热重-剑桥滤片捕集-气相色谱/质谱法研究β-胡萝卜素的热解行为

卢 岚，杨 柳，吴亿勤，杨 继,3，李劲峰，孟昭宇，牟定荣

(1．红塔烟草(集团)有限责任公司技术中心，云南 玉溪 653100；2．昆明理工大学化学工程学院，云南 昆明 650224； 3．云南大学化学科学与工程学院，云南 昆明 650091)

2011-08-12；

2011-12-13

卢 岚(1985～)，女(汉)，浙江长兴人，硕士研究生。E-mail:woshilulan@126.com

杨 柳(1975～)，男(汉)，四川峨嵋人，博士，高级工程师，从事烟草化学研究。E-mail:liuyang929@126.com

热重-剑桥滤片捕集-气相色谱/质谱法研究β-胡萝卜素的热解行为

卢 岚1,2，杨 柳1，吴亿勤1，杨 继1,3，李劲峰1,2，孟昭宇1，牟定荣1

(1．红塔烟草(集团)有限责任公司技术中心，云南 玉溪 653100；2．昆明理工大学化学工程学院，云南 昆明 650224； 3．云南大学化学科学与工程学院，云南 昆明 650091)

为了研究β-胡萝卜素的热解行为，采用热重/差热分析(TG/DTA)，结合自行设计的剑桥滤片捕集装置，研究了空气氛围下β-胡萝卜素44种热解逸出产物相对含量随着温度段的动态变化情况，并推测了β-胡萝卜素的热解机理。在10 ℃/min的升温速率、400 mL/min空气流量下，通过对β-胡萝卜素进行TG/DTA分析，得到其主要热失重区间为200～450 ℃。按50 ℃为一次取样间隔，将整个热失重区间划分为5个小的温度段，各个温度段的逸出产物经捕集处理后，依次进气相色谱-质谱(GC/MS)分析。根据各温度段下总离子流色谱图的总峰面积以及实际质量损失占总质量的百分比来验证了剑桥滤片装置的捕集效果。结果表明，该剑桥滤片装置捕集效果明显；β-胡萝卜素的热解产物主要集中在250～300 ℃、300～350 ℃两个温度段逸出；热解产物中生成了β-环柠檬醛、二氢猕猴桃内酯、β-紫罗兰酮、β-环氧-紫罗兰酮等一些非常重要的香味物质；44种热解产物的相对含量随着温度段的变化较为显著。

剑桥滤片捕集装置；热重差热分析(TG/DTA)；气相色谱-质谱(GC/MS)；β-胡萝卜素；热解行为

类胡萝卜素是烟草中最重要的萜烯类化合物之一，主要包括β-胡萝卜素、叶黄素和番茄红素等。在烟草的各类胡萝卜素中，β-胡萝卜素的作用十分重要，是烟草香气成分的重要前体物质，其降解产物与烟草的香气质和香气量有着密不可分的关系[1]。目前针对β-胡萝卜素的研究主要集中于从烟草中的提取[2]、分析检测[3]等，关于其热解行为研究的报道较少，且主要采用在线裂解气相色谱/质谱(Py-GC/MS)联用技术[4]。Py-GC/MS虽已广泛应用于单体添加剂、烟草中主要化学组分等的裂解机理[5-6]、转移规律的研究[7]，但只能提供样品在特定温度点下的裂解信息，不能反映样品在整个升温过程中逸出产物的连续变化情况。

热重/差热分析，是应用热天平在程序控制温度下测量样品质量与温度变化的一种热分析技术[8-9]，可提供程序升温条件下样品的裂解信息。热重常与其他分析仪器联用对逸出组分进行分析，如热重-变换红外(TG-FTIR)[10-11]和热重-质谱(TG-MS)[12-13]等。但以上两种联用技术均不能完全解析逸出组分信息，因而其应用具有一定的局限性。本研究自行设计了剑桥滤片捕集装置，并将其与热重/差热分析联用，结合划分温度段取样的方法，应用于β-胡萝卜素的热解行为研究。

