《烟用三乙酸甘油酯 水分的测定 气相色谱法》

《烟用三乙酸甘油酯 水分的测定 气相色谱法》 技术报告 国家烟草质量监督检验中心 2015.1.26 目 录 1 引言 ...................................................................................................................... 1 2 实验原理............................................................................................................... 2 3 实验部分............................................................................................................... 2 3.1 主要试剂和仪器设备 .................................................................................. 2 3.1.1 主要试剂 ............................................................................................ 2 3.1.2 仪器设备 ............................................................................................ 3 3.2 操作步骤 ..................................................................................................... 3 3.2.1 样品前处理 ........................................................................................ 3 3.2.2 空白实验 ............................................................................................ 3 3.2.3 测定 ................................................................................................... 3 4 结果与讨论 ........................................................................................................... 5 4.1 溶剂的选择 ................................................................................................. 5 4.2 内标的选择 ................................................................................................. 6 4.3 样品前处理方式的选择和优化 .................................................................. 7 4.4 条件的选择和优化 .............................................................................. 7 4.4.1 色谱柱的选择 .................................................................................... 7 4.4.2 色谱条件的选择和优化..................................................................... 9 4.4.3 样品溶液的稳定性 .......................................................................... 14 4.5 学评价 ............................................................................................... 14 4.5.1 计算方式的选择 .............................................................................. 14 4.5.2 检出限和定量限 .............................................................................. 20 4.5.3 回收率和重复性 .............................................................................. 20 4.6 比对实验 ................................................................................................... 