微波消解-离子色谱仪测定烟草中钙和镁的方法

摘要

一种采用微波消解－离子色谱仪测定烟草中钙和镁的方法，其特征是：将烟草样品进行微波消解，消解后的溶液经过稀释后，直接使用离子色谱结合电导检测器进行分析，实现烟草中钙和镁的同时测定。采用本发明的方法，对烟草样品进行微波消解，消解后的溶液无需赶酸处理，用水稀释后，经0.45μm滤膜过滤，可以直接使用DIONEXICS3000免试剂型离子色谱测定，其中，分离采用IonpacCS16阳离子分析柱，测定采用电导检测器。本发明的测定方法是目前烟草中钙和镁测定最为快速的方法，前处理过程中所用的试剂较少，测定仪器常见，具有较高的推广应用价值。此外，本方法对生物样品的前处理采用微波消解，配合离子色谱进行测定，此前未见有文献报道。

说明书

技术领域

本发明属于烟草化学成分检测技术领域，具体是一种微波消解－离子色谱仪测定烟草中钙和镁的方法。

背景技术

烟草中的钙和镁浓度差别近10倍，但是两者对于烟草的作用不分仲伯，均为烟草需要量大、对烟草产量和质量影响较为显著的矿质元素。

烟草中矿质元素的测定，前处理一般采用湿法消化，干法灰化和微波消解。其中，微波消解由于其消化液用量少，消解时间短，操作简便，已经成为许多实验室首选的前处理方法。

对于前处理后样品液的测定，较为常用的分析仪器为AAS（原子吸收光谱仪）和ICP－MS（电感耦合等离子体质谱仪）。AAS比较适合目标物μg/mL浓度范围的测定，我国烟草行业关于烟草中钙和镁的测定均采用此法（如YC/T 174－2003 《烟草及烟草制品 钙的测定 原子吸收法》和YC/T 175－2003 《烟草及烟草制品 镁的测定 原子吸收法》）。但是，AAS测定每一种元素需要更换此种元素所对应的空心阴极灯，不能实现不同元素的同时测定。与AAS相比， ICP－MS可以实现不同元素的同时分析，且测定浓度更低（ng/mL）。但是，ICP－MS仪器昂贵，运行费用高且噪声极大，应用并不广泛。

离子色谱法是20世纪70年代中期诞生的一项新的液相色谱分析技术，主要用来测定无机阴、阳离子，其具有灵敏度高（检测下限可以达到ng/mL级）、线性范围宽、能进行多种离子同时分析的优点。

从理论上来看，如果能将烟草中的钙和镁都转化为离子状态，就可以采用离子色谱同时测定。但是，根据文献报道，生物样品（植物类，如烟草等）中钙和镁的测定，采用离子色谱分析较为少见。这主要是因为钙和镁等矿质元素在生物体内结合形态多种多样，采用溶液萃取的方法只能得到游离态，如果采用消化，所得到溶液酸性较强，即使经过稀释，也不能够满足大部分离子色谱分析柱所能够承受的pH范围。直到DIONEX公司推出CS16分析柱，这一问题才得以解决。这一柱子的推出，本来是针对钠氨浓度比较高的体系中氨的测定，但是，在研究中却发现此柱能够在较高的酸性条件下（pH<1）工作，且柱效良好。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题而提供的一种微波消解－离子色谱仪测定烟草中钙和镁的方法，该方法对烟草样品采用微波消解的前处理方法，消解后的溶液经过一步稀释后，直接使用离子色谱仪进行测定。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的微波消解－离子色谱仪测定烟草中钙和镁的方法，将烟草样品进行微波消解，消解后的溶液经过稀释后，直接使用离子色谱结合电导检测器进行分析，实现烟草中钙和镁的测定，具体步骤如下：

（1）称取烟末样品于消解罐中，加入HNO₃溶液和H₂O₂溶液，在微波炉中消解，HNO₃溶液的浓度为65%，H₂O₂溶液的浓度为30%，HNO₃溶液和H₂O₂溶液之比为5∶1～5：3。微波消解升温程序为：升温5min至100℃，保持3min；升温5min至150℃，保持2min；升温10min至200℃，保持15min。

（2）移取一定量消解后的溶液，用二次去离子水稀释30～50倍，即为样品待测液；

（3）使用浓度为0.5%的硝酸配制不同浓度的钙和镁标准工作溶液；

（4）样品待测液过滤后，使用离子色谱进行测定，所使用的离子色谱型号为DIONEX ICS3000（配淋洗液发生器），使用的阳离子分析柱为Dionex IonPac CS16（3×250mm）阳离子交换柱，Dionex IonPac CG16（3×50mm）阳离子保护柱，柱温箱温度为35℃，淋洗液为MSA，浓度为30mmol，流速为0.6mL/min，进样量25μL，采集时间为30min，洗脱方式为等度。检测器为电导检测器。抑制器采用CSRS－II，电流为53mA。

采用本发明的方法，对烟草样品进行微波消解，消解后的溶液用水稀释，进样前经0.45μm滤膜过滤，采用DIONEX ICS3000 免试剂型离子色谱配电导检测器进行测定。使用离子色谱对烟草中钙和镁测定，采用CS16柱子进行分析时，烟草样品进行微波消解后的溶液无需赶酸处理，只需用水稀释，即可直接使用离子色谱测定，操作简单、快捷。 

本发明的测定方法是目前烟草中钙和镁测定最为快速的方法，前处理过程中所用的试剂较少，测定仪器常见，具有较高的推广应用价值。除此之外，本方法对生物样品的前处理采用微波消解，配合离子色谱进行测定，此前未见有文献报道。

