烟草化学成分分析讲义

《烟草化学成分分析讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《烟草化学成分分析讲义（45页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第45页 共45页烟草化学成分分析讲义任课教师：保志娟第一章：绪论第一节 烟草质量与烟草化学成分一、 烟草质量（综合概念） 烟草质量是一个综合概念，主要包括：外观质量、内在质量、物理特性、化学成分、安全性。 1、外观质量是指人体感官直接感触和识别的烟叶外观特性，即人体感官可以作 出判定的烟叶外观质量因素，是以眼观、手摸、鼻闻等经验性感觉判定，是烟叶 分级的主要依据。2、内在质量是指烟叶燃烧时，吸烟者对香气、吃味的综合感受，包括香 气、吃味、劲头、杂气、刺激性、余味等。评吸是鉴定内在质量的重要手段。 3、物理特性是指烟叶的外部形态

2、和物理性能，包括烟叶的填充性、抗碎性、吸 湿性、燃烧性、弹性等。4、化学成分包括烟叶化学成分和烟气化学成分。 烟草品种特征由烟草的化学成分决定，任何影响烟草化学成分的因素（包括烟草品种、种植、加工等）都会改变烟草的品种特征。因此对烟草化学成分的研 究对于指导烟草的工农业生产具有重要意义。5、 安全性是指化学农药残毒和卷烟烟气中的有害物质状况等。（焦油、烟碱、 亚硝酸盐、亚硝胺、CO、NO、NH2、HCN 等）小结：优质烟叶和烟制品：具有完美的外观特征、优良的内在品质（即香气和吃味）、 完善的物理特性、协调的化学成分、无毒无害相对安全。烟叶和烟制品的质量概念具有地域性、时间性和适应性。二、 烟叶

3、化学成分与烟草质量的关系烟草化学成分的结构、性质和含量，是烟草化学研究的基础。烟草内在化 学成分是烟叶品质的“ 内在” 标准，烟叶外观特征是内在化学成分的具体体现。（一）烟叶化学成分与外观质量的关系 1. 颜色与光泽烟叶的颜色是鉴别烟叶外观品质的重要因素之一。一般情况下，烟叶中总 氮量、烟碱含量和石油醚提取物含量较高时，烟叶的颜色较深。同时，一些化学 成分的变化也直接影响烟叶颜色与光泽。（1） 烟叶生长过程产生的色素。如质体色素中的叶绿素、胡萝卜素和叶黄素， 这些色素在烟叶调制过程中绝大部分被分解。新鲜烟叶中色素的组成及总 量随着烟草的品种类型和生长阶段的不同而变化。（2） 烟叶调制过程中形成

4、的多酚类化合物。 如芸香苷、绿原酸等在过氧化酶 的作用下与蛋白质、氨基酸等反应生成的深色物质。 酶参与的棕色化 反应。（3） 烟叶调制过程中形成的棕色化反应产物。美拉德反应，氨基酸与还原糖经 过一系列的降解、氧化和聚合反应形成的棕色化反应。烟叶的光泽是由烟叶表面的挥发油和树脂在调制和发酵过程中逐渐失去粘 性而形成的。烟叶表面所含挥发油和树脂多，调制后叶片的色泽好、香气足、吃 味佳；否则色泽灰暗、香气少、杂气重、品质差。烟叶总糖含量高，总氮、蛋白 质、挥发碱含量较低，施木克值较高，则光泽鲜明；反之，光泽暗淡。2. 组织结构和厚度 烟叶的组织和厚度与其类型、品种、生长环境、栽培措施、油分含量、叶位

5、高低和成熟程度有关。不同类型的烟叶对叶片厚度和组织结构紧松的标准也不 同。烟叶中含碳与含氮化合物的含量对组织细致程度有影响，烟叶中含碳化合物 含量较高及含氮化合物较低时，烟叶的组织较细致。烟株上部的叶片较厚，腺毛多，因而石油醚提取物含量较多，香气充足，劲 头大，杂气也大；着生在下部的叶片，组织结构较疏松，油分少，还原糖、总糖、 烟碱和石油醚提取物含量都比较低，品质较差。3. 油分 烟叶油分与水溶性碳水化合物、树脂和胶质等的含量有关，其含量高时则油分足，含量低则油分差。4. 成熟度 烟叶分级中的一个重要指标 烟叶在生产过程中，内在成分不断地发生变化，成熟度不同，内在的化学成分含量不同，对烟叶的外

6、观和内在质量的影响就会有所差别。 成熟度增加，烟叶中总糖、还原糖、多酚、石油醚提取物、烟碱和钾的含量增加，达到某一最大值后又开始下降；总氮、蛋白质含量随成熟度的增加而减少； 氯含量随成熟度呈上升趋势；游离氨基酸和 -氨基酸则随成熟度的增加而减少， 达到某一值后又开始上升。（二） 烟叶化学成分与内在质量的关系 1. 化学成分与烟气香味（香气类型、香气质、香气量 香气成分、香气前体物）不同类型烟草的香味成分种类基本上是相同的，不同类型烟草的香味特征主 要是由于各种香味成分的比例不同而形成的。成烟草香气的化学物质含量都比较少，但组分却非常复杂。烟草本身的香 气与燃烧后产生的香气并非完全一致。影响烟气

7、香味的化学成分大致有以下几 类。（1） 挥发性的醇类、醛类、酮类、低级脂肪酸及其酯 这些物质大都存在于挥发性的芳香油中，这些挥发性物质已在烟气中发现。 （2） 类胡萝卜素和非环萜烯降解产物 烤烟、白肋烟和香料烟中都存在这类化合物，其种类近百种。（3） 西柏烷类大环萜烯及其降解产物 烤烟、白肋烟和香料烟中都存在这类化合物，达几十种。 （4） 赖百当类双萜烯及其降解产物 这类物质仅存在香料烟中，是香料烟特征香气的主要化学成分。 （5） 棕色化反应产物2. 化学成分与吃味（烟气浓度的程度） 影响吃味的化学成分有数千种，其中主要是糖类化合物中的还原糖和含氮化合物中的蛋白质、烟碱和可溶性氨，此外有机酸及

