一种基于色谱指纹图谱识别油斑烟污染源的方法

摘要

本发明提供一种基于色谱指纹图谱识别油斑烟污染源的方法，其包括以下步骤：步骤1：获取污染源样品的总离子流图；步骤2：确认样品的共有峰，构建共有峰数据库和污染源样品标准指纹图谱；步骤3：获取油斑烟卷烟纸的油斑部分的总离子流图，从中提取特征峰；步骤4：调取步骤2的共有峰数据库，比照步骤3所得的特征峰与步骤2的标准指纹图谱，识别出油斑烟的污染源。本发明的油斑烟污染源的识别方法能够快速且精准的对油斑烟支污染物质进行定性，进而确定产生油烟的具体生产环节和原因，为提高卷烟产品质量提供支撑。

说明书

技术领域

本发明属于卷烟生产控制领域，具体涉及一种基于色谱指纹图谱识别油斑烟污染源的方法。

背景技术

指纹图谱是指像中药材、烟草等化学成分复杂的物质经过合适的前处理方法对其成分进行提取、分离，再利用色谱或其它各种合适的分析方法对其中所含的的复杂化学成分进行分析鉴定，再利用相关数据统计、分析等其它数学方法，来鉴定物质的含量、组成等的真伪与质量稳定性的一种模式。指纹图谱技术具有可进行宏观推断分析及模糊指纹特征分析等特点，这种技术能够量化，重现性好，既高效又稳定。指纹图谱技术已经被成功运用到中药提取物及其制品质量控制等领域，近年来也逐渐应用到烟草领域。

刘百战等在《卷烟滤嘴污染成分的鉴定及来源分析》将烟厂送样的污染滤嘴的污染部分从烟支剥下，经过正己烷溶剂萃取、毛细管气相色谱分离及色谱/质谱联用鉴定，发现滤嘴端出现的污染主要成分是三醋酸甘油酯。杨玉良等在《GC-MS法在油烟分析中的应用》分析油斑烟时，在排除了生产设备用油污染的因素后，运用GC-MS法对成品油烟样品与烟草甲虫成虫及其幼虫在卷烟纸上挤压得到的油斑进行对比，结果表明油烟样品谱图与烟草甲虫幼虫特征峰一致，而此特征峰在烟草甲虫成虫中并未出现，可以确认油烟是由烟草甲虫幼虫挤压导致的。郭书裴在《卷烟烟支油烟的快速检测方法研究》分别对卷烟生产用油样和卷烟油烟进行前处理后，先通过GC-MS分析建立油样的特征图谱，然后在相同的分析条件下测定油烟的GC-MS图谱，通过两者对比，确定了导致油烟的源物质。

上述文献只涉及单一某种污染物质的鉴定方法，所使用的方法繁琐、操作复杂，并且添加溶剂可能干扰污染物质的分析结果，因此上述文献应用具有局限性也并未从根本上追溯到油斑烟支产生的根源。应用静态顶空可以减少间接引入法繁杂的采样准备工作，避免引入新的杂质，可以提高气质联用技术用于物质识别和鉴定的速率，应用指纹图谱可以简单的分析多种污染源物质的特征成分，建立数据库后可快速且准确的对污染物质进行定性鉴别，进而快速查明造成油烟产生的具体生产环节和原因，为提高卷烟产品质量提供支撑。

发明专利内容

本发明的目的在于克服目前没有一种能够快速且精准的方法追溯油斑烟污染物质产生的根源，提出一种以静态顶空-GC/MS分析技术建立污染源物质的指纹图谱，快速查明引起油斑烟的根本原因，提高卷烟的感官品质和外观质量。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于色谱指纹图谱识别油斑烟污染源的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取污染源样品的总离子流图；

步骤2：确认样品的共有峰，构建共有峰数据库和污染源样品标准指纹图谱；

步骤3：获取油斑烟卷烟纸的油斑部分的总离子流图，提取其特征峰；

步骤4：调取步骤2的共有峰数据库，比照步骤3所得的特征峰与步骤2的标准指纹图谱，识别出油斑烟的污染源。

进一步，步骤1和步骤3中总离子流图的获取采用静态顶空GC/MS分析法。

进一步，采用静态顶空GC/MS分析法时，顶空进样温度为100-140℃，顶空平衡时间为10-40min。

优选地，在步骤1中称取污染源标准品于20mL顶空瓶中采用静态顶空-GC/MS分析得到总离子流图：

①色谱条件：色谱柱：HP-5MS(30m x 250μm x 0.25μm)；进样口温度：280℃；分流比：1:1；载气：He，流速1.0mL/min；升温程序：40℃保持5min，以4℃/min的速率升温至240℃保持10min。

②质谱条件：EI源电子能量：70eV；质量扫描范围：30～550amu；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃，传输线温度280℃；增益因子：1.00。

