Determination of potassium, sodium, calcium, magnesium and ammonia in tobacco by ion chromatography and sample preparation with high-speed homogenization
Cui Zhuwen ^1,2, He Bin ¹, Jin Yongchan ¹, Yang Guangyu ^1,2, Hu Qiufen ²
(^1. Key Lab of Tobacco Chemistry of Yunnan Province, Yunnan Acedemy of Tobacco Science, Kunming 650106, P. R. China; ^2. School of Chemistry and Biotechnology, Yunnan Nationalities University, Kunming 650031,  China)

匀浆法提取-离子色谱法测定烟草中钾、钠、钙、镁和氨的研究

崔柱文 ^1,2；贺 宾 ¹；金永灿 ¹；杨光宇^1,2，胡秋芬 ²
(¹云南省烟草化学重点实验室，云南省烟草科学研究院，昆明 650106；² 云南民族大学化学与生物技术学院，昆明 650031)

摘要 研究了用离子色谱法测定烟草中的钾、钠、钙、镁和氨。烟草样品用1％的盐酸匀浆法提取，然后以Ionpac CS16 (5 ´ 250 mm, 5mm) 阳离子交换柱为固定相，0.03 mol /L的甲磺酸为流动相，用离子色谱电导检测法同时测定钾、钠、钙、镁和氨。方法标准回收率在97.4 - 102.8%之间。样品平行5次测定的RSD在1.8-2.6％之间，结果满意。
关键词 烟草；匀浆法；离子色谱；阳离子

1.引言
    烟草的生长及其卷烟制品的品质不仅与其有机成分有关，而且与其所含的无机元素包括碱金属、碱土金属离子和铵离子有十分密切的关系 ^[1,2]。目前，一般采用光度法、原子吸收光谱法、近红外光谱法、原子发射光谱法测定烟草中钾、钠、钙、镁 ^[3-5]，用分光光度发、离子选择电极法测定氨 ^[6-7]；也有用离子色谱法同时测定钾、钠、钙、镁和氨测定的报道 ^[8]，但样品一般采用振荡浸取或超声提取。
    匀浆提取是指组织通过加入萃取溶剂进行组织匀浆或磨浆，以提取组织中有效成分的一种提取方法，该方法具有提取完全、效率高、能耗低等特点，目前已在样品前处理中得到广泛应用 ^[9-10]。但是匀浆法在烟草分析中的应用还未见报道过。我们研究了用1％的盐酸匀浆法提取，离子色谱测定烟草中的钾、钠、钙、镁和氨的方法，取得了满意结果。

2．实验部分
2.1 主要仪器和试剂
    Dionex IC 900离子色谱仪(美国戴安公司)；包括：Ionpac CS 16 (5 ´ 250 mm, 5mm) 阳离子交换柱、CSRS-II电子抑制器、电导检测、淋洗液发生器和自动进样器。
   0.03 mol/L的甲磺酸溶液，作为离子色谱的流动相，该溶液由淋洗液发生器自动生成。
   1％的盐酸溶液，用分析纯盐酸配制，作为样品提取用。
   钾、钠、钙、镁和氨标准溶液：1.0 mg/mL，购于国家标准物质研究中心；所需标准工作液由该储备液用0.1 mol/L的盐酸逐级稀释得到。实验用水为18 MW高纯水。
2.2 样品制备
　　按YC／T31-1996规定的方法制备烟草样品。准确称取0.2000 g烟样，置于100 mL锥型瓶中，准确加入1％ (m/v) 的盐酸50 mL，置于高速匀浆机中20000转/min 匀浆萃取1.0 min。取5.0 mL的提取液用0.45mm的针头过滤器过滤，供液相色谱分析用。
2.3 离子色谱操作条件
   色谱柱为Ionpac CS 16 (5 ´ 250 mm) 阳离子交换柱；流动相为0.03 mol/L的甲磺酸溶液，流速为1.0 mL/min；进样体积10 mL；抑制器电流为50 mA，柱温40 ℃，在该条件下标样和烟草样品的色谱图见图1。