8、其中的挥发性有机酸、树脂、 单宁、芳香油和多酚等对吸味也有影响。若糖类化合物过多，则吃味平淡，刺激性小；若含氮化合物含量太高，吃味 辛辣、苦涩、刺激强烈。吃味好坏是烟叶中各种成分平衡协调的结果。3. 化学成分与刺激性 卷烟刺激性主要来自那些呈碱性的化学成分，这些物质大都是烟草中含氮化合物高温分解的产物，其中以氨及其衍生物（烟碱、蛋白质）的影响较大。此外， 木质素、纤维素、果胶和挥发性酸等可产生呛咳、辛辣灼热的感觉。4. 化学成分与生理强度 生理强度即劲头，是指烟气吸入口腔后，使吸烟者生理要求得到满足的程度。烟碱是产生生理强度的主要物质，烟叶中含有一定量的生物碱（烟碱）是完全必 要的，但烟碱的含

9、量不能过量，否则不但会增加烟气的刺激性，影响吸味，也是 吸烟安全性的一个不利因素。Cl，S,P 阻碍烟叶燃烧的不利因素，特别是氯有抑制燃烧的作用。 K,Ca,Mg 有利于燃烧的元素。（四） 化学成分的协调性与烟叶质量的关系 化学成分含量高低与烟草的质量有关，但烟草的质量并不至于某一种或某几种成分绝对量的多少，而在于一系列有关物质的相对比例及彼此间的协调关系。 烟草化学与其它植物化学成分研究不同之处还在于烟草化学研究极为重视 烟草内在化学成分的协调性。其它作为，往往注重某些成分含量的高低，对所含成分的协调性研究甚少或基本不予重视。而烟草的品质是受多种化学成分制约 的，某一成分含量高，并不一定对烟

10、草品种有利，只有这些化学成分含量适当， 相互协调，烟草才具有优良的品质。举例：烟草中含有数千种化学成分，各种成分在烟气中协调一致，形成了吃 味的总体性。因此，吃味的好坏不是决定于某种成分的绝对含量，而依赖于各种 成分比例是否协调。三、烟气的化学成分与烟草质量的关系卷烟烟气的化学成分决定品质和风味。烟气中焦油和 CO 与烟叶的烟碱含量呈极显著的正相关；当钾呈极显著的 负相关。通过“ 控碱提钾降氯” 可为卷烟的降焦控焦服务。因此，烟气成分直接取决于烟草成分特征和烟草成分向烟气中的转移方式， 尽管从烟草和烟气中鉴定的化学成分达 5000 多种，但有关烟气化学成分与烟草 成分的关系，公开报道尚不多。不

11、同的烟草成分对形成烟气化学特征和感官特征的作用也不相同。根据现有 的研究，对烟草品质有利的成分是糖类、淀粉、草酸、单宁、树脂类，对品质不 利的成分是细胞壁成分、灰分、柠檬酸、含氮化合物，有机酸中的草酸被列为对 柔和性有贡献的成分，柠檬酸则被列为对刺激性有贡献的成分。四、烟草化学成分评价烟草质量的特点外观质量和内在质量是烟草化学成分在外观和烟气特征上的表现。烟叶质量通过外观性状和感官评吸来评定，具有较大的主观差异，且评吸花 费较大，时间较长，给烟叶质量评定的准确性和涉及范围带来困难。用烟草化学成分含量及其协调性来评价烟叶的质量，使烟叶的质量评定更具 科学性和准确性。但因烟草中的化学成分及其燃烧过

12、程极为复杂，只有通过现代 仪器的检测及专家评吸才能对烟草质量做出较为准确的评价。（一）主要化学指标 1. 还原糖糖的含量是影响烟气醇和度和吃味的主要因素，烤烟的还原糖含量范围为 5.0%-25.0%，最适含量为 15%左右。含糖低能引起刺呛；含糖量高吃味平淡。2. 总氮和蛋白质 烤烟的总氮含量范围为 1.5%-3.5%，最适含量为 2.5%。白肋烟的总氮含量范围为2.0%-4.0%，最适含量为 3.0%。优质烟的蛋白质含量应小于 10%，10-15%品质较 差，大于 15%的烟叶品质差。总氮含量低吃味平淡；总氮含量高则产生浓烈辛辣 的烟气，刺激性较大。3. 烟碱和总挥发碱 烤烟烟碱含量范围为

13、1.5-3.5%。小于 1%，劲头不足；大于 3.5%，劲头太强；最适为 2%；白肋烟的含量范围为 2.0-4.0%，最适含量为 3.0%。烟碱含量过低，劲 头小，吃味平淡；烟碱含量过高，刺激性大，味苦，烟味辛辣。烤烟总挥发碱含量范围为 0.3%-0.6%，白肋烟为 0.55%-0.85%。含量高则刺激性 强，烟味苦，辛辣。3. 糖氮比（施木克值）：指烟叶中水溶性总糖含量与蛋白质含量指标。用来判 断烤烟、香料烟吃味优劣的一个质量指标。比值越高吃味越好。 施木克值= 水溶性总糖 蛋白质4. 糖氮比和糖碱比：烟叶水溶性总糖含量与烟碱含量的比值，通常被用作烟气 强度和柔和性的评价基础。 5. 水溶性