1 实验部分

1.1仪器与试剂

Pyris Diamond TG/DTA型热重/差热综合热分析仪、外部温度控制单元：日本SII公司产品；Clarus 500气相色谱-质谱联用仪：美国Perkin-Elmer公司产品；剑桥滤片(使用前剪切成直径10 mm的圆片)：英国Whatman公司产品；β-胡萝卜素(≥97%)：美国Sigma-Aldrich公司产品；乙醇(色谱纯)：美国Tedia公司产品。

1.2热重-剑桥滤片捕集装置

为了能完全捕集β-胡萝卜素的逸出气体，以便真实地反映其随温度段变化的热解信息，自行设计了热重-剑桥滤片捕集装置，装置结构图示于图1。在热重炉体出口处加设一根长约6 mm的不锈钢管，通过石墨压环进行密封。在两支微型注射器壳体当中放一块直径10 mm的小型剑桥滤片，并用夹子把两壳体夹紧，以固定住剑桥滤片。将该剑桥滤片捕集装置的一端通过不锈钢管与热重分析仪相连，捕集后的剑桥滤片装入GC/MS进样瓶中，加入0.8 mL乙醇超声萃取30 min后，利用GC/MS对热解产物进行定性分析。

1.3实验条件

1.3.1热重条件 热天平灵敏度1 μg，炉体温度控制范围为室温至600 ℃，载气为空气，使用空的铂坩埚作为参比物。

1.3.2气相色谱条件 DB-225极性毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm,0.25 μm)；进样口温度230 ℃；载气He(纯度为99.999%)流速1 mL/min，不分流进样。升温程序：80 ℃保持0 min，以5 ℃/min升温至210 ℃，保持10 min。

1.3.3质谱条件 传输线温度210 ℃，电子轰击离子源(EI)温度180 ℃，电子能量70 eV，质量扫描范围m/z40～400。

图1 热重-剑桥滤片捕集装置Fig.1 Schematic diagram of thermogravimetry coupling with cambridge filter

1.4实验方法

1.4.1热重分析 为排除炉体以及坩埚内的杂质气体，先将热重空坩埚从初始温度50 ℃，以50 ℃/min速度升温至800 ℃。待坩埚降温至50 ℃以下，准确称取(18.00±0.05) mg的β-胡萝卜素放入样品铂坩埚内。初始温度50 ℃，以10 ℃/min升温至600 ℃，裂解载气为空气，流量为400 mL/min。

1.4.2逸出组分捕集 热重程序升温过程中，β-胡萝卜素的热解逸出组分数量以及含量随温度的升高而不断发生变化，为准确获知β-胡萝卜素的裂解产物随温度的变化信息，同时保证剑桥滤片捕集装置获得较好的捕集效果，在10 ℃/min升温速率、400 mL/min的空气流量下，最终选取了50 ℃的温度区间作为一个捕集过程。使用两套相同的剑桥滤片捕集装置，待一个温度区间内的逸出组分捕集完成后，迅速换上另一套捕集装置，以尽量减少两个温度区间换剑桥滤片时逸出组分的流失。将捕集后的剑桥滤片取出放入GC/MS进样瓶中，待处理。

1.4.3逸出组分分析 待各温度段热解产物捕集完成后，将装有各温度段捕集后的剑桥滤片的进样瓶分别加入0.8 mL乙醇(乙醇的用量应浸没剑桥滤片)，超声萃取30 min后，用注射器取出部分装入新的进样瓶中，利用GC/MS进行分析，得到的总离子流色谱图用NIST 2005和Wiley 7谱库进行化合物检索和定性分析。