21 4.7 实际样品检测 ........................................................................................... 21 5 结论 .................................................................................................................... 22 参考文献 ................................................................................................................ 22 1 《烟用三乙酸甘油酯 水分的测定 气相色谱法》 技术报告 1 引言 烟用三乙酸甘油酯是烟用材料的重要组成部分，在烟用醋酸纤维滤棒的成型 [1-4]中，大多采用三乙酸甘油酯作为增塑剂，以改善滤棒与卷烟的接装特性， [2]提高滤棒的抗热塌陷性能，三乙酸甘油酯也会影响卷烟的抽吸质量。 [5]YC 144-2008《烟用三乙酸甘油酯》规定了烟用三乙酸甘油酯含量、色度、水分、酸度、砷含量等技术指标，为烟用三乙酸甘油酯的产品质量提供了有效的技术保障。其中水分的技术指标为?0.050%，水分过高时易促使三乙酸甘油酯的水解，导致三乙酸甘油酯含量降低、杂质含量增加;水分过低时影响样品色泽，即水分过高或过低都会影响到其性能。实际烟用三乙酸甘油酯产品中，水分含量一般在0.01%~0.04%之间。 对于烟用三乙酸甘油酯水分的测定，YC 144-2008规定按GB/T 6283卡尔?费 [6]休法进行。卡尔?费休法是经典的水分定量方法，能够准确测定样品真实的水分含量，但除了有一个非常好的测定仪器外，测定的物质中必须无干扰物质存在，根据物质中水分的含量确定适当的进样量，克服各种影响测定精度的因素，细心操作，才能得到好的测定结果;另外，该方法自动化程度较低，批量检测效率不高;卡尔?费休法所用试剂复杂，且不稳定。项目组也发现利用卡尔?费休法对大量烟用三乙酸甘油酯样品进行水分测定时，发现随着样品量的增加，卡尔?费休仪器需要的稳定时间也在增加，漂移值在不断地上升，会对测定结果产生影响，使测定结果的值偏高，且平行性稍差。 随着分析要求的日益严格，色谱技术更趋成熟，毛细管色谱柱分辨率高、检测时间短、定量结果准确、稳定性好，更适合于批量样品分析。早在20世纪70 [7]年代，就用气相色谱法测定有机溶剂苯、甲苯中的微量水份的报道，且不断被 [8-20]研究发展，被广泛应用于有机溶剂、涂料等基质中水分的测定。 1 [21]GB 18582-2008《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》的研究过程中也发现采用气相色谱法检测水性涂料的水分，方便、快捷、干扰因素少，准确性高，能满足生产监控和新产品开发研究的要求，同时为水性涂料挥发性有机物(VOC)的检测提供准确的水分含量。在GB 18582-2008中规定“本中的 [21]水分含量采用气相色谱法或卡尔?费休法测试。气相色谱法为仲裁方法。” 气相色谱法测定水份含量已广泛应用于烟草行业，已发布的国际标准ISO 16632:2003 《Tobacco and tobacco products-Determination of water content- [22]Gas-chromatographic method》、CORESTA推荐的方法(NO.57:2002)《Determination of water in tobacco and tobacco products by Gas chromatographic [23]analysis》，以及国家标准GB/T 23203.1-2013《卷烟 总粒相物中水分的测定 第 [24]1部分:气相色谱法》、烟草行业标准YC/T 345-2010《烟草及烟草制品 水分 [25]的测定 气相色谱法》均推荐使用气相色谱分析方法，且已证明气相色谱分析 [24-27]方法与卡尔?费休法测得的水分含量没有显著差异。 因此，本项目参考国内外相关资料，结合烟草行业水分测定的实际情况，以GB 18582-2008《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》和GB/T 23203.1-2013《卷烟 总粒相物中水分的测定 第1部分:气相色谱法》为主要参考文献，并考虑烟用三乙酸甘油酯样品特点，开发研究烟用三乙酸甘油酯中水分含量气相色谱测定的标准方法，实现对现有YC 144-2008标准中卡尔?费休法的有效补充。 2 实验原理 将烟用三乙酸甘油酯溶解于含有内标物的稀释溶剂中，气相色谱法测定，内标法定量。 3 实验部分 3.1 主要试剂和仪器设备 3.1.1 主要试剂 无水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，分析纯，含分子筛，水分含量?50 ppm，购自北京伊诺凯科技有限公司;丙酮，色谱纯，购自美国J T Baker公司;水， 2 取自Milli-Q超纯水系统(美国Millipore公司);3A分子筛，4~8 目，购自美国Acros公司(使用前分子筛必须在300 ?下活化5~6小时，然后密闭冷却到室温再使用)。 内标溶液:称取2.5 g丙酮于25 mL容量瓶中，精确至0.1 mg，以DMF稀释并定容，得到浓度为0.1 g/mL的内标溶液。密封避光贮存于0 ?~4 ?条件下，有效期半个月。 标准工作溶液:称取0.01 g的水于50 mL具盖锥形瓶中，精确至0.1 mg，加入10 mL DMF和0.1 mL内标溶液，密封并摇匀。