14、糖与挥发碱的比值 比值=水溶性总糖烟碱( 氨当量)%+其他挥发碱( 氨当量)%总挥发碱6. 烟碱与总挥发碱的比值 7. 氮碱比：烟叶中总氮和碱的比。 8. 焦油与烟碱比：在 10 左右为好，评价安全性。 9. 钾氮比：判断烟叶燃烧性。氮钾比越大，燃烧性越好。 10. 芳香值：多酚含量/（蛋白质 N 含量+氨态氮含量），比值越高，香气越足 第二节 烟草化学成分分析方法烟草化学分析：是指用定性和定量分析方法测定烟叶及其制品中的各种组分 和组分含量，它是分析化学在烟草中的应用。一、烟草品质分析包括以下五个方面：1）外观质量评价：物理特性分析2）内在质量评价：烟气评吸3）化学成分评价：烟草化学品质分析

15、 4）香气质量评价：香气分析 5）安全性评价：安全性分析三、烟草化学分析法与仪器分析方法比较 烟草化学分析按照测定方法原理的不同，一般也分为两大类：化学分析法和仪器分析法。（一）化学分析法：依赖于特定的化学反应及其计量关系来对物质进行分析的方 法，又称经典分析法。包括重量分析、容量分析(滴定分析)、无机定性分 析，以及试样的处理和一些分离、富集、掩蔽等化学手段。重量分析法（沉淀法、气化法、电解法）、容量分析法（酸碱滴定法、络合滴定 法、沉淀滴定法、氧化还原滴定法） 化学分析法历史悠久，是分析化学的基础。特点: 使用仪器、设备简单，常量组 分分析结果准确度高，但对于微量和痕量（0.01%）组分分

16、析，灵敏度低、准 确度不高。分析速度慢。（二）仪器分析法：以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法。包括电化 学分析,色谱分析，光谱分析，波谱分析，质谱分析，热分析，放射化学 分析等。光学分析法（原子吸收、原子发射光谱法、分光光度法、荧光法、化学发光法、 红外法）、色谱法（气相、液相）、质谱法、电化学法（电位分析法、极谱分析法、 电导分析法、库仑分析法等） 仪器分析特点:快速、灵敏，所需试样量少，适于微量、痕量成分分析。（但对常 量组分准确度低）（三）化学分析法和仪器分析法的比较 化学分析法与仪器分析法比较比较内容化学分析法仪器分析法性质化学性质物理、物理化学性质测量参数体积、质量吸光度、电

17、位、光强度、电信号等误差0.1%0.2%1%2%测量组分含量1%100%单分子、单原子理论基础化学、物理化学化学、物理、数学、电子学、生物学解决问题定性、定量定性、定量、结构、形态、能态、动力学定量的方式绝对定量相对定量（标准曲线）化学分析法与仪器分析法的关系：化学分析和仪器分析是分析化学的两大分 支，两者互为补充且前者是后者的基础之一。化学分析仍有重要的应用价值，不 可忽视。化学分析法是仪器分析法的基础：对于大部分元素，只要组分的含量不是很 小，化学分析法的准确度是其他方法所不及的。化学分析法中除滴定分析法需要 纯物质用于标定外，无需其它标准物质。（一）分析中的误差1. 真值、平均值、中位数

18、1.1 真值（True value, xT ）指某一物理量本身具有的客观存在的真实数值。一般来说真值是未知的，但可以 把以下几种值当做真值来处理： （1）理论真值 如化合物的理论组成等。（2）计量学约定真值 如国际 SI 单位 （3）相对真值1.2 平均值(mean, x )n 次测量值的算术平均值虽不是真值，但比单次测量更接近真值，它表示一组测 量数据的集中趋势。若 n 次平行测定数据为 x1, x2, , xn,则 n 次测量的算术平均值 x 为：1.3 中位数(median, xM )是指一组测量数据从小到大排列起来，中间一个数即为中位数。当测量值的个数 为偶数时，中位数是中间相邻两个测

19、量值的平均值。 它的优点是能简单直观的说明一组测量数据的结果，且不受两端具有过大误差数 据的影响；缺点是不能充分利用数据，因而不如平均值准确。2. 误差和偏差2.1 误差：表示准确度高低的量。 误差有两种表示方法：绝对误差和相对误差。 （1）绝对误差（absolute error）：测量值与真实值之间的差值，即 E = x - xT绝对误差可以为正值，表示测量值大于真值；也可以为负值，表示测量值小于真 值。测量值越接近真值，E 越小。反之，越大。（2）相对误差：绝对误差相当于真实值的百分率，表示为Er=E 100% =x - xT100%xT xT在分析工作中，常用相对误差来衡量分析结果。2.

20、2 偏差（deviation，d）(1) 偏差：测量值与平均值之差称为偏差 。d = x - x(2)单次测量偏差：d i = xi - x（3） 平均偏差（average deviation）：各单次测定偏差的绝对值的平均值。（4）相对平均偏差（relative average deviation）：平均偏差在测量值的平均值中 所占的百分数。dr = d 100% x（使用平均偏差和相对平均偏差表示测定的精密度比较简单，但不能反映测量数 据中的大偏差。衡量测量值分散程度用得最多的是标准偏差。） （5）方差（Variance，V）：随机变量和其数学期望（即均值）之间的偏离程度。nV = ( x

21、i - x)2 i =1 （6）标准差（standard deviation，）：在概率统计中最常使用作为统计分布程 度（statistical dispersion）上的测量。标准差=方差的算术平方根，反映组内个体 间的离散程度。SD（7）变异系数（CV），又称“ 离散系数” ，是概率分布离散程度的一个归一化量度，其定义为标准差与平均值 x 之比。（8）标准偏差（standard deviation，S）：有限次测量，各测量值对平均值的偏 离程度。STDEV(xi - x )2S =i =1n -1（9）相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）：标准偏差

