一种烟草及烟草制品中总氮含量的测定方法

摘要

本发明涉及烟草化学成分检测技术领域，尤其涉及一种烟草及烟草制品中总氮含量的测定方法，包括以下步骤，S1：样品处理液的制备，S2：标准配制液的制备，S3：储备液的制备，S4：工作标准液的制备，S5：洗针液的制备，S6：结果检测，用来解决烟草行业中，传统使用的红色氧化汞和硫酸钾作为催化剂，而氧化汞有剧毒，导致在其使用过程中可能对操作人员造成伤害，相应产生的废液，也必须进行特殊处理，否则会产生环境污染，且消化过程耗时较长，降低工作效率的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及烟草化学成分检测技术领域，尤其涉及一种烟草及烟草制品中总氮含量的测定方法。

背景技术

烟草中的总氮含量是烟草质量评价的重要指标之一，对卷烟的感官质量有较大的影响。总氮含量较高时，烟气往往刺激性较强，香气质较差，而总氮含量较低时，烟气一般劲头不足。烟草中的总氮含量与其它含氮化合物之间也有着密切的相关性，因此，准确测定烟草中的总氮含量对于了解含氮化合物特性及控制卷烟质量具有重要意义，烟草及烟草制品中总氮含量测定已经成为各级烟草质检机构的日常检测项目。

目前烟草行业中对于总氮的分析检测方法主要有克达尔法和连续流动法。连续流动法是一种现代湿化学分析法，通过蠕动泵将样品和试剂定量地吸入特定分析模块中进行混合反应，液体间以空气泡间隔，并经消解、蒸馏、透析、加热等在线前处理步骤，最终形成有色化合物，再经检测器比色，由数据处理系统自动计算得出结果。由于其具有操作简单、分析速度快等优点，目前被烟草行业广泛应用，现行的烟草行业总氮检测标准为YC/T 161-2002连续流动分析法。

目前行业标准方法存在化学试剂种类较多、配制较繁琐，但样品消化所用催化剂普遍为红色氧化汞和硫酸钾，而氧化汞有剧毒，导致在其使用过程中可能对操作人员造成伤害，相应产生的废液，也必须进行特殊处理，否则会产生环境污染，且在消化过程中将样品中各种形态的氮，完全无损的全部转变成氨，并留在消化液中所需的时间较长，降低了工作效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种烟草及烟草制品中总氮含量的测定方法，用来解决烟草行业中，传统使用的红色氧化汞和硫酸钾作为催化剂，而氧化汞有剧毒，导致在其使用过程中可能对操作人员造成伤害，相应产生的废液，也必须进行特殊处理，否则会产生环境污染，且消化过程耗时较长，降低工作效率的问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种烟草及烟草制品中总氮含量的测定方法，包括以下步骤，

S1：样品处理液的制备：按照YC/T31制备烟草样品，并测定水分含量，准确称取烟草样品，置于消化管中，依次加入催化剂后，加入硫酸钾，再加入浓硫酸，将消化管置于消化器中进行消化，消化完成后将消化管提出，稍冷，缓慢加入少量水并摇匀，冷却至室温，用水定容至刻度，混匀，得样品处理液；

S2：标准配制液的制备：于消化管中，依次加入催化剂后，加入硫酸钾，再加入浓硫酸，将消化管置于消化器中进行消化，消化完成后将消化管提出，稍冷，缓慢加入少量水并摇匀，冷却至室温，用水定容到刻度，混匀，待用；

S3：储备液的制备：称取硫酸铵于消化管中，加入催化剂后，加入硫酸钾，再加入硫酸，于消化器内进行消化，待冷却后移入容量瓶，用S2步骤中的标准配制液定容摇匀；

S4：工作标准液的制备：根据预计检测到的样品的总氮含量，用S2步骤中的标准配制液定容S3步骤中制备出的储备液，得到氮含量浓度分别为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％的工作标准液；

S5：洗针液的制备：用S2步骤中制备出的标准配制液作洗针液；

S6：结果检测：使用流动分析仪，按照烟草行业标准方法后续步骤进行上机检测。

由于消化方法进行了改进，为确保标准溶液和洗针液与样品消化液的的本底尽可能一致，以减小对实验结果的影响，特别使用经过处理的标准溶液和洗针液。

通过对消化过程中使用的催化剂进行改进，将传统使用的红色氧化汞和硫酸钾改进为硫酸钾、硫酸铜和硒粉，并在380℃的条件下消化1.5h，不仅避免了使用氧化汞带来的危害操作人员以及污染环境的问题，还降低了消化过程的时间，提高了工作效率。