2 结果与讨论

2.1β-胡萝卜素的热失重分析

首先使用热重法确定β-胡萝卜素的主失重区间和研究热解逸出产物的温度范围。β-胡萝卜素在10 ℃/min的升温速率、400 mL/min载气流量下的TG和微商热重(DTG)曲线示于图2。结合2条曲线可以看出，β-胡萝卜素的热解过程经历了3个阶段，第1阶段从50 ℃开始到200 ℃左右，此阶段TG曲线略向下倾斜，表明β-胡萝卜素有轻微的质量损失，这可能是由于其所含的自由水受热蒸发所造成；第2阶段为200～450 ℃之间，从200 ℃开始，由DTG曲线图可知其质量损失速率逐渐加快，在306 ℃温度处达到了最大值，大量裂解产物的逸出是造成热失重的主要原因，该阶段也是β-胡萝卜素的主要失重阶段；从450 ℃开始到热解结束，为第3个热解阶段，此阶段分解非常缓慢，β-胡萝卜素热解几近完全。由此可知，β-胡萝卜素的热失重主要发生在200～450 ℃之间，为了能及时反应裂解产物随温度的变化关系，采用了划分温度段连续取样的方法，即选取50 ℃作为一个温度间隔，将β-胡萝卜素的主失重区间划分为200～250 ℃、250～300 ℃、300～350 ℃、350～400 ℃、400～450 ℃ 5个小的温度区间，以连续监测不同温度下的裂解产物的逸出情况，并根据热解逸出产物的信息来探讨β-胡萝卜素可能裂解机理。

图2 β-胡萝卜素的TG和DTG曲线图Fig.2 The TG and DTG curves of β-carotene

2.2剑桥滤片装置对热解逸出成分的捕集结果分析

β-胡萝卜素的热解逸出产物可在一定程度上反映其随温度的变化信息，进而推断出其在程序升温下的热解机理。据文献报道[14]，剑桥滤片被认为是捕集卷烟主流烟气中固相成分的最有效方法，β-胡萝卜素作为烟草中一种重要的类胡萝卜素物质，其裂解产物构成了烟气化学物质的一部分，因此，本实验选择了用剑桥滤片装置来捕集β-胡萝卜素逸出气体。图3中曲线A、B分别为各温度段的总离子流色谱图的总峰面积以及各温度段实际质量损失占总质量的百分比随温度段变化关系。由曲线A可知，各温度段下的总离子流色谱图的总峰面积随着温度的升高先逐渐变大，当到达一定的温度后，又逐渐减小；而曲线B正好表现出了与曲线A相同的变化趋势，说明各温度下β-胡萝卜素的实际质量损失信息可通过对应温度段下经剑桥滤片捕集后的总离子色谱图来反映。可见，该剑桥滤片装置的使用在一定程度上能及时地反映β-胡萝卜素的热解逸出组分随温度的变化信息。

图3 各温度段质量损失与热解产物总峰面积的变化关系 Fig.3 The relationship between total peak area of pyrolysis products and weight loss in different temperature zones

2.3β-胡萝卜素的裂解产物分析

通过对各温度段裂解产物的GC/MS分析，发现不同温度段的裂解产物有所不同，根据不同温度段下裂解产物的总离子色谱图中解谱出的裂解产物种类数以及总峰面积可知，200～250 ℃温度段下的裂解产物较少，250～300 ℃、300～350 ℃两个温度段的裂解产物逐渐增多，随着温度的升高，300～350 ℃、350～400 ℃的两个温度段的产物又逐渐减少，各温度段依次得到14、30、35、17、9种化合物。由此可见，β-胡萝卜素的裂解主要发生在250～300 ℃、300～350 ℃两个温度段内，各温度段下形成的裂解产物总离子色谱图示于图4。整个热失重区间一共收集到44种不同的裂解产物。各化合物的定性以及半定量结果列于表1，相对含量用各温度段检索出的物质的总峰面积归一化后各自峰面积的相对百分含量来表示。

根据表1的分析结果可知，β-胡萝卜素在热解过程中可释放出β-环柠檬醛、二氢猕猴桃内酯、β-紫罗兰酮、β-环氧-紫罗兰酮等非常重要的香味物质。其中β-环柠檬醛具有甜味，同时能增加浓度和刺激性；二氢猕猴桃内酯具有增加卷烟香气，丰满卷烟香味和降低刺激的作用；β-紫罗兰酮具有甜味，木香，花香，顺口，也是烟草中含量较高的香味物质；β-环氧-紫罗兰酮则具有特殊的香味。其相对百分含量随着温度的变化而变化，如β-环柠檬醛除在300～350 ℃生成外，其余温度段下均不生成或生成的含量极低；二氢猕猴桃内酯和β-紫罗兰酮类似，在各个温度段下均有生成，其中250～300 ℃温度段下的相对百分含量均达到最大，300～350 ℃次之，其他温度段下较小；β-环氧-紫罗兰酮在200～250 ℃时没有生成或生成的含量极低，250～300 ℃时相对百分含量达到最高，随着温度的升高，其相对百分含量又逐渐降低。