22、在平均值中占的百分数。RSD = S 100% x3系统误差与随机误差3.1 系统误差（systematic error）：由某种固定的原因造成的，具有重复性、单向性。 特点：以固定的大小和方向出现，并具有重复性，可用加校正值的方法消除。 根据系统误差产生的原因，可以把分为：（1） 方法误差：由于不适当的实验设计或所选择的分析方法不恰当所造成的。 （2） 仪器误差：来源于仪器本身不够精确。（3） 试剂误差：来源于试剂或蒸馏水不纯。（4） 操作误差：由于分析人员的操作不够正确所引起的误差。 （5） 主观误差：由于分析人员本身的一些主观因素造成的。3.2 随机误差(indeterminate er

23、ror)也称偶然误差（accidental error）：由某些难以控制且无法避免的偶然因素造成的误差。特点：大小和方向（正负）都不固定；服从统计规律（正态分布）；不能用加校正值的方法消除。可以通过增加平行测定次数减免。4. 准确度和精密度4.1 准确度（accuracy）：表示分析结果与真值的接近程度。 准确度的高低用误差来表示。 4.2 精密度（precision）：平行测量的各测量值（实验值）之间相互接近的程度。 各测量值之间越接近，精密度就越高；反之，精密度越低。 精密度用偏差、相对平均偏差、标准偏差和相对标准偏差来表示。实际工作中多 用相对标准偏差。 4.3 准确度和精密度的关系测量

24、结果的好坏应从准确度和精密度两个方面衡量：（1）精密度是保证准确度的 先决条件。精密度差，所测结果不可靠，就失去了衡量准确度的前提。（2）精密 度好，不一定准确度高。只有在消除了系统误差的前提下，精密度好，准确度才 会高。5. 可疑值取舍在实验中，当对同一试样进行多次平行测定时，常常发现某一组测量值中，往往有个别数据与其他数据相差较大，这一数据称为可疑值。可疑值取舍的方法有：（1）4 d 法（2）格鲁布斯（Grubbs）法（3）Q 检验法 （3）消除系统误差对照试验：测量平均值与标准值或测量平均值与对照试验测量平均值进行比较。空白试验校准仪器 每种仪器都有一个极值误差，可以估算出最大极值误差。

25、 分析结果的校正：用其他分析方法对分析结果进行校正（做回收试验）（4）减小随机误差：增加平行测定的次数。（二） 有效数字及其运算2. 有效数字的修约规则（1） “ 四舍六入五成双（或尾留双）” 。注意：尾数为 5 而后面是 0 时，5 前面是偶数则舍，为奇数则入；尾数为 5而后面不是 0 时，都入。 （2） 只允许对原测量值一次修约至所需位数，不能分次修约。 （3）在大量数据运算时，为防止误差迅速累加，对参加运算的数据可先多保留一位有效数字，运算后再将结果修约成与最大误差数据相当的位数。 （4）修约标准偏差时，修约的结果应使准确度变得更差些。多数情况下取一位有效数字，最多二位。第四节 烟草化学

26、成分分析的基本步骤一、取样/采样基本要求：代表性、不变性 分析试样的采集指从大批物料中采取少量样本作为原始试样。原始试样再经加工处理后用于分析，其分析结果被视作反映原始物料的实际情况。所采集 试样应具有高度的代表性，采集试样的组成能代表全部物料的平均组成。 一般，采样的份数越多，试样的组成越具有代表性，但所耗人力、物力将大大 增加。因此，采样的数量应在能达到预期要求的前提下，尽可能做到节省。1. 采样的数目（即采样单元数）与对采样准确度的要求有关。 准确度要求越高，采样数目就应越多。 2. 采样数与物料组成的不均匀性和颗粒大小、分散程度有关。 物料越不均匀、分散度越大，要达到同样的准确度，采样

27、单元数就越多。（固 体试样） 二、试样的预处理样品预处理的目的：使样品的状态和浓度适应所选择的分析技术样品；预处 理的原则：防止待测组分的损失；避免引入干扰。 预处理的依据：物质的性质、干扰情况（是否需要分离）、测定方法（是否需要 富集） 一般样品的前处理方法有： 分解试样：溶解、熔融、消解消除干扰：掩蔽（氧化还原掩蔽法、配合物掩蔽法、沉淀掩蔽、酸碱掩蔽） 分离方法：沉淀、萃取（液液、液固、固相、超临界流体、离子液体），色谱分离 富集：萃取、吸附、共沉淀烟草样品的预处理：通常将烟叶样品进行干燥粉碎，再根据测定成分选用不 同的分离、提取、富集等方法。三、测定方法的选择一种成分的测定往往有几种方法

28、，究竟选择哪种，可以根据下述情况加以考虑。1. 对测定的具体要求。 应根据测定的对象确定分析工作的重点和要求，并选 择相应的分析方法。 2. 被测组分的性质。一般来说，分析方法都是根据被测组分的某种性质而建 立的。因此熟悉被测组分的性质，有利于选择适宜的分析方法。 3. 根据被测组分的含量选择方法。常量组分的测定，多采用化学分析法，如 重量法和滴定法。测定微量组分则应采用灵敏度比较高的仪器分析法。 4. 共存组分的影响。在选择分析方法时，应尽量选择共存组分不干扰或通过 改变测定条件、改变前处理方法等方式即能消除干扰的分析方法。 四、质量控制方法1. 对照实验：用已知的标准试样或纯物质以同一方法

29、进行定量分析，由分析 结果与已知含量的差值，求出分析方法的系统误差。 2. 回收试验：在没有标准物质时，可以向样品中加入一定量的被测纯物质， 用同一方法进行定量分析，用分析结果中被测组分含量的增加值与加入量之差， 估算分析结果的系统误差。 3. 空白实验：在不加样品的情况下，用测定样品相同的方法、步骤进行定量 分析，把所得的结果作为空白值，从样品的分析结果中扣除。 4. 平行实验：指在完全相同的条件下进行的重复实验，求其平均值来减免偶然 误差。 质量控制方法及特性比较序号实验方法质控方式技术及特性技术局限性1平行实验自控反映批内结果精不能反映结果的准确度密度2空白实验自控有助于发现异常空白结果