通过对储备液和标准工作液的重新处理，使得在总氮的检测过程中，改进后的催化条件所检测出的结果与行业标准方法检测出的结果无显著差异，且稳定性、重复性较好，改进后的方法使用的试剂低毒,对环境污染小，在烟草总氮检测方面具有较好的推广应用前景。

进一步，所述S1、S2和S3步骤中的催化剂均为硫酸铜和硒粉。

通过将氧化汞替换为硫酸铜和硒粉，不仅避免了使用氧化汞带来的危害操作人员以及污染环境的问题，还降低了消化过程的时间，提高了工作效率，其中硒粉不仅提高消化效率，还减少了能源消耗。

进一步，所述S1步骤中，还包括催化剂本身是否对试验结果造成干扰的判定测试，所述判定方法具体如下：

为考察硫酸铜本身是否会对试验结果造成干扰，取硫酸铜0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g于75mL消化管中，分别加入硫酸钾2.0g、硒粉0.02g浓硫酸5mL，消化条件380℃1.5h，冷却定容到刻度，摇匀后作为样品进行检测，若仪器上无响应，判定硫酸铜用量小于0.5g，未对结果产生干扰；

进一步，所述S1步骤中，还包括如下步骤：

为考察硒粉本身是否会对试验结果造成干扰，取硒粉0.02、0.04、0.06、0.08、0.10g于75mL消化管中，分别加入硫酸钾2.0g、硫酸铜0.2g浓硫酸5mL，消化条件380℃1.5h，冷却定容到刻度，摇匀后作为样品进行检测，若仪器上无响应，判定硒粉用量小于0.10g，未对结果产生干扰。

由于改变了传统的催化体系，所以在重新确立催化体系时，先对重新选择的催化剂进行了干扰试验，通过干扰试验，避免重新选择的催化剂本身对测试结果造成干扰。

进一步，所述硫酸钾的质量为2.0g，硫酸铜的质量为0.3g，硒粉的质量为0.02g。

因为改变了传统的催化体系，所以在对催化剂的干扰测试后，对催化剂的用量进行了重新选择，由于硫酸钾其作用在于提高消化液的沸点，使消化过程能在高温下进行，同时通过硫酸钾维持较稳定的硫酸浓度，但当硫酸钾用量过大时，消化液冷却后易凝固。用硫酸铜和硒粉替代了氧化汞，改变了原催化体系，故对硫酸钾、硫酸铜和硒粉的使用量进行重新选择，具体选择方法如下：

称取烟叶样品进行试验，分别加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5g硫酸钾、0.2g硫酸铜和0.02g硒粉作为催化剂，在380℃消化1.5h，其余试验条件不变。由表3可见，当硫酸钾用量大于等于2.0g时，检测结果基本不再变化，确定硫酸钾用量为2.0g；

称取烟叶样品进行试验，分别加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g硫酸铜、0.02g硒粉和2.0g硫酸钾作为催化剂，在380℃消化1.5h，其余试验条件不变。由表2可见，当硫酸铜用量大于等于0.3g时，检测结果基本不再变化，确定硫酸铜用量为0.3g；

称取烟叶样品进行试验，分别加入0.01、0.02、0.03、0.04、0.05g硒粉、0.3g硫酸铜和2.0g硫酸钾作为催化剂，在380℃消化1.5h，其余试验条件不变。由表1可见，当硒粉用量大于等于0.02g时，检测结果基本不再变化，确定硒粉用量为0.02g。

进一步，所述S1、S2和S3步骤中的消化条件均为380℃，1.5h。

消化的目的是将样品中各种形态的氮，完全无损的全部转变成氨，并留在消化液中，由于重新选择了催化剂，因此需要重新优化样品消化时间。在烟叶样品中分别加入2.0g硫酸钾、0.3g硫酸铜和0.02g硒粉作为催化剂，在340、360、380、400℃分别消化0.5、1.0、1.5、2.0h，其余试验条件不变。由表4可见，当消化温度达到400℃时，溶液剧烈沸腾，硫酸蒸汽达到消化管顶部溢出，引起硫酸铵热分解而导致氮素损失，导致检测结果明显降低。当消化温度达到380℃，消化1.5h后，检测结果无明显变化。确定消化条件为380℃1.5h。

进一步，所述S4步骤中，使用流动分析仪进行后续检测时，使用二氯异氰尿酸钠替代次氯酸钠分析。

在流动分析过程中，次氯酸钠的作用是在碱性条件下，释放次氯酸，与氨结合生成氯化铵，进而与水杨酸钠反应产生一靛蓝染料。但次氯酸极不稳定，容易见光分解，因此需要不断补充以保证溶液中次氯酸的含量。二氯异氰尿酸钠的水解反应式为：C