该标准工作溶液随配随用。 3.1.2 仪器设备 Agilent 6890N气相色谱仪，配有热导池检测器(TCD);Agilent Porapak Q 不锈钢填充气相色谱柱(长度1.8 m，外径1/8英寸，内径2 mm，固定相100~80 目)，Supelco Chromosorb 102不锈钢填充气相色谱柱(长度1.8 m，外径1/8英寸，内径2.1 mm，固定相100~80 目)，Agilent PLOT Q毛细管气相色谱柱(柱长30 m，内径0.530 mm，膜厚40.0 μm);BSA 224S-CW型电子天平(感量:0.0001 g，德国Sartorius公司)。 3.2 操作步骤 3.2.1 样品前处理 称取10 g样品于50 mL具盖锥形瓶中，精确至0.01 g，加入10 mL DMF和0.1 mL内标溶液，密封并摇匀，转移至色谱小瓶中。 3.2.2 空白实验 不加样品，按3.2.1步骤处理后，进行GC分析。 空白实验与样品处理及标准工作溶液的配制必须同批处理。 3.2.3 测定 3.2.3.1 测定条件 以下分析条件可供参考，采用其他条件应验证其适用性。 ——色谱柱:毛细管色谱柱，固定相为键合聚苯乙烯-二乙烯基苯，规格为[30 m (长度) × 0.53 mm (内径) × 40.0 μm (膜厚)]; ——载气:氦气，恒流模式，流量8 mL/min; ——进样口温度:260 ?; 3 ——进样体积:2 µL;分流进样，分流比:5:1; ——柱温箱升温程序:初始温度为170 ?，初始时间为2.5 min;然后以50 ? /min速率升至260 ?，保持30 min; ——检测器温度:260 ?，参比流量20 mL/min; 3.2.3.2 样品测定 分别将标准工作溶液、样品溶液和空白溶液注入气相色谱仪，计算水分与内 标物的峰面积比r。 3.2.3.3 结果表述 1)得出: 水的相对校正因子R由式( mrr，,()iss0 (1) ,Rmw 式中: R ——水的相对校正因子; m——内标的添加质量，单位克(g); is m——标准工作溶液中水的质量，单位克(g); w r——标准工作溶液中水分与内标物的峰面积比; s r——空白样品中水分与内标物的峰面积比; 0 R值取两次测定的平均值，保留4位有效数字。 试样中水分含量X由式(2)得出: i mrr，,()isi0 (2) ,，100Xi，mRi 式中: X——试样中水分含量的质量分数，%; i m——内标的添加质量，单位克(g); is m——试样的质量，单位克(g); i r——样品溶液中水分与内标物的峰面积比; i r——空白样品中水分与内标物的峰面积比; 0 R ——水的相对校正因子; 4 以两次平行测定结果的算术平均值作为最终测定结果，精确至0.001%。 两次平行测定结果之差不应大于0.003%。 4 结果与讨论 4.1 溶剂的选择 由于三乙酸甘油酯粘度较大，易在进样针中的推动杆与针内壁的缝隙里残留，造成样品之间的交叉污染，故不适合采用直接进样分析方法。 对于固体和液体样品中水分的气相色谱测定方法，一般采用有机溶剂对样品 [25][24][21]进行萃取或者稀释后进样，所用有机溶剂一般有甲醇、异丙醇和DMF等溶剂。 异丙醇和甲醇是烟草、烟气水分的气相色谱测定方法中常用的萃取溶剂，GB/T 23203.1-2013采用异丙醇作为萃取溶剂萃取卷烟烟气的滤片上的水分，然 [24]后将萃取液上机分析;YC/T 345-2010采用甲醇作为萃取溶剂萃取烟草及烟草 [25]制品中的水分，然后将萃取液上机分析。但文献表明，甲醇、乙醇会与三乙 [28]酸甘油酯发生酯交换反应，异丙醇也存在与三乙酸甘油酯发生反应的可能性，实验中发现，在三乙酸甘油酯的异丙醇稀释体系中加入高浓度的氢氧化钠溶液，可以催化异丙醇与三乙酸甘油酯的反应，导致其酯含量测定结果降低，虽然一般异丙醇溶剂的碱度不足以达到催化该反应的程度，但也要密切关注碱污染时，异丙醇与三乙酸甘油酯可能发生的反应。所以，不宜采用醇类溶剂作为三乙酸甘油酯水分的气相色谱测定时的稀释溶剂。 [21]GB 18582-2008《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》、HJ/T [29]201-2005《环境标志产品技术要求 水性涂料》、香港环保标志标准 [30][31]HKEPL-004-2002 《油漆》、HKEPL-01-004《水性涂料》均采用DMF作为水性涂料中水分含量的气相色谱测定时的稀释溶剂。DMF为N,N-二甲基甲酰胺，是一种透明液体，沸点为152.8 ?，能和水及大部分有机溶剂互溶，它是化学反应的常用溶剂。产品调研发现，商品化的含分子筛的无水DMF中水分?0.005%，且由于产品中含有分子筛，产品的水分含量相对稳定;烟用三乙酸甘油酯的水分要求为?0.05%，一般为0.01%~0.04%，所以DMF可以满足烟用三乙酸甘油酯水分含量的测定要求。实验(图1、图2)显示，DMF与水分、内标的 5 色谱峰分离良好。 需要注意的是，若稀释溶剂DMF的水分含量,0.01%时，则稀释溶剂的水分含量可能会高于三乙酸甘油酯样品的水分含量，从而导致样品稀释后的水分色谱峰比溶剂空白的水分色谱峰还低的情况，无法进行定量计算。所以，实验所用稀释溶剂DMF中应放置分子筛加以干燥保存，推荐使用3A分子筛。若实验过程中发现样品稀释后的水分色谱峰比溶剂空白的水分色谱峰还低的情况，则该批稀释溶剂就不能再使用。 图1 标准工作溶液的气相色谱图 1-水;2-内标;3-DMF 图2 典型样品的气相色谱图 1-水;2-内标;3-DMF;4-三乙酸甘油酯 4.2 内标的选择 气相色谱测定水分时，多采用内标法定量，主要是由于外标法分析误差较大，而内标法定量能消除仪器、操作等的影响，提高测定的精密度，另外，对溶液体积的准确性要求不高。 [24]GB/T 23203.1-2013测卷烟主流烟气中的水分含量采用乙醇作为内标， [25][21][29]YC/T 345-2010测烟草及烟草制品、GB 18582-2008和HJ/T 201-2005测涂 6 [28]料中水分含量时采用异丙醇作为内标，但文献表明，乙醇会与三乙酸甘油酯发生酯交换反应，异丙醇也存在与三乙酸甘油酯发生反应的可能性。 [32]考虑到与三乙酸甘油酯样品和水分的溶解性，以及在TCD检测器上的适用性，实验考察了丙酮为内标时的情况，实验(图1、图2)结果表明在选定的色谱条件下，水、内标和溶剂分离良好。 4.3 样品前处理方式的选择和优化 由于三乙酸甘油酯样品与溶剂DMF是互溶的，所以，本方法的样品前处理相对简单，只需要将稀释溶液密封并摇匀即可，无需振荡。 实验考察了取样量对测定结果的影响，实验结果见表1，结果表明:称样量较小时，测定结果偏高，可能是受环境影响较大的缘故;称样量为10 ~20 g时，测定结果稳定，重复性较好。另外，考虑到对粘度较大的烟用三乙酸甘油酯样品取样的方便性和快捷性，最终确定取样量为10 g。 表1 取样量对测定结果的影响 1 2 样品样品 g % g % 称样量()水分含量()称样量()水分含量() 1 0.99 0.029 1.02 0.049 2 2.11 0.027 1.98 0.051 3 4.93 0.023 4.96 0.046 4 9.85 0.017 10.19 0.037 5 15.06 0.019 15.03 0.036 6 19.89 0.018 19.97 0.038 4.4 检测条件的选择和优化 4.4.1 色谱柱的选择 资料调研表明，2010年以前，固体或液体基质中水分含量的气相色谱法测 [21,29-31]定中，多采用填充柱分离分析，如高分子多孔微球、Porapak Q(乙基乙烯 [24]苯和二乙烯基苯共聚多孔多孔小球)和Chromosorb 102。随着分析要求的日益严格，色谱技术更趋成熟，毛细管色谱柱分辨率高、检测时间短、定量结果准确、稳定性好，更适合于批量样品分析，如在GB/T 23203.1-2013中，就提供了毛细管色谱柱(内径0.530 mm，膜厚40.0 μm，柱长30 m的PLOT/Q柱)的操 [24]作条件;YC/T 345-2012推荐使用PoraPLOT U毛细管柱(内径0.530 mm，膜 7 [25]厚20.0 μm，柱长25 m)。 实验首先考察了Porapak Q和Chromosorb 102填充色谱柱在三乙酸甘油酯水分测定中的色谱分离情况，结果发现:(1)对于Porapak Q填充色谱柱，最高使用温度为250 ?，三乙酸甘油酯的沸点为258~260 ?，如图3所示，在Porapak Q填充色谱柱的最高使用温度250 ?下，三乙酸甘油酯的出峰时间较长，从20 min至55 min，分析效率较低，且丙酮的色谱峰较宽，灵敏度稍低;(2)对于Chromosorb 102填充色谱柱，最高使用温度仅为190 ?，与三乙酸甘油酯的沸点相差较大，如图4所示，在其最高使用温度190 ?下，三乙酸甘油酯的出峰时间更长，在第一针样品的100 min内不出峰，在下一针样品的16 min开始出峰，100 min时基线尚未回到正常位置，而滞留在色谱柱内的三乙酸甘油酯会对下一针进样的样品的色谱保留时间和色谱峰面积均会有影响，造成测定结果的重复性较差。另外填充柱的分离效能和分析速度均不如毛细管柱，所以，本方法不推荐使用填充色谱柱。 图3 典型样品在Porapak Q填充色谱柱上的气相色谱图 1-水;2-内标;3-DMF;4-三乙酸甘油酯 图4 典型样品在Chromosorb 102填充色谱柱上的气相色谱图 1-水;2-内标;3-DMF;4-三乙酸甘油酯 8 近年来，随着分析要求的日益严格，色谱技术更趋成熟，多种高效能的毛细管色谱柱已逐渐替代了日常分析用的填充色谱柱。这类毛细管柱多为大内径(内径为0.32 mm和0.53 mm)、厚液膜(大于10 μm)的毛细管柱。 GB/T 23203.1-2013在方法开发研究过程中，对比了PoraPLOT Q毛细管柱、PoraBOND Q毛细管柱 、PoraPLOT U毛细管柱分析样品的色谱图，得出了内径0.530 mm，膜厚40.0 μm，柱长30 m的PLOT Q柱的分离效果最好的结论。PLOT Q毛细管柱的最高使用温度为290 ?，高于三乙酸甘油酯的沸点，同时为便于不同标准执行过程中的一致性，实验考察了GB/T 23203.1-2013中所用毛细管柱的适用性，结果(图1、图2)发现，在该色谱柱上，水、丙酮、溶剂DMF分离良好，色谱峰形较好，且三乙酸甘油酯可以在30 min前出峰完毕，不会对下一针样品造成干扰，实验证明该色谱柱可以用于烟用三乙酸甘油酯中水分含量的测定。 另外，YC/T 345-2012《烟草及烟草制品 水分的测定 气相色谱法》推荐使用的PoraPLOT U毛细管柱，最高使用温度仅为190 ?，不能满足沸点为258~260 ?的三乙酸甘油酯的出峰需要，本方法不予考虑。 4.4.2 色谱条件的选择和优化 为便于行业内不同标准执行过程中的一致性，实验考察了GB/T 23203.1-2013中所用色谱条件在本方法上的适用性。 4.4.2.1 载气种类和流量 TCD通常用He或H作载气，因为它们的热导系数远远大于其他化合物，2 且用He或H作载气的TCD，其灵敏度高、峰形正常、响应因子稳定，易于定2 量，线性范围宽。北美多用He作载气，因它安全，一些国家或地区因He昂贵，也用H。N或Ar也可作为TCD的载气，但因其灵敏度低，且易出W峰，响应22 [24]因子受温度影响，线性范围窄，一般不用。