GC-TCD 法同時檢測加熱不燃燒卷煙煙草材料中的水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇

肯生葉，溫光和，楊雪燕，田飛宇，楊 屹，李 峰，饒國華，段 勤*

1.云南養瑞科技集團有限公司，昆明市經開區春漫大道80 號 650500

2.廣東中煙工業有限責任公司技術中心，廣州市荔灣區東沙環翠南路88 號 510385

加熱不燃燒卷煙是利用特殊熱源對煙草材料只加熱不燃燒的一種煙草制品［1］，其有害成分的釋放量較傳統卷煙低［2-5］。1,2-丙二醇和丙三醇對加熱不燃燒狀態下煙草煙氣的釋放有促進作用［6-10］，因此常被用作加熱不燃燒卷煙煙草材料的氣溶膠生成劑［11］。卷煙含水率是卷煙的重要質量指標之一，其對卷煙的內在品質和貯存安全等均有影響［12］。煙堿含量是煙草制品的重要指標之一，其對煙草制品的滿足感有顯著影響［13］。準確測定加熱不燃燒卷煙煙草材料中水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇等主要成分的含量對于該類產品的研發和質量監測有重要意義。

近年來，國內已有檢測煙草及煙草制品中煙堿［14-15］、水分［16-17］、1,2-丙二醇和丙三醇［18-19］等的標準方法。這些方法也被用于新型煙草制品中上述成分的測定［20-22］，但多元醇類成分、煙堿和水分需要分類檢測，費時耗力且成本較高。目前，電子煙煙液［23］、新型卷煙氣溶膠［24］、加熱不燃燒卷煙芯材［25］和煙草材料［26］中煙堿、1,2-丙二醇和丙三醇的測定已有文獻報道，但水分的同時檢測鮮見報道。

熱導檢測器（TCD）是一種通用型檢測器，可檢測大多數揮發性物質，且檢測線性范圍較寬。近年來GC-TCD法已廣泛應用于煙草水分的測定［17，27-29］。王康等［30］應用GC-TCD 法同時檢測了加熱不燃燒卷煙氣溶膠中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇的含量，但加熱不燃燒煙卷煙草材料中上述4 種成分的同時測定鮮見報道。因此，以IQOS 煙草材料為實驗樣品，建立一種同時檢測加熱不燃燒卷煙煙草材料中水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇含量的GC-TCD 方法，旨在為加熱不燃燒卷煙煙草材料中主要成分的快速測定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

IQOS 6 種不同口味加熱不燃燒卷煙的煙草材料樣品，用攪拌機粉碎，過0.425 mm（40目）篩后備用。

甲醇（色譜純，德國Merck 公司）；丙三醇、1,2-丙二醇、（≥99.5%，美國Sigma Aldrich 公司）；煙堿（≥99%，加拿大TRC 公司）；正丁醇、1,3-丁二醇（≥99%，上海阿達瑪斯試劑有限公司）。

7820A 氣相色譜儀（配熱導檢測器TCD，美國Agilent 公司）；MS204s 電子天平（感量0.1 mg，瑞士Mettler Toledo 公司）；HY-2A 振蕩器（常州澳華儀器有限公司）；MJ-BL25B3 攪拌機（廣東美的生活電器制造有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 標準溶液配制

分別稱取1.25 g 超純水、0.05 g 1,2-丙二醇、0.15 g 煙堿和1.25 g 丙三醇（精確至0.000 1 g），于50 mL 容量瓶中用含有內標正丁醇（3 mg/mL）和1,3-丁二醇（2 mg/mL）的甲醇溶液定容，得到混合標準儲備液。分別移取0、1、2、3、4、5、6 mL 混合標準儲備液于7 個10 mL 容量瓶中，用含內標的甲醇溶液定容，配制成7 級標準工作溶液。

1.2.2 樣品處理與GC-TCD 分析

稱取粉碎至0.425 mm（40 目）的樣品1.2 g，置于100 mL 具塞錐形瓶中，加入20 mL 含內標的甲醇溶液，振蕩萃取90 min，取上清液過濾后進行GC-TCD 分析。GC-TCD 分析條件為：

色譜柱：HP-INNOWAX 毛細管柱（30 m×0.32 mm×0.25 μm）；程序升溫：80 ℃，保持3 min，以50 ℃/min 的速率升至250 ℃，保持5 min。進樣量：1 μL；分流比：20∶1；進樣口溫度：250 ℃；檢測器溫度：260 ℃；載氣：氦氣（≥99.999%）；流速：2.0 mL/min；參比流量：20 mL/min；尾吹氣流量：9 mL/min。

2 結果與討論

2.1 內標的選擇

在內標法中，內標的選擇應與目標物物理化學性質上相近。由于加熱不燃燒卷煙煙草材料中水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇的含量差異較大，因此，本研究中采用雙內標法對4 種目標物進行定量測定。根據文獻［23，30-33］和本項目組前期篩查結果，選擇正丁醇作為水分的內標，以1,3-丁二醇作為1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇內標。實驗結果表明，正丁醇和1,3-丁二醇2 種內標的色譜保留時間分別為2.80 和5.88 min，與加熱不燃燒卷煙煙草材料中其他成分的色譜峰無重疊，且峰形較好。因此，選擇正丁醇和1,3-丁二醇作為內標。