进一步，所述二氯异氰尿酸钠的浓度为3.0g/L。

称取烟叶样品按照行业标准方法进行实验，分别称取0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45g二氯异氰尿酸钠固体粉末于100mL容量瓶中定容，替换原本的次氯酸钠溶液。由表5可见，当二氯异氰尿酸钠溶液浓度大于3.0g/L时，检测结果基本不再变化，确定二氯异氰尿酸钠溶液浓度3.0g/L。

本发明的有一种烟草及烟草制品中总氮含量的测定方法，具有如下优点：

1.通过对烟草及烟草制品中总氮含量测定方法中的消化条件进行改进，改变原有的消化催化体系，避免使用剧毒性的氧化汞做催化剂，减轻了检测过程中对检测人员的身心伤害以及对环境的污染，同时，提高了消化效率，进而提高了检测效率；

2.该方法稳定性高，重复性较好，测定烟草中总氮含量检出限为0.00155％，定量限为0.00516％，相对标准偏差小于1％，加标回收率在96.58％～100.89％，均优于现有技术。

附图说明

图1是实施例1中的硫酸钾用量对检测结果图；

图2是实施例1中的硫酸铜用量对检测结果图；

图3是实施例1中的硒粉用量对检测结果图；

图4是实施例1中的消化温度和时间对检测结果图；

图5是实施例1中的二氯异氰尿酸钠溶液浓度对检测结果图；

图6是实施例1中的不同溶液检测稳定性对比图；

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面通过实施例和附图对本发明作进一步的详细说明，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制：

实验中主要的试剂、材料与仪器

实验室控制样品(购买自国家烟草质量监督检验中心)，其总氮标注值分别为(2.14±0.11)％，其中烟叶样品、烤烟样品、烟末样品、烤烟、白肋烟和雪茄烟的烟叶样品均出自重庆中烟技术中心原料室。

红色氧化汞(AR，贵州省铜仁汞矿化学试剂厂)；五水合硫酸铜(Ⅱ)(AR，国药集团)；硒粉(BR,国药集团)；硫酸钾(AR，国药集团)；聚乙氧基月桂醚溶液(30％，荷兰SKALAR公司)；水杨酸钠(AR，国药集团)；硝普钠(AR，美国Sigma Aldrich公司)；氯化钠(AR，国药集团)；硫酸(AR，国药集团)；酒石酸钾钠(AR，美国Sigma Aldrich公司)；十二水合磷酸氢二钠(AR，国药集团)；氢氧化钠(AR，国药集团)；次氯酸钠(AR，国药集团)；二氯异氰尿酸钠(AR，东京化成株式会社)。

SKALAR SAN

实施例1烟草及烟草制品中总氮的含量的测定

1.实验前催化剂的选择

1.1考察硫酸铜的干扰

为考察硫酸铜本身是否会对试验结果造成干扰，取硫酸铜0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g于75mL消化管中，分别加入硫酸钾2.0g、硒粉0.02g浓硫酸5mL，消化条件380℃1.5h，冷却定容到刻度，摇匀后作为样品进行检测，发现在仪器上无响应，说明硫酸铜用量小于0.5g，不会对结果产生干扰。

1.2考察硒粉的干扰

为考察硒粉本身是否会对试验结果造成干扰，取硒粉0.02、0.04、0.06、0.08、0.10g于75mL消化管中，分别加入硫酸钾2.0g、硫酸铜0.2g浓硫酸5mL，消化条件380℃1.5h，冷却定容到刻度，摇匀后作为样品进行检测，发现在仪器上无响应，说明硒粉用量小于0.10g，不会对结果产生干扰。

通过先对硫酸铜和硒粉进行干扰性试验，排除硫酸铜和硒粉本身对烟草及烟草制品中总氮含量测定的影响，避免选择的催化剂本身对总氮测定的影响。

1.3硫酸钾用量的选择

连续流动法测定总氮含量的消化过程中需要使用硫酸钾，其作用在于提高消化液的沸点，使消化过程能在高温下进行，同时通过硫酸钾维持较稳定的硫酸浓度。但当硫酸钾用量过大时，消化液冷却后易凝固。用硫酸铜和硒粉替代了氧化汞，改变了原催化体系，故对硫酸钾的使用量进行了考察。

