烟草分析测试技术

烟草分析测试技术课程论文班级：10届烟草研究生（2）班姓名：刘会杰学号：10218020烟草特有亚硝胺分析方法研究进展摘要:综述了近年来烟草及卷烟烟气中烟草特有亚硝胺(TSNAs)分析方法研究进展，认为尽管这方面的研究已取得了许多重要成就，但由于烟草和烟草烟气分析中基体背景十分复杂，所以研究建立分析速度快、定量准确、重现性好、分析成本低的TSNAs分析新方法在当前仍然是十分必要的。关键词:亚硝胺(TSNAs);分析方法;烟草;卷烟烟气1.引言吸烟与健康已日益引起人们的关注，普遍认为，吸烟有害于健康。烟叶和烟气中的一些有害成分，特别是有致癌性的烟草特有亚硝胺（TSNA），更加引起各国科学家们的极大关注。近年来对烟草特有亚硝胺的研究已取得了长足进步，其致病机理已得到初步阐明，对其分析检测的仪器、方法也更加精确可靠。但是，一些关键性的问题依然未能很好地解决，TSNA的形成机理还未彻底阐明，很多过程仅限于猜测和可能。而人们最关心的如何最大限度降低烟草中TSNA的含量问题，虽有一些突破，目前仍没有很好的解决。2.TSNA的形成烟草中TSNA是由于天然存在的烟草生物碱的亚硝化作用而形成的，TSNA在鲜烟叶中的含量极少，甚至没有[1-2]。目前大多数的假设认为：在调制过程中，烟草中的硝酸盐被微生物还原为亚硝酸盐以及氮氧化物（NOX），然后与烟草生物碱作用形成TSNA。烟叶中的烟碱与TSNA有密切关系[3]。烟碱的代谢与降解可产生次生代谢产物，主要是去甲基烟碱，其次是可替宁和假氧化烟碱。其中去甲基烟碱和假氧化烟碱都是生成NNN和NNK的中间产物。在亚硝酸盐存在情况下，去甲基烟碱生成N´-亚硝基去甲基烟碱（NNN），新烟碱生成N´-亚硝基新烟碱（NAT），假木贼碱生成N´-亚硝基假木贼碱（NAB）。叔胺烟碱最后生成4-（N-亚硝基胺）-4-（3-吡啶基）-1-丁醛（NNA）和NNK以及NNN，但反应很慢。综上所述，关于烟草特有亚硝胺的形成途径可能有两条：一条是烟草生物碱在微生物的作用下发生亚硝化作用生成TSNA；一条是硝酸盐在微生物的作用下生成亚硝酸盐，这些亚硝酸盐和其他氮氧化物再与烟草生物碱反应生成TSNA。3.TSNA的危害一般认为，NNK和NNN对啮齿动物有强烈的致癌性。生化研究表明，在新陈代谢活动中，NNK使动物活体和离体的人体组织中的DNA甲基化，从各种人体组织中分离出7-甲基鸟嘌呤及6-甲基鸟嘌呤中可以得到证明。分子生物学家认为遗传密码中带6-甲基鸟嘌呤的DNA是一种化学损害，有可能引起肿瘤。由于NAB对试验动物的致癌性的证据较少，并且NAT对试验动物的致癌性的资料不充分，NAB和NAT对人体的致癌性尚不能确定。4.TSNA分析方法4.1分光光度法分光光度法[4]是以亚硫酰氯或HBr_HOAc等去亚硝基剂打断亚硝胺的N_NO官能团，使之产生NOCl或NOBr，后者被吸收液转化为NO2-并显色，测量吸光度后再换算成亚硝胺含量。这种方法检测灵敏度高，反应专属性强，且快速简便，是测定烟草和卷烟烟气中各种亚硝胺总量的好方法。然而，NOBr在吹出过程中会分解成NO而导致总量结果偏低。沈彬等[4]改进了这种方法，将分解生成的NO再转化成被分光光度法测定的化合物，使亚硝胺总量检出率达90%~100%，加标回收率为95%。该法仪器简单，分析成本低，已用于相关研究中[5-8]。然而，该法只能测出各种亚硝胺的总量，而不能定量检测出不同TSNAs组分的量。4.2气相色谱法根据所用的检测器不同气相色谱法可分为气相色谱_质谱法(GC/MS)、气相色谱-热能分析仪法(GC/TEA)和气相色谱_氮磷检测器法(GC/NPD)等。1974年，Hoffmann等[9]用薄层析预分离，然后用GC/MS测定了烟草中的NNN含量。1986年，Arrendale等[10]用毛细管GC/MS法在选择离子扫描模式下测定了烟草和卷烟烟中NNN和NNK的含量。