GB/T 23203.1-2013和YC/T [25][21][29]345-2012均使用He为水分测定时的载气，GB 18582-2008和HJ/T 201-2005推荐使用H或N作载气。为便于行业内不同标准执行过程中的一致性，并避免22 出现H作载气时的安全性问，而且三乙酸甘油酯的水分含量相对较低，需要2 选择较高灵敏度的检测条件，故实验选择He作载气。 对不同的气相色谱柱要求有不同的载气流量，通常的填充柱载气流量约为 9 10~50 mL/min，细径毛细柱的载气流量约为1~3 mL/min，粗径毛细柱的载气流量约为3~10 mL/min，本方法用到的毛细管柱内径为0.530 mm，属于粗径毛细柱。同为0.530 mm的粗径毛细柱，YC/T 345-2012的载气流量设为5 mL/min，GB/T 23203.1-2013的载气流量设为3 mL/min，其中后者主要是考虑目标物的出峰时间 [33]与烟碱匹配，以便与GB/T 23355《卷烟 总粒相物中烟碱的测定 气相色谱法》规定的方法同时使用。 实验考察了载气流量对实验的影响，即保持其它条件不变的情况下，将载气流量分别设为3、4、5、6、7、8、9、10 mL/min，实验数据见表2，数据的变化趋势见图5、图6。 表2 载气流量对实验的影响 mL/min 载气流量() 3 4 5 6 7 8 9 10 水的保留时间2.285 1.777 1.476 1.278 1.136 1.03 0.946 0.877 min () 丙酮的保留时间4.543 3.646 3.023 2.614 2.319 2.098 1.925 1.783 min () 三乙酸甘油酯的36~65.3 30.2~51 27.8~40 25~36 22.4~34 20.2~30 18.8~27 16.5~24 min 保留时间() 水的峰面积92.4 91.1 89.5 84.4 80.8 75.0 73.3 68.8 186.8 192.9 187.2 180.6 171 159.2 150.4 140.6 丙酮的峰面积 22.0 25.4 27.7 27.0 27.8 27.6 27.5 26.5 水的峰高 74.5 62.0 68.5 71.9 74.5 73.7 72.8 70.6 丙酮的峰高 图5 载气流量对峰面积的影响 10 图6 载气流量对峰高的影响 实验发现:(1)随着载气流量的增加，水分和丙酮的峰面积呈下降的趋势。这主要是因为TCD为浓度型检测器，对流量波动很敏感，TCD的峰面积响应值反比于载气流量，一般来说，在柱分离许可的情况下，以低些为妥。(2)随着载气流量的增加，水分和丙酮的峰高呈先上升后平缓下降的趋势，在流量为7和8 mL/min时色谱峰相对较高。其原因应该是随着载气流量的增加，气体的自然扩散度下降，从而使峰高增加，但流量继续增大时，气体分子与色谱柱固定相没有足够的接触时间就向色谱柱出口端流出，反而造成色谱峰峰高减低。(3)另外，随着载气流量的增加，水、丙酮和三乙酸甘油酯的保留时间缩短，以三乙酸甘油酯的变化更为明显，流量较小时需要更长的时间使三乙酸甘油酯流出柱外。 在以上载气流量下，水分、内标等色谱峰分离效果均较好，主要考虑三乙酸甘油酯的出峰时间，同时兼顾方法的灵敏度，将载气流量定为8 mL/min。 4.4.2.2 进样口条件 对于进样口温度，为使三乙酸甘油酯气化完全，本方法将GB/T 23203.1-2013 中的进样口温度由250 ?调整为260 ?。 然后，实验考察了进样量和分流比的影响，实验结果如表3所示，在不分流条件下，水出峰前后，色谱基线抬高，分离效果差，而通过分流，可以显著改善色谱峰型和分离效果。另外，通过计算发现，在该进样口条件下，进样口所用衬管的容积为850 µL，2 µL DMF的汽化体积是623.49 µL，占衬管容积的73.35%， 11 不会发生气体溢出的情况。故进样口条件设为进样口温度260 ?，进样体积:2 µL，分流进样，分流比5:1，其中进样量和分流比与GB/T 23203.1-2013相同。 表3 不同进样量分离效果比较表 进样量分离效果 1 µL ，不分流水出峰前后，色谱基线抬高，分离效果差 0.5 µL ，不分流水出峰前后，色谱基线抬高，分离效果差 2 µL5:1 ，分流比峰型较好，分离效果好，灵敏度好 5:1峰型较好，分离效果好，峰面积约是分流比时的2 µL10:1 ，分流比1/25:166.4% ，峰高是分流比时的。 4.4.2.3 柱温 柱温是一个重要的操作参数，直接影响分离效能和分析速度。提高柱温可使气相、液相传质速率加快，有利于降低塔板高度，改善柱效;但增加柱温同时又加剧纵向扩散，从而导致柱效下降;另外，为了改善分离，提高选择性，往往希望柱温较低，这又增长了分析时间。因此，选择柱温要兼顾几方面的因素，一般原则是:在使最难分离的组分有尽可能好的分离前提下，采取适当低的柱温，但以保留时间适宜，峰形不拖尾为度;同时，需要考虑样品混合物沸点范围及色谱柱固定相最高使用温度，可适当提高柱温，以缩短保留时间，只要各组分分离度够用即可。 本法与GB/T 23203.1-2013所用色谱柱和目标物相同，不同之处在于本方法的上机溶液中含有大量的沸点较高的三乙酸甘油酯。在GB/T 23203.1-2013方法中，柱箱温度为170?(等温线)，各色谱峰分离良好。因此，实验考察了在其他条件不变的情况下，起始柱温在140、150、160、170、180、190 ?时的色谱分离情况，实验数据见表4，数据的变化趋势见图7、图8。 实验发现，起始柱温低，出峰慢，峰形宽，随着温度升高，保留时间减小，尤其是丙酮保留时间前移明显;但色谱峰面积没有显著变化;水的峰高有所增高，但不明显，而丙酮的峰高显著增高。 综合考虑，选定起始柱温为170 ?，与GB/T 23203.1-2013方法相一致，待水和丙酮出峰后，迅速提升温度至260 ?