称取烟叶样品进行试验，分别加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5g硫酸钾、0.2g硫酸铜和0.02g硒粉作为催化剂，在380℃消化1.5h，其余试验条件不变。由表1可见，当硫酸钾用量大于等于2.0g时，检测结果基本不再变化，确定硫酸钾用量为2.0g。由于消化体系的改变，在还没有重新确定硫酸铜的用量时，硫酸铜的用量根据参考文献资料一般为0.2g，所以在对硫酸铜和硒粉的干扰试验以及硫酸钾用量的选择试验时，硫酸铜的用量选择0.2g。

表1硫酸钾用量对检测结果的影响

1.4硫酸铜用量的选择

称取烟叶样品进行试验，分别加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5g硫酸铜、0.02g硒粉和2.0g硫酸钾作为催化剂，在380℃消化1.5h，其余试验条件不变。由表2可见，当硫酸铜用量大于等于0.3g时，检测结果基本不再变化，确定硫酸铜用量为0.3g。

表2硫酸铜用量对检测结果的影响

1.5硒粉用量的选择

称取烟叶样品进行试验，分别加入0.01、0.02、0.03、0.04、0.05g硒粉、0.3g硫酸铜和2.0g硫酸钾作为催化剂，在380℃消化1.5h，其余试验条件不变。由表3可见，当硒粉用量大于等于0.02g时，检测结果基本不再变化，确定硒粉用量为0.02g。

表3硒粉用量对检测结果的影响

1.6消化温度和时间的选择

消化的目的是将样品中各种形态的氮，完全无损的全部转变成氨，并留在消化液中。由于重新选择了催化剂，因此需要重新优化样品消化时间。在烟叶样品中分别加入2.0g硫酸钾、0.3g硫酸铜和0.02g硒粉作为催化剂，在340、360、380、400℃分别消化0.5、1.0、1.5、2.0h，其余试验条件不变。由表4可见，当消化温度达到400℃时，溶液剧烈沸腾，硫酸蒸汽达到消化管顶部溢出，引起硫酸铵热分解而导致氮素损失，导致检测结果明显降低。当消化温度达到380℃，消化1.5h后，检测结果无明显变化。确定消化条件为380℃1.5h。

表4消化温度和时间对检测结果的影响

1.7二氯异氰尿酸钠溶液浓度的选择

称取烟叶样品按照行业标准方法进行实验，分别称取0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45g二氯异氰尿酸钠固体粉末于100mL容量瓶中定容，替换原本的次氯酸钠溶液。由表5可见，当二氯异氰尿酸钠溶液浓度大于3.0g/L时，检测结果基本不再变化，确定二氯异氰尿酸钠溶液浓度3.0g/L。

表5二氯异氰尿酸钠溶液浓度对检测结果的影响

1.7.1二氯异氰尿酸钠溶液与次氯酸钠溶液稳定性对比

称取烟叶样品，分别按照行业标准方法和浓度3.0g/L二氯异氰尿酸钠溶液替换的新方法进行为期30天的对照实验。由表6可见，二氯异氰尿酸钠溶液稳定性良好。同时发现新方法的检测峰高更高，检测结果更好。

表6不同溶液检测稳定性对比

1.8单独使用硒粉作为催化剂替代氧化汞进行测试

在消化条件为370℃、4h，硫酸钾2.0g，其余条件不变的情况下进行总氮含量的测试，选择的消化条件370℃、4h为现有技术中消化常用的技术参数，测试结果如表7可见，单独使用硒粉代替氧化汞作为催化剂时，测出的总氮含量较行业标准方法测出的总氮含量明显偏低。

表7单独使用硒粉作为催化剂

1.8.1单独使用硫酸铜作为催化剂代替氧化汞进行测试

在消化条件为370℃、4h，硫酸铜0.3g，硫酸钾2.0g，其余条件不变的情况下进行总氮含量的测试，测试结果如表8可见，单独使用硫酸铜代替氧化汞作为催化剂时，测出的总氮含量在行业标准方法测出的总氮含量范围之内，但消化所用时间较长，不利于大量样品实验。

表8单独使用硫酸铜作为催化剂

1.8.2使用硫酸铜和硒粉作为催化剂进行测试

在消化条件为380℃、1.5h，硫酸铜0.3g、硫酸钾2.0g、硒粉0.02g，其余条件不变的情况下进行总氮含量的测试，测试结果如表9可见，使用硫酸铜和硒粉代替氧化汞作为催化剂时，测出的总氮含量在行业标准方法测出的总氮含量范围之内，但消化所用时间短，且检测结果无显著差异。