图4 空气氛围下β-胡萝卜素在各个温度段下形成的裂解产物总离子色谱图Fig.4 The total ion chromatogram of pyrolysis products of β-carotene under each temperature range in air atmosphere

表1 热解逸出产物的GC/MS分析结果

续表

序号tR/min化合物相似度/%不同温度段的相对百分含量/%200～250℃250～300℃300～350℃350～400℃400～450℃1114．07双酚A4，4＇⁃Isopropylidenediphenol88-0．130．21--1214．441，2，3，4⁃四氢⁃5，6，7，8⁃四甲基⁃萘1，2，3，4⁃Tetrahydro⁃5，6，7，8⁃tetramethyl⁃naphthalene89--0．12--1314．852，6⁃二甲基萘2，6⁃Dimethylnaphthalene990．111．381．130．07-1415．076⁃(1，1⁃二甲乙基)⁃1，2，3，4⁃四氢⁃萘6⁃(1，1⁃Dimethylethyl)⁃1，2，3，4⁃tetrahydro⁃naphthalene87-0．150．200．03-1515．254⁃(2，6，6⁃三甲基⁃2⁃环己烯)⁃2⁃丁酮4⁃(2，6，6⁃Trimethyl⁃2⁃cyclohexen⁃1⁃yl)⁃2⁃butanone910．140．13---1615．424，8⁃二甲基⁃4⁃羟基⁃1，7⁃任二烯4，8⁃Dimethyl⁃1，7⁃nonadien⁃4⁃ol870．02----1716．323⁃(2，6，6⁃三甲基⁃1⁃环己烯)丙烯醛3⁃(2，6，6⁃Trimethyl⁃1⁃cyclohexen⁃1⁃yl)acrylaldehyde88-0．070．11--1816．463，4，4⁃三甲基⁃2，5⁃环己二烯⁃1⁃酮3，4，4⁃Trimethyl⁃2，5⁃cyclohexadien⁃1⁃one88-0．06---1916．70β⁃紫罗兰酮Irisone990．303．263．010．330．032016．91巴伦西亚橘烯1，2，3，5，6，7，8，8a⁃Octahydro⁃1，8a⁃dimethyl⁃7⁃(1⁃methylethenyl)⁃(1R，7R，8aS)⁃naphthalene85-0．220．25--2117．18(6E)⁃6⁃[(Z)⁃2⁃次丁烯基]⁃1，5，5⁃三甲基⁃1⁃环己烷(6E)⁃6⁃[(Z)⁃2⁃Butenylidene]⁃1，5，5⁃trimethyl⁃1⁃cyclohexene810．060．490．48--2217．63二对甲苯基甲烷1⁃Methyl⁃4⁃[(4⁃methylphenyl)methyl]⁃benzene93-0．550．480．09-2318．16β⁃环氧⁃紫罗兰酮4⁃(2，2，6⁃Trimethyl⁃7⁃oxabicyclo[4．1．0]hept⁃1⁃yl)⁃3⁃buten⁃2⁃one960．121．151．150．17-2418．78(1E)1⁃(1＇，3＇⁃丁二烯)⁃6，6⁃二甲基⁃2⁃亚甲基环己烷(1E)1⁃(buta⁃1＇，3＇⁃Dienyl)⁃6，6⁃dimethyl⁃2⁃methylenecyclohexane77-0．120．62--2519．12维生素A醛9⁃cis⁃Retinal82-0．17---2619．863，4，4a，5，6，7⁃六氢⁃1，1，4a三甲基⁃2(1H)⁃奈酮3，4，4a，5，6，7⁃Hexahydro⁃1，1，4a⁃trimethyl⁃2(1H)⁃naphthalenone85--0．46--2719．962⁃(1，3⁃丁间二烯基)⁃1，3，5三甲基苯2⁃(1，3⁃Butadienyl)mesitylene87-0．180．680．14-2820．352⁃甲基⁃4⁃(2，6，6⁃三甲基⁃1⁃环己烯)⁃3⁃丁烯酮2⁃Methyl⁃4⁃(2，6，6⁃trimethyl⁃1⁃cyclohexenyl)⁃but⁃3⁃enal90-0．05---2920．432，2，6⁃三甲基⁃5⁃环己烯酮2，2，6⁃Trimethyl⁃5⁃cyclohexen⁃1⁃one860．181．280．790．31-3020．693⁃乙基⁃3⁃苯基⁃戊烯3⁃Ethyl⁃3⁃phenyl⁃pentene78---0．450．043120．994⁃(5⁃羟基⁃2，6，6⁃三甲基⁃1⁃环己烯)⁃3⁃丁烯⁃2⁃酮4⁃(5⁃Hydroxy⁃2，6，6⁃trimethyl⁃1⁃cyclohexen⁃1⁃yl)⁃3⁃buten⁃2⁃one88-0．22---3221．414⁃苯基⁃2⁃丁酮4⁃Phenyl⁃2⁃butanone95----0．033321．55香榧醇Nuciferol93-0．980．38--