2.2 色譜條件的優化

2.2.1 色譜柱的選擇

1,2-丙二醇和丙三醇的極性較強，不適合使用非極性和弱極性色譜柱進行分離。因此，本實驗中選用極性色譜柱。考察了DB-ALC1（30 m×0.32 mm×1.8 μm）和HP-INNOWAX（30 m×0.32 mm×0.25 μm）色譜柱對目標物的分離效果。對含內標的標準溶液進行分析，并通過優化色譜條件提高各目標物的分離度。結果表明：對于DB-ALC1 色譜柱，當初溫低于110 ℃時，丙三醇的色譜峰拖尾且峰形不對稱，當初溫過高時，水分與溶劑峰不易區分；對于HP-INNOWAX 色譜柱，目標物與內標實現了完全分離且色譜峰形尖銳、對稱、無拖尾（圖1）。因此，選擇HP-INNOWAX 色譜柱。

圖1 HP-INNOWAX 色譜柱對標樣溶液的分離色譜圖Fig.1 Chromatogram of reference standards separated by HP-INNOWAX column

2.2.2 載氣流量和分流比的選擇

將載氣流量分別設定為1.0、1.5、2.0 和2.5 mL/min，以考察載氣流量對4 種目標物及內標分離效果的影響。結果表明：①隨著載氣流量的增加，4種目標物及內標的峰高呈上升趨勢，峰寬變窄；②當載氣流量達到2.0 mL/min 時，峰高平緩上升，峰寬平緩下降。為縮短分析時間，同時兼顧方法的靈敏度，本實驗中選擇載氣流量為2.0 mL/min。此外，考察了不同分流比對4 種目標物及內標檢測結果的影響，發現在分流比20∶1～50∶1 內目標物及內標呈現線性分流關系。考慮到分流比太大時靈敏度較低，因此選擇分流比為20∶1。

2.3 樣品萃取時間的確定

根據文獻［17-18］和本項目組前期考察結果，選擇甲醇作為萃取溶劑，并考察了30、60、90、120和150 min 下4 種目標物的振蕩萃取效率。結果（表1）表明：隨著振蕩萃取時間的增加，水分和丙三醇的含量逐漸升高，當萃取時間≥90 min 時，水分和丙三醇的含量趨于穩定；不同萃取時間對1，2-丙二醇、煙堿萃取效率的影響較小。因此選擇萃取時間為90 min。

表1 萃取時間對4 種目標物萃取效率的影響Tab.1 Effects of extraction times on extractio n efficiencies of four analytes （mg·g-1）

2.4 方法學考察

2.4.1 標準曲線、檢出限和定量限

對系列標準溶液進行GC-TCD 分析，以各目標物峰面積與內標峰面積之比為縱坐標，各目標物濃度與內標濃度之比為橫坐標，得到4 種目標物的線性回歸方程。將最低濃度的混合標準溶液重復進樣10 次，計算測定結果標準偏差，以3 倍和10 倍標準偏差確定方法的檢出限和定量限。結果（表2）表明，4 種目標物工作曲線的線性較好，方法靈敏度較高。

表2 4 種目標物的線性參數、檢出限及定量限Tab.2 Linearity parameters，limits of detection and limits of quantitation of four analytes

2.4.2 精密度和回收率

稱取6份同一加熱不燃燒卷煙的煙草材料，按照本方法對樣品進行測定，結果顯示，水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇的相對標準偏差（RSD）分別為0.56%、1.27%、1.08%和0.27%，表明方法精密度較好。

取3 份同一加熱不燃燒卷煙的煙草材料，分別添加低、中、高3 種水平的水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇的標準溶液，每個添加水平下重復3 次。對加標后的樣品進行前處理和GC-TCD 分析，計算加標回收率。結果（表3）顯示，水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇的加標回收率分別為95.53%～96.97%、95.18%～96.41%、95.20%～97.29%和97.43%～100.80%，表明方法準確性較高。在本研究中，受化合物性質、本底值、加標量等因素的影響，水分、1,2-丙二醇和煙堿的加標回收率偏小，但仍在規定允許的范圍內（95%～105%，GB/T 27417—2017），能夠符合實驗要求。

2.5 樣品分析

在優化條件下，加熱不燃燒卷煙煙草材料樣品的色譜圖見圖2。6 個樣品中水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇的檢測結果見表4。可以看出，4 種目標物的含量分別為90.27～119.63、0.33～2.41、14.54～15.14 和130.93～143.83 mg/g，與文獻［21］電加熱型產品B 的研究結果接近。

表3 方法的回收率Tab.3 Recovery of the method

圖2 加熱不燃燒卷煙煙草材料樣品的色譜圖Fig.2 Chromatogram of tobacco material in heat-not-burn products

表4 6 個樣品的分析結果Tab.4 Analysis results of six tobacco samples （mg·g-1）

3 結論

采用含內標的甲醇溶液振蕩萃取加熱不燃燒卷煙的煙草材料，以正丁醇和1,3-丁二醇為內標進行定量，建立了同時檢測水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇的GC-TCD 方法。本方法加標回收率為95.18%～100.80%，RSD 為0.56%～1.27%，4 種目標物的檢出限和定量限分別為0.10 ～1.02 和0.34 ～3.40 mg/g。采用本方法測定了6 個樣品，水分、1,2-丙二醇、煙堿和丙三醇的含量分別為90.27 ～119.63、0.33 ～2.41、14.54 ～15.14和130.93 ～143.83 mg/g。本方法前處理簡便，靈敏度高，重復性好，適用于加熱不燃燒卷煙煙草材料中主要成分的同時快速檢測。