振荡萃取/微波消解-连续流动法测定卷烟烟丝中钾含量的比较研究

朱 萍，杨金龙，张瑞婷，王文婷，郝华玲，程利侠

(甘肃烟草工业有限责任公司技术研发中心，甘肃 兰州 730050)

众所周知，钾元素的存在对卷烟的燃烧性能具有很大的影响，这是因为其具有助燃性，能够使得卷烟的燃烧过程加快[1]，而影响燃烧的钾元素主要存在于卷烟纸和烟丝中。因此，准确测定卷烟纸和烟丝中的钾元素含量对于控制卷烟质量有积极作用。

目前已知的卷烟产品及辅料中钾元素的测定方法主要有连续流动法[2-3]、原子吸收光谱法[4]、离子色谱法[5]和电感耦合等离子体法(ICP-MS)[1]等，但在卷烟烟丝中钾含量的测定最常用的却是连续流动法，这是因为连续流动法较其他几种方法来说，它快捷方便、省时经济、准确度也高，且其在烟草化学成分分析中的应用更加广泛。在本研究中继续选用连续流动法，不过前处理选用一种微波消解的方式来对样品进行处理，再与行业标准采用的萃取振荡的前处理方式的测定结果进行对比研究，通过研究这两种前处理方法带来的差异性并对其量化[6]，为控制卷烟产品质量做好理论基础工作。

1 实验部分

1.1 样品、仪器与试剂

烟丝样品：S1，S2，S3由本单位提供，分别代表三种不同规格的卷烟烟丝。

仪器：Milli-Q超纯水机(美国Millipore公司)；连续流动分析仪(AA3，德国SEAL公司)；微波消解仪(Multiwave 3000型，Anton Paar公司)；电子分析天平(MSA224S-CE型，德国Sartorius公司)；回旋振荡器(HY-5，国华电器有限公司)；火焰光度计(Flame Photometer 410，英国Sherwood公司)。

试剂：65%浓硝酸(优纯级，德国默克公司)；35%双氧水(优纯级，美国Acros公司)；超纯水(电阻率18.2 MΩ·cm)；氯化钾基准物质(GB10736-2008，天津科密欧化学试剂有限公司)。

1.2 实验方法

振荡提取：称取0.25g(精确至0.0001 g)烟草样品于50 mL三角瓶中，加入25 mL超纯水，加塞，在振荡器上振荡萃取30 min。用定性滤纸过滤，弃去前几毫升滤液，收集后续滤液，用连续流动分析仪进行测定。

微波消解：称取0.1 g(精确至0.0001 g)烟草样品放置于微波消解罐中，加入5 mL65%硝酸和2 mL35%双氧水，旋紧密封后用微波消解仪消解(消解程序如表1所示)。冷却至室温后，将消解罐内的溶液用超纯水冲洗两次，所得洗液一起合并于50 mL容量瓶中，用超纯水定容至50 mL，混合摇匀，用连续流动分析仪进行测定，具体测定方法参考烟草行业标准YC/T 217-2007[2]。

表1 微波消解参数

2 结果与讨论

2.1 工作曲线和检出限

根据前处理方式的不同(振荡萃取和微波消解)，配制钾的不同浓度系列标准溶液，然后用流动分析法对其进行测定得到两种方式下的不同工作曲线。其中，采用振荡萃取前处理方式时，选用的钾标准溶液母液为1.0 mg/mL，系列浓度溶液直接进样测定；而采用微波消解方式时，选用的钾标准溶液母液为10 mg/mL，系列浓度溶液先微波消解，定容后进样测定，具体可以参考烟草行业标准《YC/T 161-2002 烟草及烟草制品 总氮的测定 连续流动法》[7]。用最低浓度标准溶液进行10次测定得到检出限(计算10次连续测定的标准偏差，检出限为3倍标准偏差)。工作曲线和检出限结果如表2所示。

表2 工作曲线和检出限

2.2 回收率

选取卷烟监控样品，按照实验方法，称取0.1 g样品于微波消解罐中，分别加入K标准溶液(0.1 mL、0.2 mL和0.4 mL)进行微波消解-连续流动法测定，结果见表3。结果表明，用该方法测定烟叶中钾含量的加标回收率分别为102.3%，102.8%，104.2%，说明该方法的回收率较好。

表3 回收率

2.3 精密度

采用两种前处理方法(振荡萃取和微波消解)对三个卷烟烟丝样品中的钾含量进行了重复性测定，结果见表4。由表可知，用微波消解-连续流动法测定三个烟叶样品中钾含量的RSD(相对标准偏差)分别为1.10%，0.50%，1.04%，表明该方法精密度高。

表4 精密度 %

2.4 两种检测方法的钾含量显著性差异分析

根据文献报道[6]，使用配对-t检验进行显著性分析的前提条件是两组数据符合正态性分布，这是Person法的适宜要求，这是因为不服从正态分布的数据可能会对-t检验产生影响。

将表4中的S1的数据在Minitab软件中进行正态性检验分析，结果如图1和图2所示。图1是用振荡萃取-流动分析法测试样品结果所得的正态性检验，P = 0.057 > 0.05，图2是用微波消解-流动分析法测试样品结果所得的正态性检验，P = 0.808 > 0.05，说明用振荡萃取/微波消解-流动分析法测试样品的结果都服从正态分布。

图1 振荡萃取-流动分析法所测样品的正态性检验结果

图2 微波消解-流动分析法所测样品的正态性检验结果

基于两个样本均满足正态分布的要求，对其进行配对-t检验，详细数据见表5。用Minitab软件进行显著性检验分析，平均差的95%置信区间为(0.1554，0.2313)，P值=0.000，且小于0.05，表明两种方法测得的结果存在显著性差异。

表5 振荡萃取/微波消解-流动分析法的配对-t

2.5 两种检测方法的钾含量相关性分析

图3 两种方法检测钾含量结果的相关性分析

通过检测不同样品S1，S2，S3中钾的含量，运用Minitab软件使两种检测方法检测烟叶中钾的差异得到量化。将表5中的检测结果，采用Minitab软件中的回归分析两种检测方法之间是否存在较好的相关性。由图3可知，从R2=1.000计算得R=1.000>0.95，说明在两种不同前处理方法下测得结果之间存在高度的线性关系，且线性关系公式为微波消解= -0.3107+1.221震荡萃取，从而实现达到量化两种测试方法之间差异的目的。

3 结论

建立了烟草制品中钾元素的微波消解-连续流动法，对烟草制品中钾的含量进行测定，该方法精密度、重复性和加标回收率都较好，且该前处理方法与振荡萃取相比，具有样品消解完全，自动化程度高等优点，适合烟草制品中钾含量的测定。与烟草行业标准方法YC/T217-2007对比，微波消解/震荡萃取-连续流动法这两种方法存在显著性差异。尽管两种方法对钾含量的测定存在差异性，但通过Minitab软件实现了两种方法的量化，存在高度的线性关系，公式为微波消解= -0.3107+1.221震荡萃取。