采用本发明所使用的测定方法和原子吸收方法对烤烟、白肋烟、香料烟、烤烟型卷烟、混合型卷烟、再造烟叶六种样品分别进行分析，分析结果见表1。对两种方法所得到的数据进行配对t检验，可得t_镁＝1.75＜t _0.05/2,5=2.579（双侧检验）,t_钙＝0.50＜t _0.05/2,5=2.579（双侧检验），说明两种方法测定结果不存在显著性差异。

表1 原子吸收与本发明的离子色谱测定结果对比   （ ％）

采用本发明所使用的测定方法对烤烟进行6次平行测定，结果见表2。由表2可得，测定结果的RSD<6％，说明本方法的精密度良好。

表2 微波消解－离子色谱测定烟草中钙和镁的测定精密度      （％）

　123456RSD钙1.911.851.861.821.821.962.93镁0.150.160.160.150.140.165.33

采用本发明所使用的测定方法对烤烟样品进行加标回收率试验，钙和镁的加标量分别为10μg/mL和1μg/mL，见表3。由表3可得，钙和镁的加标回收率分别为97.3～101.6％和98.0～104.0％，说明本方法较为准确。

表3 微波消解－离子色谱测定加标回收率

本发明数据计算公式如下：

式中，     X：样品的仪器观测值，单位微克每毫升(μg/mL)；

           ：样品的稀释倍数；

           V：样品的定容体积，单位为毫升(mL)；

           ：样品质量，单位为克（g）；

           ：试样的水分百分含量，%（质量分数）。

附图说明

图1为本发明中烤烟样品的离子色谱图；

  图2为本发明中香料烟样品的离子色谱图。

具体实施方式

实施例1：烤烟中钙和镁的测定

1）样品前处理

准确称取0.3g烤烟样品至消解罐中，在消解罐中加入5mL 65%（体积百分数）HNO₃和2mL 30%（体积百分数）H₂O₂，将消解罐置于微波炉中，消解程序为：升温5min至100℃，保持3min；升温5min至150℃，保持2min；升温10min至200℃，保持15min。

    2）配制钙、镁标准工作溶液

用0.5%（体积百分数）的HNO₃配制系列浓度溶液，得到工作标液钙的浓度为10、8、5、3、1μg/mL，镁为2、1.5、1.0、0.5、0.1μg/mL。

3）移取一定量消解后的溶液，用二次去离子水稀释30～50倍，经0.45μm滤膜过滤后，使用离子色谱进行分析

离子色谱型号为DIONEX ICS3000（配淋洗液发生器），使用的阳离子分析柱为Dionex IonPac CS16（3×250mm）阳离子交换柱，Dionex IonPac CG16（3×50mm）阳离子保护柱，柱温箱温度为35℃，淋洗液为MSA，浓度为30mmol，流速为0.6mL/min，进样量25μL，采集时间为30min，洗脱方式为等度。检测器为电导检测器。抑制器采用CSRS－II，电流为53mA。

4）运行完后，设置积分条件，采用保留时间定性，峰面积定量，从峰谷到峰谷积分。标准曲线采用一次曲线；

5）样品图谱见图1；

钙和镁峰的峰面积对其相应浓度进行回归分析，得到标准曲线。然后通过检测样品的峰面积，由标准曲线得到样品对应的浓度，即仪器观测值。

本发明数据计算公式如下：

式中，     X：样品的仪器观测值，单位微克每毫升(μg/mL)；

           ：样品的稀释倍数；

           V：样品的定容体积，单位为毫升(mL)；

           ：样品质量，单位为克（g）；

           ：试样的水分百分含量，%（质量分数）；

 由以上公式算出烤烟中钙的含量为1.90%，镁的含量为0.15%。

实施例2：香料烟中钙和镁的测定

1）样品前处理

 准确称取0.3g香料烟样品至消解罐中，在消解罐中加入5mL 65%（体积百分数）HNO₃和2mL 30%（体积百分数）H₂O₂，将消解罐置于微波炉中，消解程序为：升温5min至100℃，保持3min；升温5min至150℃，保持2min；升温10min至200℃，保持15min。

2）配制钙、镁标准工作溶液

用0.5%（体积百分数）的HNO3配制系列浓度溶液，得到工作标液钙的浓度为10、8、5、3、1μg/mL，镁为2、1.5、1.0、0.5、0.1μg/mL。

3）移取一定量消解后的溶液，用二次去离子水稀释30～50倍，经0.45μm滤膜过滤后，使用离子色谱进行分析

离子色谱型号为DIONEX ICS3000（配淋洗液发生器），使用的阳离子分析柱为Dionex IonPac CS16（3×250mm）阳离子交换柱，Dionex IonPac CG16（3×50mm）阳离子保护柱，柱温箱温度为35℃，淋洗液为MSA，浓度为30mmol，流速为0.6mL/min，进样量25 μL，采集时间为30min，洗脱方式为等度。检测器为电导检测器。抑制器采用CSRS－II，电流为53mA。

4）运行完后，设置积分条件，采用保留时间定性，峰面积定量，从峰谷到峰谷积分。标准曲线采用一次曲线；

5）样品图谱见图2；

钙和镁峰的峰面积对其相应浓度进行回归分析，得到标准曲线。然后通过检测样品的峰面积，由标准曲线得到样品对应的浓度，即仪器观测值。

本发明数据计算公式如下：

式中，     X：样品的仪器观测值，单位微克每毫升(μg/mL)；

           ：样品的稀释倍数；

           V：样品的定容体积，单位为毫升(mL)；

           ：样品质量，单位为克（g）；

           ：试样的水分百分含量，%（质量分数）；

由以上公式算出香料烟中钙的含量为2.05%，镁的含量为0.51%。