氣相色譜分析技術發展及在煙草工業中的應用分析

摘要：氣相色譜技術作為現代分析技術中的重要手段，為推動現代化學工業的發展提供了強大的支持。同時。氣相色譜分析技術也在煙草化學研究及煙草工業的發展中得到了廣泛的應用，是煙草理化指標分析及煙氣有害成分研究等領域必不可少的分析手段，文章對此進行分析。

關鍵詞：氣相色譜；煙草化學

中圖分類號：TS47 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937(2011)24-0181-02

氣相色譜可分為氣固色譜和氣液色譜。氣固色譜的“氣”指流動相是氣體，“固”指固定相是固體物質。例如活性炭、硅膠等。氣液色譜的“氣”字指流動相是氣體，“液”指固定相是液體。例如在惰性材料硅藻土涂上一層角鯊烷，可以分離、測定純乙烯中的微量甲烷、乙炔、丙烯、丙烷等雜質。

1 GC色譜技術的發展

GC色譜的發展與下面兩個方面的發展是密不可分的。一是氣相色譜分離技術的發展，二是其他學科和技術的發展。1952年James和Martin提出氣液相色譜法，同時也發明了第一個氣相色譜檢測器。這是一個接在填充柱出口的滴定裝置，用來檢測脂肪酸的分離。用滴定溶液體積對時間做圖，得到積分色譜圖。以后，他們又發明了氣體密度天平。1954年Ray提出熱導計，開創了現代氣相色譜檢測器的時代。此后至1957年，是填充柱、TCD年代。

1958年Gloay首次提出毛細管，同年，Mcwillian和Harley同時發明了FID，Lovelock發明了氬電離檢測器(AID)使檢測方法的靈敏度提高了2—3個數量級。

20世紀60-70年代，由于氣相色譜技術的發展，柱效大為提高，環境科學等學科的發展，提出了痕量分析的要求，又陸續出現了一些高靈敏度、高選擇性的檢測器。如1960年Lovelock提出電子俘獲檢測器(ECD)；1966年Brody等發明了FPD；1974年Kolb和Bischoff提出了電加熱的NPD；1976年美國HNU公司推出了實用的窗式光電離檢測器(PID)等。同時，由于電子技術的發展，原有的檢測器在結構和電路上又作了重大的改進。如TCD出現了衡電流、橫熱絲溫度及衡熱絲溫度檢測電路；ECD出現衡頻率變電流、衡電流脈沖調制檢測電路等，從而使性能又有所提高。

20世紀80年代，由于彈性石英毛細管柱的快速廣泛應用，對檢測器提出了體積小、響應快、靈敏度高、選擇性好的要求，特別是計算機和軟件的發展，使TCD、FID、ECD、和NPD的靈敏度和穩定性均有很大提高，TCD和ECD的池體積大大縮小。

進入20世紀90年代，由于電子技術、計算機和軟件的飛速發展使MSD生產成本和復雜性下降，以及穩定性和耐用性增加，從而成為最通用的氣相色譜檢測器之一。其間出現了非放射性的脈沖放電電子俘獲檢測器(PDECD)、脈沖放電氦電離檢測器(PDHID)和脈沖放電光電離檢測器(PDECD)以及集次三者為一體的脈沖放電檢測器(PDD)，4年后，美國Varian公司推出了商品儀器，它比通常FPD靈敏度高100倍。另外，快速GC和全二維GC等快速分離技術的迅猛發展，促使快速GC檢測方法逐漸成熟。

2 氣相色譜法的特點

氣相色譜的流動相為惰性氣體，氣-固色譜法中以表面積大且具有一定活性的吸附劑作為固定相。當多組分的混合樣品進入色譜柱后，由于吸附劑對每個組分的吸附力不同，經過一定時間后，各組分在色譜柱中的運行速度也就不同。吸附力弱的組分容易被解吸下來，最先離開色譜柱進入檢測器，而吸附力最強的組分最不容易被解吸下來，因此最后離開色譜柱。如此，各組分得以在色譜柱中彼此分離，順序進入檢測器中被檢測、記錄下來。

氣相色譜法是指用氣體作為流動相的色譜法。由于樣品在氣相中傳遞速度快，因此樣品組分在流動相和固定相之間可以瞬間地達到平衡。另外加上可選作固定相的物質很多，’因此氣相色譜法是一個分析速度快和分離效率高的分離分析方法。近年來采用高靈敏選擇性檢測器，使得它又具有分析靈敏度高、應用范圍廣等優點。

3 GC色譜技術在煙草行業中的應用

3.1 卷煙商標紙中的揮發性有機化合物(VOCs)進行定量分析

目前，國際上煙草大公司對紙張類卷煙輔料均有較為嚴格的VOCs定量控制指標。主要利用頂空一氣相色譜法分析卷煙條、盒包裝紙中微量的揮發性有機化合物(VOC)苯、甲苯、乙苯、二甲苯(鄰、間、對)、乙醇、異丙醇、正丁醇、丙酮、4-甲基2-戊酮、丁酮、環己酮、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丙酯和丙二醇甲醚等。在密閉容器中和一定溫度下，試樣中的揮發性組分在氣相(頂-空)和基質(液相或固相)之間存在分配平衡。達到平衡時，將氣相部分導人氣相色譜進行分離，經基質校正后，可測定出各揮發性組分在試樣中的含量，即頂-空氣相色譜法(HS-C-C)。

3.2 與質譜技術相結合進行煙葉原料化學成分的定性和定量分析

目前，氣相色譜在煙草行業中被廣泛應用于煙葉原料中游離氨基酸、農殘、煙葉香味物質、煙葉揮發性物質的分析和研究。例如采用毛細管氣相色譜法并利用三甲基硅烷化醋化技術，對煙葉中的低級脂肪酸進行定性定量分析；利用氣相色譜儀配備氮-磷檢測器來測定煙草中的特有亞硝胺也取得了較好的效果；再造煙葉中重要致香成分(如新植二烯、巨豆三烯酮、香葉基丙酮、茄酮、苯甲醇、金合歡基丙酮、二氫獼猴內酯、十六酸甲酯等)的分析和測定。

3.3 卷煙煙氣有害成分的測定和分析

主要應用于卷煙煙氣氣相中的有害成分一氧化碳、氫氰酸、揮發性的醛類物質、揮發性的亞硝胺、氯乙烯、氮氧化物、氨、毗啶和氣相自由基等的測定。卷煙煙氣粒相中的有害成分煙草特有亞硝胺、異質環狀胺、萘胺、其他亞硝胺類、苯并芘等稠環芳烴類、單元酚及多元酚類(如兒茶酚)、固相自由基、釙210、鈾、鎳、鎘等的測定。