30、的偏高或异变，值不意味着测定结果准确度受到影响3回收试验自控检查准确度，可显只能对相同试样测定结果示系统误差的某的精密度和准确度做出孤些来源，消除相同立点统计，当加标物形态试样基体效应的与待测物不同时，常掩盖影响误差而造成判断失误4方法对照自控能有效地反映测只能对测试质量做出孤立试验试结果的精密度点统计，几种方法同时使与准确度用有困难5标准物质自控及他当标物组成及形对同批测定结果的质量仅对照控态与试样相同时能给出孤立点的统计，如能反映同批试样标准物质的组成和形态与测定结果的准确试样不同时，难以确切地度反映测试质量五、分析结果的计算与评价（一）结果计算方法 1.直接测定法、绝对法：根据反应的化学

31、计量关系和原理，确定计算公式，计算 待测物的含量。2. 标准曲线法：采用线性拟合标准曲线，然后根据待测物与标准物质的信号的 比例来确定待测物的浓度。（二）分析结果的评价1. 准确度（Accuracy）：测定结果与真值的符合程度。常用回收率（Recovery） 数值间接反映测定的准确程度；也可通过与其他已建立的方法进行比较的办法 （参比方法）来加以反映。回收率 100%当然好，但很难达到。重要的是每次测 定要保持稳定。 2. 精密度（Precision）：测定结果与平均值的偏离程度。测定间偏差越小，对 测定的要求也越高（花费大）；浓度与 RSD 值间存在反比关系，RSD 在 10%以 内的方法可

32、认为是可接受的。 3.灵敏度（Sensitivity）：“ 一种方法可以检测出有关化合物的最小量” 。常用最低 检测限（Limit of detection，LOD）或最低检测量（Limit of quantification；LOQ） 来表示。LOD 范围在 ng（10-9g）10-18g.4.专属性或选择性（Specificity or Selectivity）：是指测定的信号（响应）是属于 被测物质所特有的。若有干扰就需改进测定方法或改用具有分离能力（如色谱法 的专属性较吸收光度法为高）的方法或专属性较强的方法进行。5. 不同方法测得结果的相关程度（Degree of correlati

33、on）的比较：用一有相当专 属性和可靠性的方法与新建方法同量测定，以相关系数 r（Correlation coefficient） 表示相关程度。r 一般要求在 0.95 以上。此外，还应从方法的可靠性、每个样品测定耗时多少、操作的难易及技术要 求及仪器、设备要求、费用多少等等方面加以考虑。 第五节 烟草化学成分分析研究现状及展望一、 由分析对象的数量级来看 常量微量 痕量 分子水平二、由分析自动化程度来看 手工操作 仪器 自动 全自动 智能化仪器提高灵敏度,解决复杂体系的分离问题及提高分析方法的选择性,扩展时空多 维信息,微型化及微环境的表征与测定,形态,状态分析及表征,生物大分子及生物 活

34、性物质的表征与测定,非破坏性检测与遥测,自动化及智能化.第六节 烟草化学成分分析课程的学习方法与要求烟草化学成分分析是一门比较理论和实践相结合的学科,以解决实际问题为目的. 理论课:掌握基本概念,基本理论,基本计算,基本关系. 实验课:掌握基本操作,培养严谨的科学作风,提高分析问题和解决问题的能力。第二章 烟叶样品的采集、制备、保存及水分的测定第一节 烟叶样品的采集、制备和保存一、正确采样的意义 掌握两个名词：1)采样：从大量的分析用烟叶中抽取一部分作为分析材料的过程称为采样。2)样品：所抽取的分析材料称作样品 平均样品：是指所取出的少量试样，其组成成分能代表全部分析对象的成分。正确采样意义：

35、1) 不同处理间存在系统误差 2)同一处理内部存在随机物误 3) 样本和总体间存在差异4)采样误差比分析测量误差大 5-10倍二、采样的一般原则 （1）代表性 选择能代表总体的一定数量的植株为样品，采集作物不能采集田 埂地边及离田埂 2m 以内的样品。（2）典型性 采样部位要能反映所需了解的情况，不能将植株部位随意混合。 （3）适时性 根据研究的需要，在植物不同的生长发育阶段，定期采样。烟叶不同于一般的有机和无机物料，其组成因部位和时季不同有较大差异。因 此，采样时应根据研究或分析需要选取适当部位和生长发育阶段进行，也就是说 采样除应注意有群体代表性外，还应有适时性和部位典型性。四、烟叶的采样

36、方法1. 田间试验取样正确采样的要求：减小实验误差，样本能够代表总体。 控制采样误差的方法有两个：增加采样点数和获得平均样品 1）增加采样点数：在一块地选取 3-5 个或更多的采样点。一般采用对角线采样 和 S 形采样两种方法。 选择点数多，测定数也多，工作量增加，但是越能代表总体。2）获得平均样品 先了解以下三个名词：烟叶样品按采集过程分检样、混合样品和平均样品。（1） 检样：从分析对象各部分采取的少量样品 （2）混合样品：若干份（5-10 份）等量检样混合在一起得到的样品 （3）平均样：从混合样中抽取一部分得到的样品。注意：如果采取的检样互不一致，则不能把它们放在一起作为混合样品，应把种

37、类相同的混在一起。2. 烟叶常规化学成分分析国标法取样 A.了解几个定义：1）批：在一个或多个特性被认为一致的条件下产生的一定数量的烟草。2）小样：从一个取样单位一次取出的一定数量的烟草。3）单样：是由从同一取样单位中抽取的全部小样组成， 单样大小取决于：烟草 类型；取样单 位的大小；测定项目的类型和数量。 4）实验室样品：用于实验室检验或测试的样品，其代表总样。 5）试样：从实验室样品中随机抽取的用于测试的样品，其代表总样。 6）试料：用以进行检验或观测所取的一定量的试样 。B. GB/T19616-2004，ISO4874:2000：烟草成批原料取样的一般原则：1）取样单位的选择：随机取样

