本發(fā)明涉及煙草質量評價
技術領域：
，特別是一種利用HS‐IMR‐MS(頂空‐離子分子反應質譜)快速評價煙草在制品質量一致性的方法。
背景技術：
：煙草在制品是指卷煙加工過程中的煙草制品，包括加工過程中的葉片、葉絲、梗絲、配方煙絲等。煙草在制品是加工過程中各種形態(tài)的煙草，化學成分非常復雜，其揮發(fā)性成分對卷煙的內在品質及風格特征具有決定性作用。對煙草在制品揮發(fā)性成分的分析，可以為工藝和調香技術人員提供技術依據(jù)，對卷煙品牌的研發(fā)和維護具有重要意義。目前，各卷煙生產(chǎn)企業(yè)對煙草在制品的質量控制主要通過外觀檢測和感官評吸進行。其中感官評價法需要把煙葉等制成卷煙，較繁瑣耗時，且感官評吸主觀性強，評吸結果會因人、因環(huán)境而異，結果準確性難以保證。針對現(xiàn)有煙草在制品質量評價中存在的問題，儀器分析手段逐漸被用于煙草在制品的質量控制研究。目前，對煙草在制品進行分析前，較為常見的處理方法有頂空、水蒸氣蒸餾、同時蒸餾萃取、加速溶劑萃取、固相微萃取等。其中頂空技術具有操作簡單，靈敏度高，能較好保證煙草原有風格特征、不易造成揮發(fā)性成分損失的優(yōu)點。在煙草在制品揮發(fā)性成分分析方面，常用到的儀器則包括氣相色譜、氣相色譜‐質譜聯(lián)用、全二維氣相色譜‐質譜聯(lián)用等。然而，由于煙草揮發(fā)性成分較為復雜，以上儀器要在短時間內測定所有揮發(fā)性組分，幾乎是不現(xiàn)實的。因此，針對現(xiàn)有煙草在制品質量控制過程中存在的耗時、需前處理、評價標準主觀性強等問題，有必要利用新型分析儀器，研究開發(fā)出更適宜的煙草在制品質量控制技術和方法。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點，提供一種操作簡便、客觀高效、無需前處理、利用HS‐IMR‐MS快速評價煙草在制品質量一致性的方法。本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種利用HS‐IMR‐MS快速評價煙草在制品質量一致性的方法，利用頂空進樣器與IMR‐MS(離子分子反應質譜)快速獲取煙草在制品中各揮發(fā)性物質離子的響應值(cps)，繪制合格品平均質譜指紋圖譜，結合相似度分析，對比合格閾值，來實現(xiàn)待測煙草在制品與合格品之間質量一致性的快速評價。所述的一種利用HS‐IMR‐MS快速評價煙草在制品質量一致性的方法，包括以下步驟：S1、樣品的準備；準備至少10批合格的同一種煙草在制品；另外準備好對應的待測煙草在制品；精確稱量上述合格品及待測樣品各0.30g置于密封的20mL頂空瓶中，將空白對照瓶、合格品瓶及待測樣品瓶按順序放置于頂空進樣器進樣盤上，并于每兩個樣品間插入空白頂空瓶，用于間隔空吸，清除管道殘留；S2、HS‐IMR‐MS儀器分析條件設置，包括以下子步驟：S21、頂空自動進樣器分析條件如下：樣品平衡溫度：50℃‐150℃，定量環(huán)溫度：50℃‐150℃，傳輸線溫度：50℃‐150℃；定量環(huán)體積：1mL；樣品平衡時間：2min‐30min；加壓時間：0.2min；環(huán)路充裝時間：0.2min；環(huán)路平衡時間：0.05min；進樣時間：1min；S22、IMR‐MS分析條件如下：打開IMR‐MS系統(tǒng)并預熱48小時以上，在IMR‐MS工作站中設置SingleMasses方法，并在該方法中進行如下參數(shù)設置：于掃描離子清單中添加質量數(shù)為16‐500的各個掃描離子，設置每種離子：掃描時間：50ms‐500ms；質譜采樣壓力：35mbar；電離試劑：Xe，試劑電離能：12.13eV，或電離試劑：Kr，試劑電離能：14.00eV；分辨率：1amu；樣品循環(huán)掃描次數(shù)：5次；S3、合格品平均質譜指紋圖譜獲??；計算合格品各離子五次掃描結果的平均值，并扣除空白對照中對應離子平均值，即得合格品各離子的響應值；以各離子的響應值和相應質量數(shù)作圖，得到合格品的質譜指紋圖譜；經(jīng)過多批次(≥10批)合格品重復測試，確定出該煙草在制品平均質譜指紋圖譜；通過平均質譜指紋圖譜可直觀了解煙草在制品所含離子質量數(shù)，質譜圖中每一個離子的響應值來源于不同化合物的分子離子或碎片離子在該質量數(shù)處的強度之和；S4、確定相似度合格閾值；將各合格品質譜指紋圖譜以及平均質譜指紋圖譜數(shù)據(jù)導入SPSS統(tǒng)計分析軟件，利用雙變量相關分析，采用皮爾遜相關系數(shù)法計算各合格品的質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜之間的相似度，根據(jù)其中最低相似度確定該煙草在制品的合格閾值，定義合格閾值為小于最低相似度2％；S5、待測樣品鑒定；按照步驟S3，得到待測樣品的質譜指紋圖譜，計算出該樣品和合格品平均質譜指紋圖譜的相似度，對比合格閾值，對待測樣品質量進行評價，如相似度計算值低于合格閾值，其質量與合格品表現(xiàn)不一致，判定為不合格樣品。