專利名稱：快速檢測(cè)煙草中亞硝胺和氮氧化物含量的微波－分光光度法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波輻射結(jié)合改進(jìn)分光光度法檢測(cè)煙草中亞硝胺和氮氧化物(NOx)含量的方法。
煙草和卷煙煙氣中所含亞硝胺以其強(qiáng)致癌性引起人們的高度警覺。亞硝胺是強(qiáng)化學(xué)致癌物，300余種亞硝胺化合物中有大約90％被證明具有致癌作用動(dòng)物所有的臟器和組織都可被誘發(fā)腫瘤，主要靶器官是肝臟、食管、肺、胃和腎；還能通過胎盤進(jìn)行遺傳，導(dǎo)致后代畸變。中國(guó)成年男性平均每人每天消費(fèi)10支卷煙，卷煙年均總消費(fèi)量已達(dá)18000億支，占全球總消費(fèi)量的三分之一。受到卷煙煙氣影響的人群在中國(guó)達(dá)數(shù)億之眾。和苯并(a)芘(即3，4-苯并芘)及二噁英略有不同，亞硝胺的沸點(diǎn)較低因此更容易揮發(fā)到香煙煙氣中，污染環(huán)境并傷害人們的身體健康。越來越多的專家認(rèn)為香煙中的亞硝胺含量將是繼焦油和煙堿之后應(yīng)當(dāng)在煙盒上標(biāo)明的第三個(gè)參數(shù)，而且應(yīng)當(dāng)盡可能地降低。
為了從源頭減少亞硝胺的污染，就需要在收購(gòu)煙草和制造卷煙時(shí)及時(shí)掌握原料煙葉中的亞硝胺含量。通常檢測(cè)煙草及煙草煙氣中的亞硝胺含量的方法(1)國(guó)外主要使用色譜-熱能分析儀(GC-TEA)方法，但是這些方法都涉及昂貴的儀器和過柱分離等復(fù)雜的操作程序，在基層單位難以推廣應(yīng)用；況且廠家只需要粗略知道煙草中的亞硝胺總量即可，并不需要將亞硝胺逐一分離精確測(cè)定各自的濃度。(2)用化學(xué)溶液浸取煙草提取亞硝胺，然后萃取-濃縮進(jìn)行測(cè)定，至少需要2天時(shí)間。(3)本申請(qǐng)人在專利申請(qǐng)(公開號(hào)CN1193741A)中公開了一種改進(jìn)式分光光度法測(cè)定煙草煙氣中的亞硝胺含量，但是主要用于成品卷煙的測(cè)定。這就要求首先要將煙葉制成卷煙；然而等到制成卷煙后再點(diǎn)燃測(cè)定，每支煙在空氣流中燃燒還需約20分鐘，不僅耗時(shí)費(fèi)工，而且無法指導(dǎo)生產(chǎn)以降低產(chǎn)品中的亞硝胺含量。顯然，迫切需要有快速而簡(jiǎn)捷地測(cè)定原料煙葉中的亞硝胺含量的方法。煙草中的亞硝酸鹽和硝酸鹽在高溫下分解產(chǎn)生的氮氧化物(NOx)，能夠和煙堿或胺類再次熱合成亞硝胺，因此被看作是產(chǎn)生亞硝胺的前身化合物。此外，微波輻射煙葉也能使某些亞硝胺分解而生成NOx，所以煙葉中的氮氧化物含量(NOx)和亞硝胺含量有重要的關(guān)系。但是，如果用溶液浸取法測(cè)定煙草中的亞硝胺，無法同時(shí)測(cè)出氮氧化物(NOx)含量。點(diǎn)煙收集煙氣時(shí)也因?yàn)榻褂偷入s質(zhì)的干擾，難以測(cè)出煙氣中的含量；顯然，同樣也迫切需要新手段快速而簡(jiǎn)捷地測(cè)定原料煙葉中的氮氧化物(NOx)含量。
本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)捷、快速測(cè)定煙草中亞硝胺和氮氧化物(NOx)含量的新方法。