续表

序号tR/min化合物相似度/%不同温度段的相对百分含量/%200～250℃250～300℃300～350℃350～400℃400～450℃3421．68(2⁃甲苯基)⁃二甲酮bis(2⁃Methylphenyl)methanone78--1．170．290．023522．652，3，3，4，7⁃五甲基⁃2，3⁃二氢⁃香豆酮2，3，3，4，7⁃Pentamethyl⁃2，3⁃dihydro⁃benzofuran80--0．800．33-3622．964⁃(2，6，6⁃三甲基⁃1，3⁃环己二烯)⁃3⁃丁烯⁃2⁃酮4⁃(2，6，6⁃Trimethyl⁃1，3⁃cyclohexadien⁃1⁃yl)⁃3⁃Buten⁃2⁃one830．13----3723．91(+)⁃喇叭烯(+)⁃Ledene861．00----3824．16二氢猕猴桃内酯5，6，7，7a⁃Tetrahydro⁃4，4，7a⁃trimethyl⁃2(4H)⁃benzofuranone911．0111．976．501．990．403925．45维生素AVitaminA810．095．385．540．48-4025．993⁃氧化⁃β⁃紫罗兰酮3⁃Oxo⁃β⁃ionone86-3．822．300．45-4126．912⁃甲基⁃4⁃(2，6，6⁃三甲基⁃1⁃环己烯)⁃丁烯醇2⁃Methyl⁃4⁃(2，6，6⁃trimethyl⁃cyclohes⁃1⁃enyl)⁃but⁃2⁃en⁃1⁃ol88-2．241．64--4227．293，3⁃二甲基⁃2⁃(3⁃甲基⁃1，3⁃丁二烯)⁃1⁃环己烯甲醇[3，3⁃Dime⁃thyl⁃2⁃(3⁃methylbuta⁃1，3⁃dienyl)cyclohex⁃1⁃enyl]methanol81--0．55--4329．84α⁃香柑油烯α⁃Bergamotene85-3．432．63--4430．013，7，11⁃三甲基⁃1，3，6，10⁃十二碳⁃四烯3，7，11⁃Trimethyl⁃1，3，6，10⁃dodecatetraene⁃(3Z，6E)87-9．35---