所述的步驟S21中，樣品平衡時間：5min。所述的步驟S22中，樣品平衡溫度：80℃，定量環(huán)溫度：100℃，傳輸線溫度：120℃。所述的步驟S22中，于掃描離子清單中添加質量數(shù)為16‐200的各個掃描離子。所述的步驟S22中，設置每種離子：掃描時間：300ms。采用皮爾遜相關系數(shù)法計算各合格品的質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜之間的相似度的計算方法如公式1所示：式(1)中rxy即兩圖譜的相關系數(shù)，x和y代表進行相似度比較的兩張質譜指紋圖譜，其中xi和yi表示x和y的第i個數(shù)據(jù)點的響應值，和表示x和y質譜數(shù)據(jù)的均值。r描述的是兩個樣品圖譜間線性相關強弱的程度，其絕對值越大且越接近于1，兩個樣品圖譜的相似度越高，即兩樣品質量越一致；其絕對值越小且越接近于0，兩個樣品圖譜相似程度越小，即兩樣品質量越不一致。本發(fā)明適用的對象包括煙草加工過程中的葉片、葉絲、梗絲、配方煙絲、煙末，本方法也可用于葉片、葉絲、梗絲等的年份、產(chǎn)地的質量差異性研究。離子分子反應質譜(IMR‐MS)是一種新型軟電離質譜技術，其原理是使用具有低能量(10eV‐14eV)的離子束使待測氣體分子完全離子化，從而被電四極桿濾質器分離，產(chǎn)生信號。采用IMR‐MS技術，測量過程快速，選擇性高且干擾少，選擇適合的電離試劑，就可實現(xiàn)對樣品全揮發(fā)性成分分析。在本發(fā)明中，將頂空進樣器與IMR‐MS串聯(lián)，使其成為一種集樣品采集、進樣、分析為一體的揮發(fā)性成分分析技術，就可為煙草在制品質量控制提供一種操作簡便、客觀高效、無需前處理的快速分析方法。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1、選用頂空進樣，操作簡單，靈敏度高，能較好保證煙草原有風格特征，不易造成揮發(fā)性成分損失。2、采用IMR‐MS分析，選擇適合的電離試劑，可實現(xiàn)對樣品全揮發(fā)性成分分析。3、采用IMR‐MS分析，分析靈敏度高，干擾少，分析時間短，適合大批量樣品分析。4、通過合格品平均質譜指紋圖譜，可直觀表征煙草在制品揮發(fā)性成分質量數(shù)情況，結合相似度合格閾值判定，評價方法簡單實用、標準客觀，分析過程重復性好，結果穩(wěn)定準確，可實現(xiàn)將煙草揮發(fā)性成分分析數(shù)據(jù)用來指導煙草在線生產(chǎn)質量控制。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例1中云煙(紫)配方煙絲合格品平均質譜指紋圖譜。圖2為本發(fā)明實施例3中云煙(紫)配方煙絲合格品平均質譜指紋圖譜。圖3為本發(fā)明實施例4中云煙(軟珍品)配方煙絲合格品平均質譜指紋圖譜。圖4為本發(fā)明實施例5中梗絲合格品平均質譜指紋圖譜。具體實施方式下面結合實施例及附圖對本發(fā)明做進一步的描述：實施例1：一種利用HS‐IMR‐MS快速評價煙草在制品質量一致性的方法，利用頂空進樣器與IMR‐MS快速獲取煙草在制品中各揮發(fā)性物質離子的響應值(cps)，繪制合格品平均質譜指紋圖譜，結合相似度分析，對比合格閾值，來實現(xiàn)待測煙草在制品與合格品之間質量一致性的快速評價。具體包括以下步驟：S1、樣品的準備分別選取10批于2016年5月‐7月生產(chǎn)的云煙(紫)配方煙絲合格樣品，及3批于2016年8月生產(chǎn)的云煙(紫)配方煙絲作待測品進行實驗。精確稱量上述10批合格品及3批待測樣品各0.30g置于密封的20mL頂空瓶中，將空白對照瓶、合格品瓶及待測樣品瓶按順序放置于頂空進樣器進樣盤上，并于每兩個樣品間插入空白頂空瓶。