38、法选择取样单位，周期性系统取样法选择取样单 位。2）小样的抽取和单样的组成组成：3 把扎把烟叶；50 片烟叶（未扎把烟叶）；500g 烟草原料（香料烟、 打叶或去梗叶片、烟梗、碎叶、废料或再造烟叶）小样数：每个取样单位最少三个。C. 卷烟的抽样方法GB/T5606.12005 卷烟抽样（参考 O8243）：每样五条，一条（10 盒、200 支） 为单位，随机抽样。第二节 样品的制备和保存一、分析样品的制备为保证样品十分均匀及分析结果的正确性，对分析样品必须加以适当的制备。 制备的目的：保证样品均匀，且在分析时取任何部分都能代表全部样品的成分。二、烟叶样品制备和保存的一般步骤1、清洁样品：柔软刷

39、子刷掉页面灰尘，特别是脚叶，否则会影响灰分元素。 1 抽脉: 去除主脉，叶片剪成碎块或烟丝 （ 卷烟：剥去卷烟纸和滤材）。 2 干燥： 对于烤后原烟，40以下烘干， 直至可用手指捻碎。 3 粉碎：常规成分过 40筛即可，有些香气成分需要过 100筛。 4 装瓶：样品混合均匀后再装瓶。要用磨口玻璃瓶，若暂时不分析，用石蜡封口 5 贴标签，编号入册: 样品来源；编号；样品名称；采样部位；采样时间；采样 制样人等。 三、样品制备和保存应该注意的事项:1 烘干时温度不易过高。原烟 40以下烘干; 青烟 105杀青，80以下烘干（如 需要测定香气等挥发性成分，则 40以下烘干）； 烘干时不能远离烘箱 。

40、 2 粉碎时不能有污染，远离农药、污水等。 3 保存时应该避免强光直射，高温、潮湿、有害气体、液体等都会腐蚀烟样 4 样品粉碎后，应该尽快安排分析工作 。 5 全部分析工作结束后，要尽快计算结果，核对无误后可弃去样品。 第三节 烟叶样品水分的测定 一、烟叶含水量表示方法和水分测定意义（一） 水分测定的意义烟叶中水分是以自由态和结合态两种形式存在，并分为三种类型：自由水、吸 附水和化合水。1. 水分是烟叶生长及物质转化的媒介。2. 水分是影响烟叶力学性质和热学性质，及烟叶物理特性的因素之一。3. 水分是烟叶加工过程中的重要工艺质量指标之一。烟叶水分含量高低，对 贮存、运输、加工性能及其制品的质量

41、，都有重要的影响。 影响：弹性、韧性、填充性和燃烧性 物理特性 颜色、光泽、香气、吃味等 外观和内在质量 各种酶活动、霉菌繁殖、内含物质的分解转化 烟叶内部微弱的生物化学变 化 4. 进行烟草化学成分分析时，制备好的样品中尚含有一些残留水分，为了使分 析结果更准确可靠，在进行分析的同时，也必须求出样品的含水量，以便将各项 分析样品的重量换成干重量，因而水分含量的测定是最经常的分析项目之一。 因此，研究烟叶水分的测定具有重要意义。 （二） 烟草水分表示方法 1. 绝对含水率（干基含水率）绝对含水率：用全干烟草的质量作为计算基础的含水率。它是指烟草中水分质 量与全干烟草质量之比的百分率。计算公式：

42、W绝=G湿 - G 干100%G干式中：W 绝绝对含水率；G 湿 湿烟草质量；G 干 全干烟草质量。2. 相对含水率 相对含水率：用湿烟草质量作为计算基础的含水率。它是指烟草中水分质量与 湿烟草质量之比的百分率。烟草原料加工和卷烟生产中 通常用相对含水率表示，简称含水率。该含水 率便于计算，在生产中广泛使用。干燥方面的计算 常用绝对含水率。该表达式较为简便。以烟叶干重为基础，使各项化学成分都以烟叶（扣除水分）干重为基础，既水 分含量得表示方法以绝对含水量在化学成分分析重更有意义。二、水分测定方法的选择测定水分的方法选择：要把样品的性质和测定目的以及设备条件结合起来选 定，使每一种情况都找到一种

43、合适的方法。 测定烟叶水分的方法：直接法和间接法。(一) 直接法 利用水分本身的物理性质和化学性质直接测出样品中所含水分。如：重量法、蒸馏法、滴定法。1常压恒温干燥法（1）原理：利用水分在 100 沸腾蒸发的性质，将样品处于 100-105条件 下干燥，使烟叶中水分蒸发出来。样品原重和样品干重之差即水分，从而计算出 水分百分数。仪器：烘箱和瓷坩埚、干燥器。 结果计算：烟叶样品含水率( g/kg ) = W2 -W3 1000 W3 -W1式中：W1 干燥器皿质量；W2 湿样+干燥器皿质量；W3 干燥样品+器皿 质量。（2）特点：烟叶中的挥发性物质或多或少会被蒸发出来，易热解物质也会 损失一部分

44、，使测定结果偏高。（3）为了避免这种误差，减少挥发性物质损失，各国都制定了相应的标准。 如我国烟草行业规定：5-10g 100-105干燥 2h 后测定水分。2. 减压低温干燥法原理：减压使样品中的水分在较低温度下即可蒸发殆尽。 仪器：真空烘箱与常压干燥法比较：由于温度降低，避免了糖类的炭化、不饱和酸的氧化、某些 挥发性物质的挥发，因此降低了测试的误差。注意 1 和 2 法的特点：一批可以测定多个样品；费时。3. 红外线加热法原理：低光度钨丝灯辐射的红外线穿透烟叶样品，促使烟叶水分低温挥发。含挥发油较多的样品以上 3 种方法都不适用。4蒸馏法（甲苯法），共沸点蒸馏法 有机溶剂萃取法：适用于含有