进一步，步骤2中共有峰的确认以保留时间、峰形和峰面积为依据。

进一步，实施步骤3时，将实际生产线上收集到的油斑烟卷烟纸上油斑部分从烟支上剥离，按照步骤1中获取污染源样品的总离子流图的分析条件获取油斑部分的总离子流图。

进一步，烟支油斑直径约为0.01-1.00cm。

进一步，带有油斑的卷烟纸约20-100张。

进一步，步骤2中的指纹图谱在使用前通过相关系数法和夹角余弦法进行相似度评价，相似度评价结果在不低于90％，优选地高于95％时投入使用。在本发明的实施过程中，对各污染源物质各选取8批次总离子流图，经统计各样品共有峰峰面积均占总峰面积的90％以上。对8批次指纹图谱与标准指纹图谱分别采用相关系数法和夹角余弦法计算相似度，经计算两种相似度均在94％以上，表明所建立的指纹图谱完全符合技术规范。

进一步，在步骤2中构建样品标准指纹图谱时对各污染源物质各选取不少于5个批次的样品进行统计，优选采用8～15个批次的样品进行统计。

优选地，步骤2中构建GC/MS标准指纹图谱时，对8批次样品的GC-MS总离子图进行共有色谱峰识别。通过保留时间、峰形、峰面积的对比，最终确定共有峰个数。计算8批次分析中共有峰占总峰面积的百分比，确保其符合指纹图谱研究的技术要求并建立共有峰数据库。以分离度较好且在所有色谱峰中间、感应较强的的峰为参照峰，计算所有峰的相对保留时间和相对峰面积，根据其相对保留时间和相对峰面积这两个量化指标构建样品标准指纹图谱。

进一步，所述污染源物质包括香精、梗香、糖料、润滑油、脂、排链石蜡油、卷烟机刀头/削减盘用油、冷凝水中的一种或多种。

进一步，步骤1实施前，进行方法可靠性验证，在相对保留时间和相对峰面积的精密度和重现性的相对标准偏差(RSD)不高于2％时进入正式实施阶段。为验证本发明方法的可靠性，在本发明的步骤2的实施过程中，对样品连续进样5次，比较相对保留时间和相对峰面积的精密度和重现性，结果表明，其RSD均在2％以下。将样品分别放置0h、8h、1d、3d、5d之后进样进行稳定性检测，结果发现，检测结果其RSD均小于2％，表明该方法很稳定。

本发明提供的静态顶空-GC/MS指纹图谱的建立方法，是一种能很好分析复杂样品的分析手段，它工作量小且能反映样品的整体信息，更重要的是指纹图谱具有唯一性，能够快速且精准的对油斑烟支污染物质进行定性，进而确定产生油烟的具体生产环节和原因，为提高卷烟产品质量提供支撑。

附图说明

图1：实施例1中采用静态顶空GC/MS分析法所得玉溪(软)香精GC-MS总离子图示意图；

图2：实施例1中构建的玉溪(软)香精8批次GC-MS指纹图谱示意图；

图3：实施例1中未知污染物质油斑烟a与玉溪(软)香精指纹图谱对比示意图；

图4：实施例2中未知污染物质油斑烟b与玉溪(软)梗香指纹图谱对比示意图；

图5：实施例3中未知污染物质油斑烟c与润滑油指纹图谱对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对发明的内容做进一步阐释。

实施例1

本发明所述的一种污染源物质静态顶空-GC/MS指纹图谱的建立方法，经过以下步骤实现：

1)、总离子流图的获取：称取0.3g玉溪(软)香精样品于20mL顶空瓶中采用静态顶空-GC/MS分析，①顶空条件：平衡温度：140℃，平衡时间：30min；载气：He。②色谱条件：色谱柱：HP-5MS(30m x 250μmx 0.25μm)；进样口温度：280℃；分流比：1:1；载气：He，流速1.0mL/min；升温程序：40℃保持5min，以4℃/min的速率升温至240℃保持10min。③质谱条件：EI源电子能量：70eV；质量扫描范围：30～550amu；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃，传输线温度280℃；增益因子：1.00；获得的GC/MS总离子流图基线平稳、响应峰多、分离度好，如图1。

2)、指纹图谱的建立：对步骤1)8个不同批次玉溪(软)香精的GC/MS总离子流图进行共有色谱峰识别。8个批次样品通过分析共分离出16个峰，通过保留时间、峰形、峰面积的对比，最终确定共有峰有13个。计算8次分析中共有峰占总峰面积的百分比可知，13个共有峰面积之和最低为95.52％，符合指纹图谱研究的技术要求，构建玉溪(软)香精共有峰数据库，如图2。以分离度较好且在所有色谱峰中间、感应较强的保留时间为22.90min的峰为参照峰(S)，计算所有峰的相对保留时间和相对峰面积，根据其相对保留时间和相对峰面积这两个量化指标构建玉溪(软)香精标准指纹图谱。采用相关系数法和夹角余弦法分别评价不同样品各个批次指纹图谱与标准指纹图谱间的相似度，以评价标准指纹图谱的可靠性。结果表明：玉溪(软)香精各批次特征峰与标准指纹图谱之间的相关系数法、夹角余弦法相似度均在99％以上。