脂肪族亞硝胺是強(qiáng)極性有機(jī)物，而官能團(tuán)中N-NO鍵弱于C-H、C-C、C-N鍵，在300℃的熱解反應(yīng)中即可被斷開而產(chǎn)生NOx。瓊尼·R·威廉斯在其專利申請(qǐng)WO9805226和WO9858555以及CN97198261中公開了微波輻射用于煙草和大麻收獲后的干燥處理、降低其煙草特有亞硝胺含量的技術(shù)，使用在煙葉子亞硝胺的破壞作用。但是我們發(fā)現(xiàn)很大比例的亞硝胺在微波輻射下被揮發(fā)，并且基于這個(gè)新發(fā)現(xiàn)建立了本發(fā)明的方法。
因此本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種快速檢測(cè)煙草中亞硝胺和氮氧化物(NOx)含量的微波-分光度法，它是1．將煙絲或煙葉置于容器內(nèi)進(jìn)行微波輻射；2．用惰性的載氣將分解產(chǎn)物NOx和揮發(fā)出的亞硝胺吹脫出；3．將吹出的亞硝胺用檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖溶液吸收；4．未吸收的NOx用CrO3氧化管氧化成NO2；5．NO2用定量的磺胺、鹽酸萘乙二胺溶液吸收，轉(zhuǎn)化為NO2-并顯色；6．于波長(zhǎng)540nm處測(cè)量其吸光度，計(jì)算出氮氧化物(NOx)的含量Y1；7．將步驟3的吸收液用二氯甲烷萃??；8．將萃取后的二氯甲烷溶液用無水Na2SO4干燥；9．將干燥后的二氯甲烷溶液在N2氣保護(hù)下濃縮；10．將濃縮后的二氯甲烷溶液用HBr-HOAc溶液將N-亞硝基化合物的N-NO官能團(tuán)中的N-N鍵裂解；11．用惰性的載氣將分解產(chǎn)生的NOx吹脫出；12．吹脫出的氣體經(jīng)堿性洗氣瓶?jī)艋?3．將凈化后的NOx用CrO3氧化管氧化成NO2；14．NO2用定量的磺胺、鹽酸萘乙二胺溶液吸收、轉(zhuǎn)化為NO2-并顯色；15．用波長(zhǎng)540nm處測(cè)定其吸光度，計(jì)算出亞硝胺的含量Y2；本發(fā)明的微波-分光光度法，所用的微波可以是頻率為2450MHz或915MHz的微波，微波輻射的功率為500-2000W，優(yōu)選的功率為800-1000W，輻射時(shí)間為30-400秒，優(yōu)選的輻射時(shí)間為60-220秒，惰性的載氣可以是高純的氮?dú)?、氦氣或氬氣，載氣的流速為10-500mL/min，優(yōu)選的速度是為100-140mL/min。所用的亞硝胺吸收液是PH為4.5的檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖溶液，所用的CrCO3氧化管是充填CrO3-海砂的氧化管。
通過本發(fā)明的方法測(cè)定這些亞硝胺以及氮氧化物NOx，就能粗略了解原料煙葉中的亞硝胺含量。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于(1)煙草及煙草煙氣中含有揮發(fā)性、非揮發(fā)性和煙草特有的亞硝胺，主要危害環(huán)境的是那些能夠揮發(fā)到煙氣中的亞硝胺，而微波法檢測(cè)的恰恰也是那些能夠揮發(fā)的亞硝胺。(2)煙草中的硝酸鹽類在卷煙燃燒時(shí)會(huì)分解產(chǎn)生氮氧化物(NOx)，與煙堿和胺類熱合成出一些亞硝胺。用溶液浸取煙草中的亞硝胺，由于在常溫下進(jìn)行而無法反映出這個(gè)高溫變化。微波輻射會(huì)局部加熱煙絲，所以得到的數(shù)據(jù)和卷煙氣中的含量較為接近。(3)微波法可以檢測(cè)煙絲、煙草葉片，不受樣品形狀的限制，也不要求必須卷成卷煙。和點(diǎn)煙收集煙氣測(cè)定法相比，微波法耗時(shí)更短，僅需要3分鐘左右就能將亞硝胺收集到溶液里，以供測(cè)定。(4)將原料煙草直接經(jīng)微波處理，所需投資少、工藝簡(jiǎn)單而適于在基層單位推廣應(yīng)用。