45、挥发油 和干性油的样品。原理：将样品和一种与水不互溶与样品不发生化学反应，沸点在 100以上 的有机液体混合，加热蒸馏，用一个带刻度的收集管收集样品中的水分和有机液 体，读取水分体积，并换算成质量单位。5 卡尔费休(Karl Fischer)法（滴定法）卡尔费休法简称费休法，是 1935 年卡尔费休(Karl Fischer)提出的测定水分 的容量方法。费休法是测定物质水分的各类化学方法中，对水最为专一、最为准 确的方法。虽属经典方法但经过近年改进，提高了准确度，扩大了测量范围，已 被列为许多物质中水分测定的标准方法。费休法有滴定法与库仑电量法两种方 法。原理：利用水分的化学性质，用卡尔费休试

46、剂滴定样品中的水分。特点：样品用量少；灵敏度高，可以测定出样品含水量之间微小的差别； 费时少（少则几分钟）；一次只能测定一个样品，且需要专门的滴定和搅拌装 置。（二） 间接法 利用样品的折射率、电导、介电常数等物理性质测定水分。如：红外法、电测法。1. 红外水分仪法2. 电测法 原理：根据烟草的导电性与含水率的关系而制成。烟草的导电性随烟草的含水率 增加而增加，相应地，电阻随含水率的增加而减小。这些方法的原理是测定一个随着烟叶样品的含水量而变化的量。从理论上来讲， 间接法从来都不能达到所要测试的控制变量和含水量之间的完全一致。（三） 直接法和间接法的比较 （1）直接法：优点：准确度高，常作为常

47、规法或标准法，应用范围广。缺点：费时较长。（2）间接法 优点：测定速度快，能提供对一个运动物料的连续测定。缺点：准确度略差，必须根据所测试的类型来检验，也必须进行温度修正。方法直接法间接法优点准确度高，常作为常规测定速度快，能提供对法或标准法，应用范围一个运动物料的连续测广定缺点费时较长准确度略差，必须根据所测试的类型来检验，也必须进行温度修正理论上讲物理量和烟叶含水量之间并不是绝对一致的，因此，直接法测定水分 较准确，间接法测定水分的优点是快速方便。各种测量方法的比较：方法名称优点缺点测量水分范围数值准确可靠，仪器测定过程相对麻烦，速度常压恒温干设备简单，通用性慢；烘干过程中会发生部分适用于

48、不含易好，可用来校正其他化学分解，影响测量精度精热解和易挥发燥法测定方法所得结果度差；不能连续在线测成分的样品烘箱的准确度。量，在连续 生产中不 适法用。仅能测定至 10-3 级适用于含有易减压低温干燥热解成分，但不法含挥发性油的样品。测试品种多，用量在最佳状态 下仅能测 至含水量在少；相对库仑法通10-4 级；耗材（试剂）大；1ppm-100%范卡尔费用性更好，敏感度测定时间偏长。围的烟草及烟容量法不高所受副反应干草制品的水分休法扰较少，如（如酮测定。类、醛类）。适用于样品非常少的情况。价格也比较便宜，价格也比较便宜，选择性适用于含有挥蒸馏共沸法选择性好，适合测好，适合测 量石油类 产发油和

49、干性油量石油类产品。品。的样品。直观、快速、使用误 差 较 大 ； 只 适 用 于8%32%电测非常方便。8%32%的含水率范围。电阻法含水率在 32%以上，测定法精度显著降低，含水率在6%以下，已难以测出来。电容法原理简单，精确度须进行温度补偿，对不同030%高，可达到 0.1%；类型烟草要进行标定，对受烟草水分平衡状信号源频率有一定要求。态影响小，抗干扰能力强。射频法测量精度高，可在烟草类型、酒精和甘油会1040%线测量，不受灰尘、影响测量结果。烟草颜色和形态以及外界光线强弱的影响，测出的水分值包括烟草纤维内的水分。红外法操纵简朴，耗时少，精度不如卡 式法和色 谱0-100%，精确度丈量结

50、果正确，故红法准确达到0.1%外水分测定仪可广泛应用于化工、医药、食物、烟草、粮食等行业的实验分析和日常进货控制及过程检测。第三章 烟叶中碱类物质的测定 第一节 烟叶中碱类物质及其测定意义一、烟叶中碱类物质的类别 烟叶中碱类物质按其化学特点，可包括两大类：植物生物碱及其它碱性含氮化 合物。（一）生物碱 生物碱是存在于生物体中的一类含氮有机化合物。它们有类似碱的性质，能与酸生成盐。 生物碱广泛分布于植物界，属于植物次生代谢产物，这类化合物多有特殊而显著的毒性作用，对原生质甚至对产生它的细胞也有毒害作用。烟草生物碱有 50 多种物质，存在于约 60 多个不同种的烟草中。按分子结构主要 分为： 1.

