振蕩萃取/微波消解-連續流動法測定卷煙煙絲中鉀含量的比較研究

朱 萍，楊金龍，張瑞婷，王文婷，郝華玲，程利俠

(甘肅煙草工業有限責任公司技術研發中心，甘肅 蘭州 730050)

眾所周知，鉀元素的存在對卷煙的燃燒性能具有很大的影響，這是因為其具有助燃性，能夠使得卷煙的燃燒過程加快[1]，而影響燃燒的鉀元素主要存在于卷煙紙和煙絲中。因此，準確測定卷煙紙和煙絲中的鉀元素含量對于控制卷煙質量有積極作用。

目前已知的卷煙產品及輔料中鉀元素的測定方法主要有連續流動法[2-3]、原子吸收光譜法[4]、離子色譜法[5]和電感耦合等離子體法(ICP-MS)[1]等，但在卷煙煙絲中鉀含量的測定最常用的卻是連續流動法，這是因為連續流動法較其他幾種方法來說，它快捷方便、省時經濟、準確度也高，且其在煙草化學成分分析中的應用更加廣泛。在本研究中繼續選用連續流動法，不過前處理選用一種微波消解的方式來對樣品進行處理，再與行業標準采用的萃取振蕩的前處理方式的測定結果進行對比研究，通過研究這兩種前處理方法帶來的差異性并對其量化[6]，為控制卷煙產品質量做好理論基礎工作。

1 實驗部分

1.1 樣品、儀器與試劑

煙絲樣品：S1，S2，S3由本單位提供，分別代表三種不同規格的卷煙煙絲。

儀器：Milli-Q超純水機(美國Millipore公司)；連續流動分析儀(AA3，德國SEAL公司)；微波消解儀(Multiwave 3000型，Anton Paar公司)；電子分析天平(MSA224S-CE型，德國Sartorius公司)；回旋振蕩器(HY-5，國華電器有限公司)；火焰光度計(Flame Photometer 410，英國Sherwood公司)。

試劑：65%濃硝酸(優純級，德國默克公司)；35%雙氧水(優純級，美國Acros公司)；超純水(電阻率18.2 MΩ·cm)；氯化鉀基準物質(GB10736-2008，天津科密歐化學試劑有限公司)。

1.2 實驗方法

振蕩提取：稱取0.25g(精確至0.0001 g)煙草樣品于50 mL三角瓶中，加入25 mL超純水，加塞，在振蕩器上振蕩萃取30 min。用定性濾紙過濾，棄去前幾毫升濾液，收集后續濾液，用連續流動分析儀進行測定。

微波消解：稱取0.1 g(精確至0.0001 g)煙草樣品放置于微波消解罐中，加入5 mL65%硝酸和2 mL35%雙氧水，旋緊密封后用微波消解儀消解(消解程序如表1所示)。冷卻至室溫后，將消解罐內的溶液用超純水沖洗兩次，所得洗液一起合并于50 mL容量瓶中，用超純水定容至50 mL，混合搖勻，用連續流動分析儀進行測定，具體測定方法參考煙草行業標準YC/T 217-2007[2]。

表1 微波消解參數

2 結果與討論

2.1 工作曲線和檢出限

根據前處理方式的不同(振蕩萃取和微波消解)，配制鉀的不同濃度系列標準溶液，然后用流動分析法對其進行測定得到兩種方式下的不同工作曲線。其中，采用振蕩萃取前處理方式時，選用的鉀標準溶液母液為1.0 mg/mL，系列濃度溶液直接進樣測定；而采用微波消解方式時，選用的鉀標準溶液母液為10 mg/mL，系列濃度溶液先微波消解，定容后進樣測定，具體可以參考煙草行業標準《YC/T 161-2002 煙草及煙草制品 總氮的測定 連續流動法》[7]。用最低濃度標準溶液進行10次測定得到檢出限(計算10次連續測定的標準偏差，檢出限為3倍標準偏差)。工作曲線和檢出限結果如表2所示。

表2 工作曲線和檢出限

2.2 回收率

選取卷煙監控樣品，按照實驗方法，稱取0.1 g樣品于微波消解罐中，分別加入K標準溶液(0.1 mL、0.2 mL和0.4 mL)進行微波消解-連續流動法測定，結果見表3。結果表明，用該方法測定煙葉中鉀含量的加標回收率分別為102.3%，102.8%，104.2%，說明該方法的回收率較好。

表3 回收率

2.3 精密度

采用兩種前處理方法(振蕩萃取和微波消解)對三個卷煙煙絲樣品中的鉀含量進行了重復性測定，結果見表4。由表可知，用微波消解-連續流動法測定三個煙葉樣品中鉀含量的RSD(相對標準偏差)分別為1.10%，0.50%，1.04%，表明該方法精密度高。

表4 精密度 %

2.4 兩種檢測方法的鉀含量顯著性差異分析

根據文獻報道[6]，使用配對-t檢驗進行顯著性分析的前提條件是兩組數據符合正態性分布，這是Person法的適宜要求，這是因為不服從正態分布的數據可能會對-t檢驗產生影響。

將表4中的S1的數據在Minitab軟件中進行正態性檢驗分析，結果如圖1和圖2所示。圖1是用振蕩萃取-流動分析法測試樣品結果所得的正態性檢驗，P = 0.057 > 0.05，圖2是用微波消解-流動分析法測試樣品結果所得的正態性檢驗，P = 0.808 > 0.05，說明用振蕩萃取/微波消解-流動分析法測試樣品的結果都服從正態分布。

圖1 振蕩萃取-流動分析法所測樣品的正態性檢驗結果

圖2 微波消解-流動分析法所測樣品的正態性檢驗結果

基于兩個樣本均滿足正態分布的要求，對其進行配對-t檢驗，詳細數據見表5。用Minitab軟件進行顯著性檢驗分析，平均差的95%置信區間為(0.1554，0.2313)，P值=0.000，且小于0.05，表明兩種方法測得的結果存在顯著性差異。

表5 振蕩萃取/微波消解-流動分析法的配對-t

2.5 兩種檢測方法的鉀含量相關性分析

圖3 兩種方法檢測鉀含量結果的相關性分析

通過檢測不同樣品S1，S2，S3中鉀的含量，運用Minitab軟件使兩種檢測方法檢測煙葉中鉀的差異得到量化。將表5中的檢測結果，采用Minitab軟件中的回歸分析兩種檢測方法之間是否存在較好的相關性。由圖3可知，從R2=1.000計算得R=1.000>0.95，說明在兩種不同前處理方法下測得結果之間存在高度的線性關系，且線性關系公式為微波消解= -0.3107+1.221震蕩萃取，從而實現達到量化兩種測試方法之間差異的目的。

3 結論

建立了煙草制品中鉀元素的微波消解-連續流動法，對煙草制品中鉀的含量進行測定，該方法精密度、重復性和加標回收率都較好，且該前處理方法與振蕩萃取相比，具有樣品消解完全，自動化程度高等優點，適合煙草制品中鉀含量的測定。與煙草行業標準方法YC/T217-2007對比，微波消解/震蕩萃取-連續流動法這兩種方法存在顯著性差異。盡管兩種方法對鉀含量的測定存在差異性，但通過Minitab軟件實現了兩種方法的量化，存在高度的線性關系，公式為微波消解= -0.3107+1.221震蕩萃取。