以下通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。將卷煙A(烤煙型，云南省產(chǎn)，焦油含量為15mg/支，煙氣煙堿量為1.2mg/支)的煙絲(16支卷煙)置于容器里放在WP850D微波爐中，在容器后接4個(gè)串聯(lián)的洗氣瓶，洗氣瓶中各盛有PH值為4.5的檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖溶液15mL，吸收揮發(fā)出的亞硝胺，洗氣瓶后接一個(gè)雙球氧化管，氧化管內(nèi)充填8克左右的CrO3-海砂(質(zhì)量比為1∶20)，氧化管后接一個(gè)吸收瓶，吸收瓶?jī)?nèi)裝有50.0mL顯色液(5克磺胺和0.05克鹽酸萘乙二胺溶于含50mL冰醋酸的1000mL蒸餾水中)，將載氣N2流經(jīng)容器，N2的流速為100mL/min，啟動(dòng)微波爐進(jìn)行輻射，功率為850W，輻射時(shí)間為70秒，容器中煙絲分解產(chǎn)生的NOx和揮發(fā)出的亞硝胺被載氣吹出，揮發(fā)的亞硝胺被洗氣瓶吸收，分解產(chǎn)生的NOx被氧化管氧化成NO2，進(jìn)入顯色瓶?jī)?nèi)，輻射結(jié)束后用比色法測(cè)定(540nm處)，計(jì)算出NO2-的含量Y1，另外將四個(gè)洗氣瓶中的緩沖溶液合并，用二氯甲烷提取亞硝胺，然后用改進(jìn)的分光光度法(參見CN97107228.0A)檢測(cè)出NO2-含量Y2，煙絲中亞硝胺的含量為Y2。測(cè)得卷煙A亞硝胺的含量為2.50nmol/支，氮氧化物(NOx)的含量為10.01nmol/支。重復(fù)實(shí)驗(yàn)2次，測(cè)出亞硝胺含量分別為2.48和2.63nmol/支，(NOx)含量分別為9.80和10.11nmol/支。三次數(shù)據(jù)與平均值的誤差對(duì)于亞硝胺分別為1.6％，2.4％和3.5％，對(duì)于NOx分別為0.4％，1.7％和1.4％。將卷煙B(烤煙型，江蘇省產(chǎn)，焦油含量為18mg/支，煙氣煙堿量為1.4mg/支)的煙絲(12支)卷煙，放入容器內(nèi)如實(shí)施例1測(cè)定方法測(cè)定亞硝胺含量，但輻射時(shí)間改為210秒，N2的流速改為120mL/min，兩次測(cè)定結(jié)果，亞硝胺的總含量分別為3.17nmol/支和3.13nmol/支。兩次數(shù)據(jù)的誤差為1.3％。將卷煙C(烤煙型，江蘇省產(chǎn)，焦油含量為17mg/支，煙氣煙堿量為1.1mg/支)，在煙絲中添加3％m/m多孔性凈化材料后，側(cè)流煙氣亞硝胺含量從4.57nmol/支降低到2.31nmol/支，減少了49.5％，(測(cè)試方法見專利申請(qǐng)公開號(hào)CN1193741A，下同)。取煙絲(20支卷煙)按實(shí)施例1的方法測(cè)定煙絲中亞硝胺的含量，輻射時(shí)間為210秒，N2流速為120mL/min，測(cè)不含添加劑和含添加劑的煙絲亞硝胺含量分別為4.88和2.74nmol/支，減少幅度為43.9％，準(zhǔn)確地反映出添加劑的作用。卷煙D(烤煙型，美國(guó)產(chǎn)，焦油含量為15mg/支，煙氣煙堿量為1.3mg支)的側(cè)流煙氣亞硝胺含量為6.65nmol/支。卷煙E(烤煙型，英國(guó)產(chǎn)，焦油含量為12mg/支，煙氣煙堿量為1.0mg/支)的側(cè)流煙氣亞硝胺含量為3.65nmol/支，為卷煙D的54.9％。二者的煙絲經(jīng)本發(fā)明的微波-分光光度法(850W功率下輻射210秒)測(cè)出的亞硝胺含量分別為3.00和1.85nmol/支，卷煙E為卷煙D的61.7％，反映出二者的差距。