表9使用硒粉和硫酸铜作为催化剂

2.按照如下步骤进行总氮的测定

S1：样品处理液的制备：按照YC/T31制备烟草样品，并测定水分含量，准确称取0.1000g(精确至0.0001g)烟草样品，置于75mL消化管中，依次加入硫酸钾的质量为2.0g，硫酸铜的质量为0.3g，硒粉的质量为0.02g后，再加入5mL浓硫酸，将消化管置于消化器中，按380℃，1.5h的条件进行消化，消化完成后将消化管提出，稍冷，缓慢加入少量水并摇匀，冷却至室温，用水定容至75ml，混匀，得样品处理液；

S2：标准配制液的制备：于75mL消化管中，依次加入催化剂后，加入硫酸钾，再加入5mL浓硫酸，将消化管置于消化器中，按380℃，1.5h的条件进行消化，消化完成后将消化管提出，稍冷，缓慢加入少量水并摇匀，冷却至室温，用水定容到刻度，混匀，待用；

S3：储备液的制备：称取1.2g硫酸铵于75mL消化管中，加入硫酸钾的质量为2.0g，硫酸铜的质量为0.3g，硒粉的质量为0.02g，再加入5mL硫酸，在380℃，1.5h的条件下消化，待冷却后移入250mL容量瓶，用S2步骤中的标准配制液定容摇匀；

S4：工作标准液的制备：根据预计检测到的样品的总氮含量，分别移取2mL、4mL、6mL、8mL、10mL的储备液，于5个100mL容量瓶，分别用S2步骤中的标准配制液定容S3步骤中制备出的储备液作工作标准液，得到工作标准液中氮含量浓度分别为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％；

S5：洗针液的制备：用S2步骤中制备出的标准配制液作洗针液；

S6：结果检测：使用流动分析仪，按照烟草行业标准方法后续步骤进行上机检测。

2.1结果与分析

2.1.1工作标准液和洗针液的选择

其余实验条件不变，以工作标准液使用标准配制液、全使用标准配制液和全使用2.5％的硫酸溶液进行实验时，由表10可见，当工作标准液的制备和洗针液均使用处理液时，检测结果更接近标准值，确定标准溶液的制备和洗针液均使用标准配制液。

表10不同工作标准液和洗针液对检测结果的影响

2.1.2标准曲线和检出限、定量限

采用优化确定的方法测定标准工作溶液，以目标浓度对其峰高进行线性回归，得到回归方程y＝0.0044x+0.6313，相关系数R2为0.9998。取最低浓度的标准工作溶液连续进样10次，计算标准偏差，分别以3倍和10倍标准偏差为方法的检出限和定量限，则检出限为0.0016％，定量限为0.0052％，检出限越小，对总氮的检测越灵敏，能够发现总氮的最小量，定量限越小，对总氮的含量检测越精准，能够检测出总氮的最小含量。

2.1.3精密度

称取烤烟样品进行试验，加入0.02g硒粉、0.3g硫酸铜和2.0g硫酸钾作为催化剂，在380℃1.5h的条件下消化，平行制作10个样品进行检测，结果见表11。从表11可以看出，样品的相对标准偏差小于1％，说明该方法的稳定性和重复性较好。

表11本方法的精密度

2.1.4加标回收率

称取烟末样品用本方法进行实验得到其总氮含量为2.092％，加入不同重量的硫酸铵标准物质，每个样品重复3次，再按照上述方法进行处理测定。计算回收率，结果见表12。从表12可以看出,回收率在96.58％～100.89％，说明该方法较准确，可以满足总氮定量测量分析要求。

表12本方法的加标回收率

2.1.5本方法与烟草行业标准方法进行比较

选取不同等级烤烟10个、白肋烟和雪茄烟的烟叶样品各3个，采用本方法和烟草行业标准方法分别测定其中的总氮含量，结果见表13。将两种方法检测结果进行F检验，P(F<＝f)单尾＝0.49＞0.05，方差差异不显著，再进行T检验-双样本等方差假设，T＝0.15，P＝0.88，表明2种方法测定的总氮含量无显著差异。

表13烟叶样品实验结果

2.2结论

通过对标准方法YC/T 161—2002中总氮消化条件的改进，建立了一种连续流动法测定烟草及烟草制品总氮含量的方法。取0.02g硒粉、0.3g硫酸铜和2.0g硫酸钾作为催化剂，在380℃1.5h条件下的消化体系能较好地替代行业标准中样品前处理方法。在此条件下，试验样品消化效果理想，该方法标准曲线的相关系数为R

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。