51、 吡啶与氢化吡咯相结合的化合物如：烟碱（尼古丁）、去甲基烟碱（降烟碱）、去甲基去氢烟碱、二烯烟碱 2. 吡啶环与吡啶或氢化吡啶环相结合的化合物 如：假木贼碱、N-甲基假木贼碱、新烟草碱、N-甲基去氢假木贼碱、2,3- 二吡啶 等。烟草中主要生物碱：烟碱、去甲基烟碱、新烟草碱、假木贼碱。烟草生物碱是一个 类群，可通过有机溶剂和稀酸两种方法进行提取得到。烟碱的主要理化性质物理性质：烟碱属吡啶族植物碱，纯物质在室温下为无水油状液体，沸点246.1，天然烟碱具有左旋性；有强烈的刺激性，味辛辣；烟碱易溶于水，能溶于乙醇、乙醚及轻质石油等有机溶剂。烟碱是有机大分子，其对某波段的紫外光具有最大吸收吸收能力，

52、其吸光度与烟碱的含量成正比。化学性质：烟碱能与多种无机酸和有机酸反应生成盐；烟碱易被氧化，遇空气或紫外光会自动氧化成烟酸、氧化烟碱、烟碱烯、甲胺等，变成暗褐色，并发出特殊的臭味；许多试剂能与生物碱生产不溶性的沉淀或发生颜色反应等。烟碱的测定方法（2-3种）去甲基烟碱的测定意义，测定方法原理（化学法和连续流动法2种）第二节 烟叶中挥发性碱的测定一、分析意义烟叶中的挥发碱定义：在碱性溶液（pH8 的缓冲溶液）中进行蒸汽蒸馏，能 逸出的那一部分氨类含氮化合物。主要包括：氨，胺，酰胺，游离烟碱。对烟叶中挥发性碱的测定具有重要的意义：1. 挥发性碱的测定有助于了解烟草品质。 在烟草燃烧过程中由于其挥发而

53、增加了烟气碱性挥发性，而碱含量高意味着烟叶 劲头大，但是含量过高，会产生不良的刺激性。 2. 挥发性碱的含量测定可间接了解可溶性氮化合物的含量情况。 挥发性碱的含量与烟草中可溶性氮化合物的含量呈正相关，由于可溶性氮化合物 的测定步骤过于冗长，而挥发性碱的测定则较简便，所以可以通过挥发性碱的含 量测定间接了解可溶性氮化合物的含量情况，而且挥发性碱的含量与评吸结果比 较一致。 如：用糖分和挥发性碱类的比值作为烟质的指标来代替总糖与蛋白质之比值（施木克值）。二、化学分析法 （一）方法原理1. 在强碱性介质 NaOH 存在下，进行蒸汽蒸馏，使烟叶中全部植物碱类挥发逸 出，收集挥发的馏分，进行下一步测定

54、。 注意：在强碱性条件下，许多非氨类含氮化合物也会部分分解放出氨类物质，因 此不能反映烟草中的氨类物质的实际含量（结果偏高）。 改进：采用磷酸二氢钾硼砂（pH8）的缓冲溶液代替 NaOH，进行蒸气蒸馏。 优点：除了烟叶中的氨类物质逸出外，也有易挥发的烟碱以及部分易于分解的酰 胺基水解成氨而逸出，挥发性较低的大部分次生植物碱如去甲基烟碱以及其他非 氨类含氮物不能挥发。这样测得的结果就更接近实际情况。 2. 酸碱滴定，测定总挥发性碱类。将蒸馏逸出的挥发性成分吸收在 0.1M 的 HCl， 然后用 0.1M 的 NaOH 滴定剩余 HCl，混合指示剂指示终点（无色或灰白色）。 (三) 结果计算 根据

55、滴定数据计算总挥发碱%（以氨计）总挥发碱（氨，）%=（标准酸用量-标准碱用量）0.017100 W （1 - 含水率）= (M 1V1 B - M 2V2 ) 0.017 100 W （1 - 含水率）式中：M1标准 HCl 的浓度；V1标准 HCl 的体积数（吸收用量，mL）；M2 标准 NaOH 的浓度；V1标准 NaOH 滴定的体积数（mL）；B空白值（滴定空 白所消耗标准碱的体积乘以标准碱的浓度）；W样品重量(g)；0.017氨（NH3） 的毫摩尔质量。（四）注意事项1. 控制加入样品中烟碱的含量在 0.11.0g。 2. 蒸馏中加入少许石蜡及小瓷片以防发泡和沸溅。 3. 蒸馏前将蒸馏

56、水煮沸 20min，以驱除 CO2。 4. 使用新配制的缓冲液，必须做空白试验，酸碱滴定之差不应超过 0.02mol/L。 三、烟草中挥发性、半挥发性碱性成分的 GC/MS 分析方法 （一）方法原理 通过同时蒸馏萃取进行提取，借助酸碱分离获得烟草中的碱性成分后，进行 GC/MS 分析，借助内标法进行定量。（四）结果计算第三节 烟叶中烟碱的测定一、烟碱的理化特性 物理性质：烟碱属吡啶族植物碱，纯物质在室温下为无水油状液体，沸点 246.1 ，天然烟碱具有左旋性；有强烈的刺激性，味辛辣；烟碱易溶于水，能溶于乙 醇、乙醚及轻质石油等有机溶剂。 烟碱是有机大分子，其对某波段的紫外光具有最大吸收吸收能力

57、，其吸光度与 烟碱的含量成正比。 化学性质：烟碱能与多种无机酸和有机酸反应生成盐；烟碱易被氧化，遇空气 或紫外光会自动氧化成烟酸、氧化烟碱、烟碱烯、甲胺等，变成暗褐色，并发出 特殊的臭味；许多试剂能与生物碱生产不溶性的沉淀或发生颜色反应等。二、烟碱在烟草中的存在特点烟碱是烟草中含量最高的生物碱。烟碱在烟叶或烟气中均以游离态和结合 态两种形态存在，游离态烟碱的碱性强于结合态，产生刺激性亦强。结合态的烟 碱在碱性条件下会分解产生游离态烟碱。游离态烟碱的碱性大于结合态烟碱，且 易挥发。若烟叶中烟碱含量高，游离态烟碱量也高，刺激性增强。因此，控制烟 气的碱度可以减轻刺激性。三、 测定的意义 烟碱的作用是产生生理强度，它可以使吸者感觉兴奋，因此烟气中含有一定量 的烟碱是完全必要的，否则烟草就失去其使用价值。不同土壤、施肥量、品种类 型，同一品种不同生长部位烟碱含量都各不相同，因此烟碱含量的分析，有助于 我们了解烟草品质，以便为育