S2、HS‐IMR‐MS儀器分析條件設置S21、頂空自動進樣器分析條件如下：樣品平衡溫度：80℃，定量環(huán)溫度：100℃，傳輸線溫度：120℃；實際應用中，以上三個溫度可根據(jù)樣品于50℃‐150℃范圍選擇；定量環(huán)體積：1mL；樣品平衡時間：5min，實際應用中，樣品平衡時間可根據(jù)樣品于2min‐30min范圍內選擇；加壓時間：0.2min；環(huán)路充裝時間：0.2min；環(huán)路平衡時間：0.05min；進樣時間：1min；S22、IMR‐MS分析條件如下：打開IMR‐MS系統(tǒng)并預熱48小時以上，在IMR‐MS工作站中設置SingleMasses方法，并在該方法中進行如下參數(shù)設置：于掃描離子清單中添加質量數(shù)為16‐200的各個掃描離子，實際應用中，也可根據(jù)樣品于16‐500質量數(shù)范圍內選擇掃描段；設置每種離子：掃描時間：300ms，實際應用中，掃描時間也可根據(jù)樣品于50ms‐500ms范圍內選擇；質譜采樣壓力：35mbar；電離試劑：Xe，試劑電離能：12.13eV，實際應用中也可根據(jù)測定需求選擇電離試劑：Kr，試劑電離能：14.00eV；分辨率：1amu，樣品循環(huán)掃描次數(shù)：5次。S3、合格品平均質譜指紋圖譜獲取計算合格品各離子五次掃描結果的平均值，并扣除空白對照中對應離子平均值，既得合格品各離子的響應值。以各離子的響應值和相應質量數(shù)作圖，得到合格品的質譜指紋圖譜。經(jīng)過多批次(10批)合格品重復測試，確定出平均質譜指紋圖譜。云煙(紫)配方煙絲合格品平均質譜指紋圖譜如圖1所示。方法重復性考察為驗證以上測定方法的穩(wěn)定性，考察了該方法的日內、日間重復性：取第1批待測樣品，重復6次上述HS‐IMR‐MS測定步驟，計算第1批待測樣品質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜的相似度，考察該方法的日內重復性，結果如表1所示；于5日內，每日重復1次實驗，考察該方法的日間重復性，結果如表2所示。表1和表2的結果顯示，質譜指紋圖譜相似度的相對標準偏差均小于3％，該方法具有很好的重復性和穩(wěn)定性。表1HS‐IMR‐MS法的日內重復性考察結果(n＝6)相關系數(shù)(％)r1r2r3r4r5r6平均值RSD％1#～平均98.5197.2698.3298.8797.8197.1397.980.70表2HS‐IMR‐MS法的日間重復性考察結果(n＝5)相關系數(shù)(％)r1r2r3r4r5平均值RSD％1#～平均98.3296.9398.9097.9697.3897.890.77S4、確定相似度合格閾值將各合格品質譜指紋圖譜以及平均質譜指紋圖譜數(shù)據(jù)導入SPSS19.0統(tǒng)計分析軟件，利用雙變量相關分析，計算各合格品質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜之間的相似度，根據(jù)其中最低相似度確定云煙(紫)配方煙絲的合格閾值，相似度計算結果如表3所示。由表3可知，第7批合格品質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜具有最低相似度，為96.88％，故確定云煙(紫)配方煙絲的相似度合格閾值為95.0％。表3合格云煙(紫)配方煙絲質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜相似度S5、待測樣品鑒定按照步驟(3)，得到待測樣品的質譜指紋圖譜，計算出待測樣品質譜指紋圖譜和平均質譜指紋圖譜的相似度，對照合格閾值，對待測樣品質量進行評價，評價結果如表4所示。由表4可知第1批和第3批待測品相似度計算結果高于合格閾值95.0％，是合格的云煙(紫)配方煙絲，第2批待測瓶相似度計算結果低于合格閾值95.0％，與合格品表現(xiàn)不一致，將其判定為不合格品。3批待測云煙(紫)配方煙絲鑒定結果與感官評價法的鑒定結果一致，驗證了HS‐IMR‐MS法的正確性。表4云煙(紫)配方煙絲待測品質量判定結果樣品批次相似度(％)合格閾值(％)判定結果197.9895.0合格293.2495.0不合格396.9495.0合格本方法適用的對象包括煙草加工過程中的葉片、葉絲、梗絲、配方煙絲、煙末，本方法也可用于葉片、葉絲、梗絲等的年份、產(chǎn)地的質量差異性研究。