2.4β-胡萝卜素的裂解机理分析

β-胡萝卜素分子的两端为两个单位类异戊二烯六元环，中间由4个单位的异戊二烯碳链连接，分子中间反转排列，在结构中，中间部分单双键交替相连构成直链多烯结构，整体可看作为一个大的π键，无明显的单、双键结构。当外界温度达到一定时，β-胡萝卜素发生热裂解，碳碳键断裂，且随温度的逐渐升高，链上各碳碳键断裂随机性增大，热裂解可同时发生在分子内的一处或多处不同位点，碳链断裂后首先主要以自由基形式存在，随后可发生氧化、还原、环化等反应，进一步生成许多重要的、结构相对更加稳定的香气物质和乙烯、乙炔、丙烯、丙炔等小分子化合物。在本实验研究中，根据β-胡萝卜素热裂解后生成的产物及其相对含量，推测由β-胡萝卜素热裂解得到的部分新生成化合物可能机理，示于图5。由图5可见，①②③④为β-胡萝卜素分别在6、7位，7、8位，8、9位以及9、10位之间发生氧化断裂，依次生成2,2,6-三甲基-5-环己烯酮、β-环柠檬醛和二氢猕猴桃内酯和β-紫罗兰酮，这与文献报道的结果一致[15]。由于β-紫罗兰酮的分子结构中带有烯烃，具有一定的不稳定性，若其先进行氧化反应，则可生成β-环氧-紫罗兰酮，进一步发生还原反应后再脱水，则得到4-(2,6,6-三甲基-2-环己烯)-2-丁酮；若其先进行还原反应，脱水后再氧化，则得到3-(2,6,6-三甲基-1-环己烯)丙烯醛；另外，9，10位发生断裂后，还可经环化后可生成1,2,3,4-四氢-1,1,6-三甲基萘；⑤若10，11以及20，21同时发生断裂，生成的烯烃经环化后可得到2,7-二甲基萘；⑥若11，12氧化断裂后可得到2-甲基-4-(2,6,6-三甲基-1-环己烯)-3-丁烯酮；⑦若13，14位的双键氧化断裂后，则生成(3E,5E,7E)6-甲基-8-(2,6,6- 三甲基-1-环己烯)-3，5，7-辛三烯-2-酮；⑧若15，16位氧化断裂，则生成维生素A醛，进一步还原后可生成维生素A。另外，由于热裂解的过程相对复杂，碳链断裂后形成的自由基电子发生转移，进一步形成一系列化合物，如图5中3，4，4a，5，6，7-六氢-1，1，4a三甲基苯-2(H)-奈酮、4-(5羟基-2,6,6-三甲基-1-环己烯)-3-丁烯-2-酮的生成机理推导。

图5 β-胡萝卜素的可能裂解机理Fig.5 The possible pyrolysis mechanism of β-carotene

3 结论

本研究采用自行设计的热重-剑桥滤片捕集装置，同时结合热重/差热分析以及气相色谱-质谱法研究了β-胡萝卜素的热解行为。结果表明，β-胡萝卜素的裂解产物种类和相对百分含量随着温度的变化较大，不同温度段下共检索到44种不同的裂解产物，包含β-环柠檬醛、二氢猕猴桃内酯、β-紫罗兰酮、β-环氧-紫罗兰酮等非常重要的香味物质。根据各温度段下的裂解产物生成信息，初步推导了β-胡萝卜素在程序升温下的可能裂解机理，为烟草成分和添加剂的热解行为研究提供了借鉴和参考。

[1] 赵世杰，邹 琦，郑国生．[J]中国烟草，1993(3)：17-19．

[2] 赵铭钦，刘金霞，李元实，等．超声波法提取烟叶中类胡萝卜素条件的优化[J]．郑州轻工业学院学报：自然科学版，2008，23(4)：13-15．

[3] 杨式华，王保兴，徐济仓，等．烟草中叶黄素和β-胡萝卜素的HPLC快速测定[J]．分析试验室，2007,12(26):235-237．

[4] 杨伟祖，谢 刚，王保兴，等. 烟草中β-胡萝卜素的热裂解产物的研究[J]．色谱，2006,24(6):611-614．

[5] WANG S F, LIU B Z, SU Q D. Pyrolysis-gas ch-romatography/mass spectrometry as a useful technique to evaluate the pyrolysis pathways of phenylalanine[J]. J Anal Appl Pyrolysis, 2004(71):393-403.