，以尽快赶走色谱柱中的三乙酸甘油酯。 12 表4 柱温对实验的影响 柱温(?) 140 150 160 170 180 190 水的保留时间1.178 1.118 1.068 1.028 0.995 0.967 min () 丙酮的保留时3.843 3.088 2.505 2.094 1.799 1.582 min 间() 76.1 73.5 72.5 73.4 73.1 73.4 水的峰面积 159.2 160.7 160.4 161.0 160.5 160.3 丙酮的峰面积 26.3 25.5 26.2 26.2 27.0 27.1 水的峰高 43.8 53.0 64.1 72.5 84.4 92.3 丙酮的峰高 图7 起始柱温对峰面积的影响 图8 起始柱温对峰高的影响 13 4.4.3 样品溶液的稳定性 由于DMF和三乙酸甘油酯均具有一定的吸湿性，所以实验考察了样品溶液随时间的稳定性，即将样品溶液室温放置，每隔一定时间进行上机分析，测定结果见表5和图9。 5 24% 表样品溶液放置小时内稳定性表() h 放置时间()平均相对平 极差 值均偏差0 3 6 9 12 18 24 1 0.018 0.019 0.018 0.020 0.019 0.020 0.021 0.019 5.8 0.003 样品 2 0.037 0.038 0.038 0.039 0.038 0.040 0.040 0.039 2.9 0.003 样品 图9 放置时间对测定结果的影响 可以看出，随着放置时间增加，水分含量有缓慢增加的趋势，但样品溶液水分的测定值基本在实验测定的相对平均偏差小于6.0%，测定值也基本符合YC 144-2008卡尔?费休法测定水分方法的规定“两次测定值之差不应大于0.003%”[5]，样品1的相对平均偏差稍高，是由于测定结果值较低而造成的，说明24小时内样品溶液稳定性较好，对测定结果没有显著影响。 4.5 方法学评价 4.5.1 计算方式的选择 4.5.1.1 相对校正因子法 本标准方法采用内标法定量，按照一般规律，需要首先根据标准工作溶液计 14 算水分对内标物的相应校正因子，然后，根据样品中水分和内标的响应值，计算其含量。 GB 18582-2008 《室内装饰装修材料 内墙涂料中有害物质限量》即采用相对校正因子法计算水性涂料中水分含量。在该标准中水分的相对校正因子按式 [21](3)计算: mAA，,()iw0 (3) ,R，mAwi 式中: R ——水的相对校正因子; m——内标的添加质量，单位克(g); i m——水的质量，单位克(g); w A——内标物的峰面积; i A——水的峰面积; w A——空白样中水的峰面积。 0 试样中水分含量按式(4)计算: mAA，,()iw0 (4) ,，100,w，，mARsi 式中: ω ——试样中的水分含量的质量分数，%; w R ——水的相对校正因子; m——内标的添加质量，单位克(g); i m——试样的质量，单位克(g); s A——内标物的峰面积; i A——水的峰面积; w A——空白样中水的峰面积。 0 在上式中，分母中的A代表内标物的峰面积，该标准默认为试样溶液与标i 准工作溶液、空白溶液中的内标物的峰面积相同，但在实际测定中，标准工作溶液和空白溶液中内标物的峰面积不一定一致，且本法中为了使试样溶液与标准工 15 作溶液、空白溶液中的空白水分保持一致，考虑到水分空白主要来自于溶剂DMF和0.1 mL的内标溶液，所以试样、标准工作溶液、空白溶液中均加入10 mL的DMF和0.1 mL的内标溶液，而三乙酸甘油酯样品的称样量为10 g，其体积约为8.62 mL，所以同样质量的内标在约10 mL的标准工作溶液里和在约18.62 mL的试样溶液里的质量浓度有一定差别，其峰面积也有一定差别，所以不能直接将标准工作溶液、空白溶液、试样溶液里的内标物的峰面积按相同值计算。 在式(3)和式(4)中，若令r= A / A，r= A / A，即将分母上的A移至s wi0 0ii分子的括号内，那么可以将式(3)和式(4)转换为式(1)和式(2)，这样，可以更好地考虑到试样溶液、标准工作溶液和空白溶液中内标物峰面积的不一致性。 mrr，,()iss0 (1) ,Rmw 式中: R ——水的相对校正因子; m——内标的添加质量，单位克(g); is m——标准工作溶液中水的质量，单位克(g); w r——标准工作溶液中水分与内标物的峰面积比; s r——空白样品中水分与内标物的峰面积比。 0 那么试样中水分含量X由式(2)得出: i mrr，,()isi0 (2) ,，100Xi，mRi 式中: X——试样中水分含量的质量分数，%; i m——内标的添加质量，单位克(g); is m——试样的质量，单位克(g); i r——试样溶液中水分与内标物的峰面积比; i r——空白样品中水分与内标物的峰面积比; 0 R ——水的相对校正因子。 16 本法参照GB 18582-2008，考察了相对校正因子法的适用性。实验步骤为:取15个50 mL锥形瓶中，分别加入10 mL DMF、0.1 mL内标溶液，然后分别加入不同质量的水，分别为0、0.003、0.005、0.008、0.01 g，每个级别3个平行，密封并摇匀，然后上机分析。记录水分与内标物的峰面积，然后按式(1)计算水的相对校正因子。实验数据见表6。可以看出，不同质量的水对相同质量的内标测出的水的相对校正因子没有显著差别，但随着添加水的质量的增加，测得的相对校正因子R的平行性较好。 