3. 结果与讨论
3.1 样品前处理
    对本实验的几种元素测定，常见的样品处理方法有湿法消解、干法灰化和溶剂提取法。湿法消解需要用酸消化，会导致色谱的系统峰太高，其他测定峰相对很低，影响测量的准确性和精密度；传统的干法灰化处理由于灰化温度较高，导致氨损失，影响测定结果，故这两种前处理方法均不宜选用。因此本实验选用溶剂提取法。分别用匀浆法、振荡浸取法和超声波浸取法对相同的样品进行提取比较，结果表明每 0.2 g的样品用1％的盐酸50 mL提取，振荡浸取120 min、超生浸取 30 min、高速匀浆机20000 转/min 提取 1.0 min 均可使样品中的钾、钠、钙、镁和氨完全溶出；高速匀浆法效率明显高于振荡浸取和超生浸取法；因此本实验选用高速匀浆法20000 转/min 提取 1.0 min。
3.2 色谱条件的选择      
    离子色谱发展至今，流动相组成已大大简化，仪器还配置了淋洗液发生器，可自动生成流动相。我们对常用的几种离子交换柱进行了选择，发现美国戴安公司IonPac CS16 阳离子交换柱分离度度最高，钠和氨可完全分开，而且该柱还具有交换容量大、使用等度洗脱、稳定耐用等优点，使用十分方便，因此实验选用该色谱柱。该色谱柱采由乙基乙烯基苯与55%的二乙烯基苯交联，与亲水性的羧酸基团键和的多孔树脂为填料，用单一的酸作淋洗液即可于一次进样同时分离一价和二价阳离子，甲磺酸和硫酸是常用的淋洗液，对于本实验的样品，用甲磺酸作淋洗液分离效果比硫酸好，因此选择用甲磺酸作流动相。在流速一定的情况下，流动相中甲磺酸的浓度对分离效果及洗脱时间影响很大，因此我们实验了不同浓度的甲磺酸作为流动相对烟草中氨分离的影响，结果表明随流动相中甲磺酸浓度增加，待分析成分在色谱柱上的保留时间明显缩短，但分离度下降。结合分离时间和分离度综合考虑，用 0.03 mol/L的甲磺酸作流动相可让样品中的钾、钠、钙、镁和氨达到完全分离且分离时间短，故实验选择0.03 mol/L的甲磺酸溶液作流动相。
3.3 回归方程、相关系数及检出限       
    配制系列不同浓度的标准溶液，在选定色谱条件下进样10 mL，根据测得的峰面积A（单位：mV. S）对应阴离子的浓度C (mg/mL)进行线性回归，得到回归方程。再将最小浓度的标准溶液逐级稀释，依次进样10 mL，计算当信噪比S/N=3时所对应的标准溶液的浓度以确定检出限，结果见表-1。

表1 回归方程、相关系数及检出限
Table 1 Regression equation, correlation coefficient and detect limit

3.4 回收率及精密度
    回收率实验称取相同样品2份，其中一份为对照，另一份加入已知量的待测离子，通过加标样品测出量减去未加标样品测出量再除以标准加入量计算回收率，结果见表-2。精密度实验准确取烟草样品5份，在选定的色谱条件下平行测定5次，计算5次测定结果的相对标准偏差（RSD），结果见表-2所示。

表2 方法回收率及精密度（n=5）
Table 2 The method precision and recovery

3.5 样品测定结果
    用本方法测定了云南23种烟叶和8种卷烟中的钾、钠、钙、镁和氨，结果表明：钾的含量在0.92 - 2.2% 之间，钠的含量在0.94 - 0.48%之间，钙的含量在0.81 - 2.4%之间，镁的含量在0.25 - 0.68%之间，氨的含量在0.018 - 0.052%之间。钾、钠、钙、镁的测定结果用原子吸收法作了对照，氨的测定结果用离子选择电极法作了对照，结果相符合。

4. 结论
    本方法采用匀浆法提取提取，以Ionpac CS16 (5 ´ 250 mm, 5mm) 阳离子交换柱为固定相，0.03 mol/L 的甲磺酸为流动相，电导检测器检测测定烟草样品中的阳离子，一次进样可同时测定烟草样品中的5种阳离子，且本方法样品处理采用高速匀浆法，高速匀浆法提取具有提取完全、效率高、能耗低等特点，所需时间明显少于振荡浸取法和超声波浸取法。总之，该方法准确可靠，重现性好，回收率满意，检出限较低，可用于烟草中阴离子含量的质量分析与控制，具有实用价值。

REFERENCES
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