[6] STOTESBURY S J, WILLOUGBBY L J, WILLOUGBBY A C. Pyrolysis of cigarette ingredients labelled with stable isotopes[J]. Beitr Tabakforsch, 2000,19(2):55-64.

[7] BAKER R R, BISHOP L J. The pyrolysis of tobacco ingredients [J]. J Anal Appl Pyrolysis, 2004(71):223-311.

[8] 陆昌伟，奚同庚. 热分析质谱法[M].上海:上海科学技术文献出版社, 2002:155-175.

[9] PAULIK F, PAULIK J, ARNOLD M. Examination of phase equilibrium of the Ca(NO3)2-H2O system with quasi-isothermal-quasi-isobaric themogravimetry and DTA[J].J Therm Anal, 1983, 27(2):416-426.

[10] PAULIK F, PAULIK J, ARNOLD M. Examination of phase equilibrium of the Ca(NO3)2-H2O system with quasi-isothermal-quasi-isobaric themogravimetry and DTA[J].J Therm Anal,1983,27(2):416-426.

[11] LI J, LIU Y W, SHI J Y， et al. The investigation of thermal decomposition pathways of phenylalanine and tyrosine by TG-FTIR[J]. Thermochim Acta, 2008, 467(1/2):20-29.

[12] LIU Q, WANG S R, ZHENG Y， et al. Mechanism study of wood lignin pyrolysis by using TG-FTIR analysis[J]. J Anal Appl Pyrolysis, 2008,81(1):170-177.

[13] ONISHI A, THOMAS P S, STUART B H， et al.TG-MS analysis of the thermal decomposition of pig bone for forensic applications[J]. J Therm Anal Calorim,2008,92(1):87-90.

[14] SCHMELTZ I, SCHOLOTZHAUER W S. Benzo[a]pyrene,Phenols and other Products from Pyrolysis ofthe Cigarette Additive, (d,1)-menthol[J]. Nature,1968, 219(5 152) :370.

[15] 闫克玉. 烟草化学[M]. 郑州：郑州大学出版社, 2002:170-182.

InvestigationofThermalDecompositionBehaviorofβ-CaroteneinAirAtmosphereUsingThermogravimetry-CambridgeFilterTrappingDevice-GC/MS

LU Lan1,2, YANG Liu1, WU Yi-qin1, YANG Ji1,3,LI Jin-feng1,2，MENG Zhao-yu1, MOU Ding-rong1

(1.R&DCenterofHongtaTobaccoGroupCo.Ltd.,Yuxi653100,China;2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650224,China;3.SchoolofChemicalScienceandTechnology,YunnanUniversity,Kunming650091,China)

A self-designed Cambridge filter trapping device coupled with thermogravimetry/differential thermal analysis (TG/DTA) was introduced and applied to study the pyrolysis mechanism ofβ-carotene and the dynamic change of relative content of 44 evolved products in each temperature range in air. According to the TG/DTA curve drawed at 10 ℃/min heating rate and 400 mL/min of air flow, main weight loss temperature (MWLT) ofβ-carotene was gained,which was 200—450 ℃. Then the MWLT was divided into five continuous ranges at the interval of 50 ℃ to study the pyrolysis products ofβ-carotene after trapping and analysising by gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS). Trapping effect of Cambridge filter device was decided by the total peak area of the total ion chromatograms and the percentage of the actual quality loss to total quality in each temperature range. Results showed that trapping effect of the device was much better. Pyrolysis products ofβ-carotene were mainly produced in the 250—300 ℃ and 300—350 ℃. Some very important scent subtances such asβ-Cyclocitral, 5,6,7,7a-tetrahydro-4,4,7a-trimethyl-2(4H)-Benzofuranone, Irisone, 4-(2,2,6-trimethyl-7-oxabicyclo [4.1.0] hept-1-yl)-3-Buten-2-one and so on was founded. The relative content of the 44 evolved products was significantly changed with temperature range.

cambridge filter trapping device; thermogrametry/differential thermal analysis (TG/DTA); gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS);β-carotene; thermal behavior

O 657.63

A

1004-2997(2012)03-0109-09