1999年，Song等[11]用超临界流体萃取和固相萃取联用技术预分离、预浓缩烟丝提取液，然后采用GC/MS方法同时定量测定了4种TSNAs含量。关于质谱法检测N-亚硝胺，Gough曾进行过综述[12]。质谱法检测定量准确，重现性好，但限制之一是必须能得到每种待测组分的标准物。1973~1975年，Fine等[13-15]提出并发展了热能分析仪(TEA)原理，这是一种针对挥发和非挥发性N_亚硝胺基化合物痕量分析的气相检测技术。1979年，Krull等[16]研究了TEA与GC和HPLC技术联用问题，证实了TEA技术对痕量N_亚硝基化合物的高度选择性和灵敏性。随后，许多学者研究了GC/TEA在TSNAs分析检测中的联用。Risher等[17]曾将萃取技术与GC/TEA技术结合，较早采用这种技术测定了烟草中的NNN、NNK、NAT和NAB，表明TSNAs的响应是线性的，回收率80%。1999年李文寿[18]采用GC/TEA法同时测定了烟草中二甲基亚硝胺、N_亚硝基吡咯、NNN、NAT和NNK等13种亚硝胺和卷烟烟气中的NNN、NNK、NAT等12种亚硝胺，并评价了不同烟气收集方法以及主流和侧流烟气对亚硝胺测定的影响。2001年，杨金辉等[19]也用GC/TEA法测定了烟叶中TSNAs的含量。2002年，上海烟草(集团)公司的金永明等[18]获得了一项有关GC/TEA分析烟草特有亚硝胺方法的专利。1991年，Chokrtyk等[20]提出了一种新的分离TSNAs的方法，并用GC/NPD方法测定了烟草试样中的NAT、NAB、NNK和NNN。2000年，赵明月等[21]报道了用毛细管GC/NPD方法测定烟草和卷烟烟气中的挥发性亚硝胺和TSNAs。该法操作简便快速，无需专用仪器，但检测结果不如配用TEA技术的精确度高，含量极微的NAB不易被检出。4.3液相色谱法1975年，Hecht等[22]用配备有UV/Vis检测器的高速液相色谱法测定了烟草中的NNN，耗时较长，分析一个样品需要1d。1979年，Hoffmann等[23]采用HPLC与TEA联用技术测定了烟草制品中TSNAs，分析速度大大提高。2000年辛慧君等[24]报道，用HPLC_光水解热裂解_TEA联用技术测定烟草中NNN分离效果较好。2001年Wagner等报道[25]，用HPLC/MS/MS联用技术定量分析烟丝和卷烟烟气中的TSNAs，各种TSNAs组分的检测限均0105ng/mL，且该法分析时间短，可在24h内分析100多个烟草或烟气样品。2002年Byrd等报道[26]用LC_MS/MS技术测定吸烟者尿中NNK代谢物4_(N_甲基亚硝胺基)_1_(3_吡啶基)_1_丁醇(NNAL)。Paccou等也曾用这种技术测定鼻烟中TSNAs含量[27]。但由于串联质谱价格昂贵，LC_MS/MS技术的应用可能会受到限制。2002年，Mullett等用管内固相微萃取技术结合HPLC自动测定细胞培养物中NNK及其代谢产物，以UV光谱法检测。该法简化了TSNAs的测定步骤，样品的总分析时间仅为30min。一般认为，使用TEA与GC仪或HPLC仪联用对TSNAs进行分离、分析、检测，具有其它方法不可替代的作用，其检测限为110ng/g。但TEA检测器存在着严重缺陷，对所有亚硝基化合物均有响应，不能区分共洗提的亚硝基化合物，不能把干扰物与待测物分开，死体积大，限制了GC的扫描次数，检测限较高。此外，TEA仪价格昂贵，且专用性强，小实验室很难配备。5.研究展望选育低TSNA烟草品种是降低TSNA的最根本的途径。但选育新品种是一个十分艰难的课题，可能需要利用杂交育种、分子育种、细胞工程、基因工程的等方法。根据以往的研究，TNSA的形成过程中，可能存在亚硝化过程，即NO3-（或烟碱）→NO2-。若弄清该过程的机理（如：那些微生物参与了该过程，在什么环境条件下产生的TSNA最少或最多等），从中找准突破口，则可破坏该亚硝化过程，从而对于降低烟叶TSNA的含量产生很重要的作用。