卷煙F(混合型，美國(guó)產(chǎn)，焦油含量為12mg/支，煙氣煙堿量為1.0mg支)的側(cè)流煙氣亞硝胺含量為4.17nmol/支。卷煙G(混合型，云南省產(chǎn)，焦油含量為11mg/支，煙氣煙堿量為1.0mg支)的側(cè)流煙氣亞硝胺含量為3.00 nmol/支，為卷煙F的71.9％。二者的煙絲經(jīng)本發(fā)明的微波-分光光度法(850W功率下輻射210秒)測(cè)出的亞硝胺含量分別為3.45和2.65nmol/支，卷煙G為卷煙F的75.9％，與點(diǎn)燃方法測(cè)出的二者差距相近。
由上可知，將煙草用微波輻射結(jié)合改進(jìn)式分光光度法能快速測(cè)定其中的亞硝胺和氮氧化物(NOx)含量，不僅重復(fù)性好，而且能反映出不同煙草的差別。本發(fā)明的技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)，所需設(shè)備少而且成本低廉，測(cè)定簡(jiǎn)便，耗時(shí)短，適合在卷煙廠和其他煙草部門推廣應(yīng)用以掌握煙草中的亞硝胺含量，發(fā)展新型卷煙，進(jìn)而逐步減少吸煙對(duì)于環(huán)境的污染。
權(quán)利要求
1．—種快速檢測(cè)煙草中亞硝胺和氮氧化物(NOx)含量的微波-分光度法，其特征是(1)將煙絲或煙葉置于容器內(nèi)進(jìn)行微波輻射，(2)用惰性的載氣將NOx和揮發(fā)出的亞硝胺吹脫出，(3)將吹出的亞硝胺用檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖溶液吸收，(4)未吸收的NOx用CrO3氧化管氧化成NO2，(5)NO2用定量的磺胺、鹽酸萘乙二胺溶液吸收，轉(zhuǎn)化為NO2-并顯色，(6)于波長(zhǎng)540nm處測(cè)量其吸光度，計(jì)算出氮氧化物的含量Y1，(7)將步驟3的吸收液用二氯甲烷萃取，(8)將萃取后的二氯甲烷溶液用無水Na2SO4干燥，(9)將干燥后的二氯甲烷溶液在N2氣保護(hù)下濃縮，(10)將濃縮后的二氯甲烷溶液用HBr-HOAc溶液將N-亞硝基化合物的N-NO官能團(tuán)中的N-N鍵裂解，(11)用惰性的載氣將分解產(chǎn)生的NOx吹脫出，(12)吹脫出的氣體經(jīng)堿性洗氣瓶?jī)艋?13)將凈化后的NOx用CrO3氧化管氧化成NO2，(14)NO2用定量的磺胺、鹽酸萘乙二胺溶液吸收、轉(zhuǎn)化為NO2-并顯色，(15)用波長(zhǎng)540nm處測(cè)定其吸光度，計(jì)算出亞硝胺的含量Y2，
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波-分光光度法，其特征是所用的微波的頻率為2450MHz或915MHz，功率為500-2000W。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波-分光光度法，其特征是輻射的時(shí)間為30-400秒。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波-分光光度法，其特征是所用的惰性的載體是氮?dú)?，氦氣或氬氣，氣體流速為10-500mL/min。
全文摘要
一種快速測(cè)定煙草中亞硝胺和氮氧化物(NO
文檔編號(hào)G01N31/20GK1298096SQ0013437
公開日2001年6月6日 申請(qǐng)日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者朱建華, 徐楊, 惲之瑜, 王英 申請(qǐng)人:南京大學(xué)