表6 水的相对校正因子测定 各级别平总体平均 HO质丙酮质量相对校正2水峰面积 内标峰面积 均相对校相对校正 量(g) (g) 因子R 正因子R 因子R 0 0.01 25.7 163.0 空白样品 0 0.01 25.9 162.3 0 0.01 24.8 162.6 0.0029 0.01 70.3 159.1 0.9837 级别1 0.9671 0.0031 0.01 73.4 161.0 0.9655 0.0031 0.01 73.1 161.8 0.9522 0.0050 0.01 103.9 160.8 0.9791 级别2 0.9773 0.0049 0.01 102.5 160.5 0.9837 0.0049 0.01 102.1 161.7 0.9690 0.9692 0.0079 0.01 148.1 161.6 0.9618 级别3 0.9647 0.0081 0.01 152.0 160.9 0.9729 0.0083 0.01 153.3 160.9 0.9592 0.0101 0.01 180.9 160.4 0.9616 级别4 0.9679 0.0101 0.01 181.4 160.0 0.9675 0.0100 0.01 182.7 161.5 0.9747 同时，按照3.2.1样品前处理步骤称取10 g三乙酸甘油酯样品于50 mL具盖锥形瓶中，精确至0.01 g，加入10 mL DMF和0.1 mL内标溶液，密封并摇匀。转移至色谱小瓶中，然后上机分析。然后按式(2)计算所得结果见表7，可以看出，按表6中平均R计算的水分含量(%)与按表6中最小R或最大R计算的水分含量(%)几乎是一样的，且与利用卡尔?费休法测得的样品1、2、3的水分含量结果0.014%、0.018%、0.043%吻合性较好，没有显著差别。 17 表7 相对校正因子法的样品测定结果 666按表中平均按表中最小按表中最大 样品质量丙酮质量水内标RRR计算的水分计算的水分计算的水分 g g ()()峰面积峰面积% % % 含量()含量()含量() 10.04 0.01 23.1 88.5 0.011 0.011 0.011 1 9.95 0.01 22.8 89.3 0.010 0.010 0.010 样品 9.95 0.01 25.0 89.4 0.013 0.013 0.013 9.80 0.01 29.5 89.6 0.018 0.018 0.018 2 9.95 0.01 31.4 89.4 0.020 0.020 0.020 样品 10.16 0.01 30.0 88.2 0.019 0.019 0.019 10.07 0.01 54.1 88.7 0.047 0.047 0.046 3 10.02 0.01 52.4 89.0 0.045 0.045 0.044 样品 10.03 0.01 53.7 88.6 0.046 0.047 0.046 4.5.1.2 标准工作曲线法 实际样品测定中，式(3)和式(4)中的许多参数可以由色谱工作站给出，利用色谱工作站绘制标准工作曲线，可以省却相对校正因子的计算，从而简化计算过程。这种标准工作曲线法也是内标法的一种常用定量方式。 本法参照GB/T 23203.1-2013，考察了标准工作曲线法的适用性。标准工作溶液的配制同相对校正因子法，即取15个50 mL锥形瓶中，分别加入10 mL DMF、0.1 mL内标溶液，然后分别加入不同质量的水，分别为0、0.003、0.005、0.008、0.01 g，每个级别3个平行，密封并摇匀，然后上机分析。计算每个标准工作溶液中水分与内标物的峰面积比(Area ratio)，以及质量比(Amount ratio)，以各级标准工作溶液的质量比的平均值为横坐标，面积比为纵坐标，做出标准工作曲线，线性方程为Y = 0.9666 X + 0.1576，曲线覆盖了一般烟用三乙酸甘油酯 2样品的水分含量范围，线性相关系数R为0.9999，线性关系良好。 表8 水的标准工作曲线法数据 HO质丙酮质量水与内标水与内标2 水峰面积内标峰面积 g g 量()()的质量比的面积比 0 0.01 25.7 163.0 0.00 0.1577 0 0.01 25.9 162.3 0.00 0.1596 空白样品 0 0.01 24.8 162.6 0.00 0.1525 0.0029 0.01 70.3 159.1 0.29 0.4419 1 0.0031 0.01 73.4 161.0 0.31 0.4559 级别 0.0031 0.01 73.1 161.8 0.31 0.4518 18 OH质丙酮质量水与内标水与内标2 水峰面积内标峰面积 g g 量()()的质量比的面积比 0.0050 0.01 103.9 160.8 0.50 0.6461 2 级别0.0049 0.01 102.5 160.5 0.49 0.6386 0.0049 0.01 102.1 161.7 0.49 0.6314 0.0079 0.01 148.1 161.6 0.79 0.9165 3 0.0081 0.01 152.0 160.9 0.81 0.9447 级别 0.0083 0.01 153.3 160.9 0.83 0.9528 0.0101 0.01 180.9 160.4 1.01 1.1278 4 0.0101 0.01 181.4 160.0 1.01 1.1338 级别 0.0100 0.01 182.7 161.5 1.00 1.1313 图10 三乙酸甘油酯中水分测定的标准工作曲线 同时，按照3.2.1样品前处理步骤称取10 g三乙酸甘油酯样品于50 mL具盖锥形瓶中，精确至0.01 g，加入10 mL DMF和0.1 mL内标溶液，密封并摇匀。转移至色谱小瓶中，然后上机分析。所得结果见表9，对比表9和表7的计算结果，可以看出，标准工作曲线法与相对校正因子法的测定结果没有显著差异。 