在烘烤过程中，若要降低TSNA含量，则需高温，且烘烤时间不能过长，以缩短微生物的存活时间。然而，变黄期若采用高温短时，则影响淀粉酶的活性，导致不能充分降低淀粉含量，从而影响烟叶品质。因此，在降低TSNA的同时，需要考虑与其他品质性状的协调。烟气中的有害成分较多，因此，在降低烟草中TSNA的同时，需要考虑其他有害成分的降低，才能达到减害的目的。采用一些途径能够选择性地降低某些具有生物活性的烟气成分，但却可能产生另外一些有害物质或增加其含量。因而，效果较好的做法仍是开发出能够减少所有的烟气成分而不是可以选择性地减少某些特定成分的“低危险”卷烟。卷烟滤嘴的基本过滤机理是烟气粒子的直接截留、惯性碰撞和扩散沉积，而选择性过滤的主要方法有吸附剂吸附法、化学反应法和溶解法。目前最常用的是吸附法，常用的吸附剂主要有活性炭、碳分子筛、碳化聚合物、聚合物吸附剂、硅胶、活性氧化铝、粘土和沸石等。对吸附法而言，只能过滤掉部分气相物和沸点低的挥发性物质，而对非挥发性物质和沸点较高的挥发性物质则不能选择性滤除。另外，TSNA含量目前还没有形成统一的国家或行业标准，减少到什么程度就可以是“低危害”或“无危害”烟叶，需要有一个合理的尺度来衡量，从而减少降害的盲目性。参考文献：[1]杨焕文,李永忠,刘彦中,等.白肋烟晾制中亚硝胺及前体物质的变化[J].西南农业大学学报,1999,21(5):444-448.[2]魏玉玲.降低烟草特有亚硝胺含量的微波处理方法综述[J].烟草科技,2002(3):18-19.[3]杨焕文,李永忠,刘彦中,等.烟草特有的N-亚硝胺形成、积累及其影响因素[J].烟草科技,1998,4:31-34.[4]沈彬,朱建华,须沁华.测定N_亚硝基化合物的分光光度法[J].分析化学,1998,26(12):1478-1480[5]朱建华,沈斌,王英,等.沸石对于亚硝胺的选择性强吸附[J].科学通报,2000,45(19):2017-2019.[6]王英,沈斌,朱建华,等.选择性去除香烟烟气中亚硝胺的研究[J].环境化学,2000,19(3):284-288.[7]恽之瑜,徐杨,朱建华,等.沸石在去除卷烟烟气中亚硝胺的应用[J].应用化学,2002,19(3):276-279.[8]恽之瑜,徐杨,朱建华.卷烟阴燃烟气中亚硝胺含量与其焦油和烟碱量的关联[J].常德师范学院学报(自然科学版),2002,14(1):39-43.[9]HoffmannD,HechtSS,OrnafRM,etal.N._Nitrosonornicotineintobacco[J].Science,1974,186:265-267.[10]ArrendaleRF,ChamberlainWJ,ChortykOT,etal.Determi2nationoftobacco_specificN_nitrosaminesbycapillarygaschro2matography/selectedionmonitoringmassspectrometry[J].Anal1Chem.1986,58:565-568.[11]SongS,AshleyDL.Supercriticalfluidextractionandgaschro2matography/massspectrometryfortheanalysisoftobacco_specificnitrosaminesincigarettes[J].Anal.Chem.1999,71:1303-1308.[12]GoughTA1DeterminationofN_nitrosocompoundsbymassspec2trometry[J].Analyst,1978,103:785-806.[13]FineDH,RufehF,LiebD.Groupanalysisofvolatileandnon_VolatileN_nitrosocompounds[J].Nature,1974,247:309-310.[14]FineDH,L