實施例2按照實施例1進行實施，并在以下方面做相應調整：將實施例1中的第1批待測云煙(紫)配方煙絲分別摻入云煙(軟珍品)配方煙絲10％，20％，30％，40％(質量分數(shù))，分別標記為1‐A，1‐B，1‐C，1‐D。以1‐A～1‐D作為實施例2的待檢測樣品進行實驗，考察HS‐IMR‐MS法的靈敏度，質量評價結果如表5所示。由表5可知，摻配煙絲質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜的相似度均低于合格閾值，與合格品表現(xiàn)不一致，故判定為不合格品。表5摻配的云煙(紫)配方煙絲質量判定結果樣品編號相似度(％)合格閾值(％)判定結果1‐A94.7895.0不合格1‐B94.0295.0不合格1‐C92.5695.0不合格1‐D89.0895.0不合格實施例3為考察不同電離試劑對樣品檢測分析的影響，實施例3按照實施例1的步驟(1)～(3)實施，并在以下方面做相應調整：在步驟(2)中，IMR‐MS分析條件如下：打開IMR‐MS系統(tǒng)并預熱48小時以上，在IMR‐MS工作站中設置SingleMasses方法，并在該方法中進行如下參數(shù)設置：于掃描離子清單中添加質量數(shù)為16‐200的各個掃描離子，設置每個離子：掃描時間：300ms，質譜采樣壓力：35mbar，電離試劑：Hg，試劑電離能：10.44eV，分辨率：1amu，樣品循環(huán)掃描次數(shù)：5次。由實施例3得到的云煙(紫)配方煙絲合格品平均質譜指紋圖譜如圖2所示。比較圖1和圖2發(fā)現(xiàn)，兩圖差異很大，由Xe做電離試劑的質譜圖中，主峰包括m/z18，19，31，37，43，45，60；由Hg做電離試劑的質譜圖中，主峰為m/z37，44，45，而m/z18(水)的響應信號非常微弱。水分是卷煙生產(chǎn)過程的一個重要控制指標，所以選擇Hg做電離試劑時，反映不了樣品的真實情況，不宜選擇。為考察本發(fā)明對其他煙草在制品分析的適用性，實施例4～5按照實施例1進行實施，并在以下方面做相應調整：實施例4實施例4中，分別選取10批于2016年5月‐7月生產(chǎn)的云煙(軟珍品)配方煙絲合格樣品，及2批于2016年8月生產(chǎn)的云煙(軟珍品)配方煙絲作待測品進行實驗。IMR‐MS參數(shù)設置中，于掃描離子清單中添加質量數(shù)為16‐150的各個掃描離子，其余按照實施例1進行實施。合格云煙(軟珍品)配方煙絲的平均質譜指紋圖譜如圖3所示，各合格品質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜相似度計算結果如表6所示，待測云煙(軟珍品)配方煙絲質量判定結果如表7所示。由表6可知，第6批合格云煙(軟珍品)質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜具有最低相似度，為95.89％，故確定云煙(軟珍品)配方煙絲的相似度合格閾值為94.0％。由表7可知第1批和第2批待測云煙(軟珍品)配方煙絲相似度計算結果高于合格閾值94.0％，判定為合格的云煙(軟珍品)配方煙絲。此判定結果與感官評價法的結果一致。表6合格云煙(軟珍品)配方煙絲質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜相似度表7云煙(軟珍品)配方煙絲待測品質量判定結果樣品批次相似度(％)合格閾值(％)判定結果197.8294.0合格296.1494.0合格實施例5實施例5中，分別選取10批于2016年4月‐7月生產(chǎn)的同一種梗絲合格品，及2批于2016年7月‐8月生產(chǎn)的該種梗絲作待測品進行實驗。IMR‐MS參數(shù)設置中，于掃描離子清單中添加質量數(shù)為16‐150的各個掃描離子，其余按照實施例1進行實施。合格梗絲的平均質譜指紋圖譜如圖4所示，各批合格梗絲質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜相似度計算結果如表8所示，待測梗絲質量判定結果如表9所示。由表8可知，第3批合格梗絲與平均質譜指紋圖譜的相似度最低，為96.42％，故梗絲的相似度合格閾值為94.5％。由表9可知第1批待測梗絲相似度值高于合格閾值94.5％，判定為合格梗絲，第2批待測梗絲相似度值低于合格閾值94.5％，將其判定為不合格品。表8合格梗絲質譜指紋圖譜與平均質譜指紋圖譜相似度表9梗絲待測品質量判定結果樣品批次相似度(％)合格閾值(％)判定結果198.2694.5合格294.1894.5不合格當前第1頁1 2 3