3)、油斑烟污染物来源的确定：将玉溪卷烟厂送来的第一批生产线上收集到的20支油斑烟的油斑部分剥离，按照步骤1)中的分析条件进行静态顶空-GC/MS分析，将得到的图谱与共有峰数据库进行对比，有9个特征峰：1号峰、2号峰、4号峰、8号峰、9号峰、10号峰、11号峰、12号峰、13号峰与玉溪(软)香精的共有特征峰保留时间一致且峰形相似，判别该批次油斑烟支的污染物质为玉溪(软)香精，如图3。

实施例2

本发明所述的一种污染源物质静态顶空-GC/MS指纹图谱的建立方法，经过一下步骤实现：

1)、总离子流图的获取：称取0.4g玉溪(软)梗香样品于20mL顶空瓶中采用静态顶空-GC/MS分析，①顶空条件：平衡温度：100℃，平衡时间：20min；载气：He。②色谱条件：色谱柱：HP-5MS(30m x 250μmx 0.25μm)；进样口温度：280℃；分流比：1:1；载气：He，流速1.0mL/min；升温程序：40℃保持5min，以4℃/min的速率升温至240℃保持10min。③质谱条件：EI源电子能量：70eV；质量扫描范围：30～550amu；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃，传输线温度280℃；增益因子：1.00；获得的GC/MS总离子流图基线平稳、响应峰多、分离度好；

2)、指纹图谱的建立：对步骤1)8个不同批次玉溪(软)梗香的GC/MS总离子流图进行共有色谱峰识别。8个批次样品通过分析共分离出10个峰，通过保留时间、峰形、峰面积的对比，最终确定共有峰有9个。计算8次分析中共有峰占总峰面积的百分比可知，9个共有峰面积之和最低为97.79％，符合指纹图谱研究的技术要求，构建玉溪(软)梗香共有峰数据库，以分离度较好且在所有色谱峰中间、感应较强的保留时间为9.60min的峰为参照峰(S)，计算所有峰的相对保留时间和相对峰面积，根据其相对保留时间和相对峰面积这两个量化指标构建玉溪(软)梗香标准指纹图谱。采用相关系数法和夹角余弦法分别评价不同样品各个批次指纹图谱与标准指纹图谱间的相似度，以评价标准指纹图谱的可靠性。结果表明：玉溪(软)梗香各批次特征峰与标准指纹图谱之间的相关系数法、夹角余弦法相似度均在94％以上。

3)、油斑烟污染物来源的确定：将玉溪卷烟厂送来的第四批生产线上收集到的40支油斑烟支的油斑部分剥离，按照步骤1)中的分析条件进行静态顶空-GC/MS分析，将得到的图谱与共有峰数据库进行对比，有7个特征峰：4号峰、5号峰、6号峰、7号峰、8号峰、9号峰、10号峰与玉溪(软)梗香的共有特征峰保留时间一致且峰形相似，判别该批次油斑烟支的污染物质为玉溪(软)梗香，如图4。

实施例3

本发明所述的一种污染源物质静态顶空-GC/MS指纹图谱的建立方法，经过一下步骤实现：

1)、总离子流图的获取：称取0.5g润滑油样品于20mL顶空瓶中采用静态顶空-GC/MS分析，①顶空条件：平衡温度：120℃，平衡时间：10min；载气：He。②色谱条件：色谱柱：HP-5MS(30m x 250μm x 0.25μm)；进样口温度：280℃；分流比：1:1；载气：He，流速1.0mL/min；升温程序：40℃保持5min，以4℃/min的速率升温至240℃保持10min。③质谱条件：EI源电子能量：70eV；质量扫描范围：30～550amu；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃，传输线温度280℃；增益因子：1.00；获得的GC/MS总离子流图基线平稳、响应峰多、分离度好；

2)、指纹图谱的建立：对步骤1)8个不同批次润滑油的GC/MS总离子流图进行共有色谱峰识别。8个批次样品通过分析共分离出12个峰，通过保留时间、峰形、峰面积的对比，最终确定共有峰有8个。计算8次分析中共有峰占总峰面积的百分比可知，8个共有峰面积之和最低为95.04％，符合指纹图谱研究的技术要求，构建润滑油共有峰数据库，以分离度较好且在所有色谱峰中间、感应较强的保留时间为26.99min的峰为参照峰(S)，计算所有峰的相对保留时间和相对峰面积，根据其相对保留时间和相对峰面积这两个量化指标构建润滑油标准指纹图谱。采用相关系数法和夹角余弦法分别评价不同样品各个批次指纹图谱与标准指纹图谱间的相似度，以评价标准指纹图谱的可靠性。结果表明：润滑油各批次特征峰与标准指纹图谱之间的相关系数法、夹角余弦法相似度均在96％以上。

3)、油斑烟污染物来源的确定：将玉溪卷烟厂送来的第五批生产线上收集到的80支油斑烟支的油斑部分剥离，按照步骤1)中的分析条件进行静态顶空-GC/MS分析，将得到的图谱与共有峰数据库进行对比，有8个特征峰：1号峰、2号峰、3号峰、4号峰、9号峰、10号峰、11号峰、12号峰与润滑油的共有特征峰保留时间一致且峰形相似，判别该批次油斑烟支的污染物质为润滑油，如图5。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。