离，从而降低了其余组分对烟碱含量测定的干扰。同时，由于质谱技 术测定化合物根本属性之一的分子量，检测结果更为直观、准确。因 此，色谱-质谱联用技术在烟碱含量测定方面具有良好的应用前景。

虽然，色谱法对待测样品中的组分有较好的分离效果，但是，其 检测器的自身性质，也存在一定的局限性：配置紫外(UV)检测器 或荧光检测器(FLD)的液相色谱仪(LC)对水分没有响应；同时， 配置质谱(MS)检测器的GC、LC/MS、GC/MS等色谱仪，由于待 测样品在进入MS检测器前会接受脱水的处理，用以保护MS检测器。 因而，这些方法所测定的烟碱含量都不能体现出水分对测定结果的影 响，即测量值存在偏大的方法误差。

久置的烟碱会吸潮导致含水量上升，烟碱纯度下降。当含水率达 到2％-5％时，其对烟碱纯度的影响不能被忽略，因而，有必要对烟 碱中的水分进行测定，并对GC/MS法测定的烟碱含量值进行修正。 GC内标法测定烟碱及其类似物样品中的水分是一种技术成熟、操作 简便、结果可靠的方法，因此，在本发明中，采用GB/T 23203.1-2008 《卷烟总粒相物中水分的测定第1部分：气相色谱法》的方法测定 烟碱样品中所含的水分。

基于此，本发明首先利用GC/MS法初步测定烟碱含量，再利用 GC内标法测定样品含水量，最后，通过数据分析得到较为准确的烟 碱纯度数据。与目前使用的经典方法——ISO 13276:1997《烟草及烟 草制品烟碱纯度的测定硅钨酸重量法》——相比，本发明的方法具 有简便快捷、易于操作、重复性好的特点，具有重要的科研意义与较 高的应用价值，简称GC/MS-GC法。

(2)GC法测定烟碱样品中所含的水分wat％。

A、样品制备：准确称量烟碱样品A 100mg，精确至0.1mg，放 置于10mL的容量瓶中，用含有5mL/L无水乙醇做内标的异丙醇萃 取剂定容，混合均匀后，装入色谱瓶中待测；

B、采用GB/T 23203.1-2008《卷烟总粒相物中水分的测定第1 部分：气相色谱法》的方法测定烟碱样品中所含的水分。

C、测定结果：

烟碱样品A按照所述的方法制备了3份稀释溶液，分别用GC法 测定其烟碱含水率，如表1所示，其含水率依次为2.41％、2.34％和 2.47％，平均值为2.41％，SD为0.06。

表1GC法测定烟碱含水率(wat％)的结果

(3)GC/MS-GC法烟碱纯度测定结果计算

基于上述测定结果，带入下面的公式：

NIC％＝nic％*(100％-wat％)………………(II)；

其中，NIC％为样品中烟碱的百分含量，即为样品的烟碱纯度；

nic％为样品中烟碱峰面积占总峰面积的百分率；

wat％为样品的含水率；

计算出样品的烟碱纯度(NIC％)，如表2所示。

表2GC/MS-GC法测定烟碱纯度(NIC％)的结果

实施例2：

重复实施例1的过程，选择另一烟碱样品B(新制备样品)，制 备了7份稀释溶液，用GC-MS法测定其烟碱含量，谱图如图2所示， 测定值依次为99.53％、99.53％、99.46％、99.64％、99.51％、99.56％、 99.58％，测定平均值为99.54％，SD为0.06；其含水率及其平均值和 GC/MS-GC法测定烟碱纯度(NIC％)的结果分别如表1和表2所示。

实施例3：

重复实施例1的过程，选择另一烟碱样品C(久置样品)，制备 了4份稀释溶液，用GC-MS法测定其烟碱含量，谱图如图3所示， 测定值依次为99.05％、99.01％、99.06％、99.01％，测定平均值为 99.03％，SD为0.03。其含水率及其平均值和GC/MS-GC法测定烟碱 纯度(NIC％)的结果分别如表1和表2所示。

实施例4：

采用ISO 13276:1997《烟草及烟草制品烟碱纯度的测定硅钨酸 重量法》测定烟碱样品A、B和C的纯度，结果如表3所示。

表3硅钨酸重量法测定烟碱纯度的结果

硅钨酸重量法与本发明GC/MS-GC法测定烟碱纯度结果相近， 图4直观地体现了两者的关系，表明了本发明方法测定烟碱纯度的可 靠性。

由图1～4和表1～3可知，实施例1～3所测定的结果与硅钨酸 重量法相比，测定结果没有显著差异，证明了本发明所述方法的准确 可行性。仔细比较各组数据可知：对于新制备烟碱样品(样品B)进 行烟碱含量测定时，利用硅钨酸重量法与GC/MS-GC法测得结果基 本相同，分别为99.34％与99.54％；而在对久置样品(样品A和C) 进行检测时发现，硅钨酸重量法所得的结果比GC/MS-GC法测定的 结果偏低。为了分析产生上述差别的原因，我们对久置样品中杂质的 构成进行了分析，结果发现该类杂质主要包括去氢去甲基烟碱、二烯 烟碱以及甲基新烟碱，这是由于烟碱在放置过程中会发生吸潮、降解 与异构化，生成烟碱衍生物和/或其他烟草特有生物碱。基于以上实 验结果，我们推测，由于久置样品中烟碱衍生物杂质含量相对较高， 该类生物碱类化合物会阻碍烟碱及其盐与硅钨酸的结合以及沉淀，因 此利用硅钨酸重量法进行纯度检测时，由于其他类型生物碱和/或其 他杂质的干扰，烟碱无法完全成盐沉淀，造成测量值比实际值略小。 而另一方面，由于GC/MS法直接检测烟碱的固有属性——分子量， 其测量结果受其余生物碱杂质的影响较小，因此，其测量值应与实际 值更为接近，同时利用GC/MS-GC法测量的数值应大于硅钨酸重量 法所得测量值。我们的实验结果也与上述推测相符：当样品为新制备 时(样品B)，由于样品中烟碱变质较少，因此，两种方法分别测得 的烟碱含量数值比较接近；当对久置样品(样品A和C)进行检测时， 样品中烟碱变质较多，由此产生的其余生物碱对硅钨酸重量法检测数 据造成了一定影响，使之低于实际含量。而由于GC/MS-GC法不受 其余生物碱干扰，所以，利用该法所得测量值更加接近实际值而大于 硅钨酸重量法检测值。因此，GC/MS-GC法相较于硅钨酸重量法更为 简便、准确。