表9 标准工作曲线法的样品测定结果 样品质量丙酮质量水内标水与内标标准曲线计算水分含量 g g g % ()()峰面积峰面积的面积比的水的质量()() 10.04 0.01 23.1 88.5 0.2610 0.0010699 0.011 1 9.95 0.01 22.8 89.3 0.2553 0.0010110 0.010 样品 9.95 0.01 25.0 89.4 0.2796 0.0012626 0.013 19 9.80 0.01 29.5 89.6 0.3292 0.0017757 0.018 2 9.95 0.01 31.4 89.4 0.3512 0.0020032 0.020 样品 10.16 0.01 30.0 88.2 0.3401 0.0018884 0.018 10.07 0.01 54.1 88.7 0.6099 0.0046795 0.046 3 10.02 0.01 52.4 89.0 0.5888 0.0044606 0.044 样品 10.03 0.01 53.7 88.6 0.6061 0.0046399 0.046 以上数据可以看出，相对校正因子法与标准工作曲线法的测定结果吻合性很好，没有显著差异，且与卡尔?费休法的测定结果一致。但标准工作曲线法需要配制一系列的标准工作溶液，且由于烟用三乙酸甘油酯样品的水分含量相对较低，标准工作溶液配制时称量的水标准物质的量也较低，操作不便。故本法推荐使用相对校正因子法作为本法的计算方法。 4.5.2 检出限和定量限 参照GB/T 23203.1-2013，采用最低浓度的标准工作溶液样品进行气相色谱分析，重复进样10次，测定水分含量，并计算其标准偏差，以3倍标准偏差作为方法的水分含量检出限，10倍标准偏差作为方法的水分含量定量限，得到方法的检出限为0.002%，定量限为0.007%。 4.5.3 回收率和重复性 选择水分含量较低的烟用三乙酸甘油酯样品，进行回收率测试。按照低、中、高不同质量浓度水平，在该样品中加入不同含量的水，混匀后，进行前处理和测定，每个浓度平行测定6次。回收率结果见表10，可以看出方法的平均回收率为91.7%~102.8%，六次平行测定的重复性以相对标准偏差(RSD)表示，结果显示，本方法的RSD在1.8%~3.7%之间，极差在0.002%~0.003%之间，说明方法的重复性良好。 表10 方法的回收率和重复性 空白值平均回收率相对标准偏差% % 加标()极差()% % RSD% ()()() 0.010 91.7 3.7 0.002 0.011 0.040 102.8 1.8 0.002 0.070 97.3 2.0 0.003 20 4.6 比对实验 项目组分别在国家烟草质量监督检验中心、郑州烟草研究院、中国烟草标准化研究中心、广西中烟工业有限责任公司、浙江中烟工业有限公司、福建中烟工业有限责任公司、云南中烟工业有限责任公司等7个实验室进行了方法的验证比对实验，实验样品选用了5种烟用三乙酸甘油酯实际样品，每个实验室分别按照本方法进行样品前处理和检测，得到该实验室的结果。比对实验结果见表11，可以看出，各实验室间数据比对良好。 表11 各实验室结果对比 检测结果 相对标准偏差极差样品 实验室实验室实验室实验室实验室实验室实验室(RSD%) (%) 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 1 0.012 0.011 0.013 0.014 0.012 0.013 0.011 9.1 0.003 2 0.032 0.030 0.031 0.029 0.029 0.028 0.032 5.2 0.004 3 0.040 0.041 0.042 0.039 0.042 0.043 0.041 3.3 0.004 4 0.065 0.062 0.066 0.063 0.063 0.064 0.062 2.4 0.003 5 0.093 0.091 0.093 0.092 0.094 0.093 0.090 1.5 0.004 4.7 实际样品检测 项目组利用本方法对98个国内外烟用三乙酸甘油酯样品中水分含量进行了检测，样品来自于国家烟草质量监督检验中心市场监督抽查样品和日常接收的委托检验样品，其中进口样品2个，国产样品96个。实验结果见表12，可以看出，98个样品中，有92个样品的水分含量不高于0.050%，合格率为93.9%，且其中有70.4%的样品水分含量在0.030%以下，最小值为0.010%;有6个样品的水分含量高于0.050%，最大值为0.16%。 表12 烟用三乙酸甘油酯样品水分含量结果统计表 % 0.010~0.020 0.021~0.030 0.031~0.040 0.041~0.050 0.051~0.100 >0.100 含量范围() 样品个数(个)31 38 18 5 5 1 % 31.6 38.8 18.4 5.1 5.1 1.0 所占比例() 21 5 结论 根据烟用三乙酸甘油酯的样品特点，参照GB 18582-2008，采用DMF为稀释溶剂，并采用修改了该标准的样品前处理方式和相对校正因子计算方式，参照GB/T 23203.1-2013，采用内径0.530 mm，膜厚40.0 μm，柱长30 m的PLOT Q毛细管柱为分离分析用色谱柱，验证并重新优化了进样口条件、色谱条件、检测条件等参数，最终建立了烟用三乙酸甘油酯样品中水分的气相色谱检测方法。 本项目建立的气相色谱法与经典的卡尔?费休法的检测结果的一致性较好，但本法操作更加简单，灵敏度和准确度都符合要求，本方法尤其适合批量处理样品，可大大提高检测效率，降低劳动强度。经过98个实际样品的测试验证，本方法可用于烟用三乙酸甘油酯样品中水分含量的检测分析。 参考文献 [1] 周永芳, 张伟杰, 蒋平平. 国内外烟草用增塑剂三醋酸甘油酯现状及发展趋 势[J]. 增塑剂, 2010, 21(2): 4-14. 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