烟草中总挥发酸含量的分析方法研究

第ｌ７卷第１期　２００２年３月　郑州轻工业学院学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＺＨＥＮＧＺＩ－ＩＯＵ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＬＩＧＨＴ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ（Ｎａｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　ＶｏＩ．１７　Ｎ。１　Ｍ且ｒ　２０　文章鳙号：ｔ００４—１４７８｛２００２）０１一Ｏ００３一ｏ４　・烟草科学与工程・　烟草中总挥发酸含量的分析方法研究　贾春晓　曲志刚　，　毛多斌　，　田宁亚　，　张文叶　，　张俊松　（１．郏州轻工业学院化学工程系，河南郑州４５０００２；　２．北京卷烟厂，北京１０００２４；　３．郑州轻工业学院食品与生物工程系，河南郑州４５０００２）　摘要：通过对烟苹中挥发酸总量分析的全过程进行研究，确定出该项分析的最佳条件为：１０　ｇ烟样，　用磷酸溶液调节其初始ｐＨ＝２．０，用去离子水进行水蒸气蒸馏８０　Ｉｎｉｎ，接收馏出液４００　ｍＬ（挥发酸　总量≤０．３％时接收３００　ｍＬ），用苯酚红作指示荆（或采用自动电位滴定，终点ｐＨ＝８．０）．在此条件　下，纯样品的回收率可迭９６．ｏ４％．　关键词：悃苹；挥发酸；定量分析　中图分类号：ＴＳ４１　１　文献标识码：Ａ　０引言　烟草在生长发育和碳水化合物代谢过程中可产生近百种有机酸，不同品种的烟草所含有机酸的种类基　本相同，但各种酸的含量相差很大；即使同一品种的烟草，其叶片与烟梗中的有机酸含量也有差别．烟草中的　有机酸太体上可分为挥发性酸和不挥发性酸两类，其中分子量较小的（１０个碳以下的）一元酸都具有挥发　性，而６个碳以下的一元酸挥发性较强．烟草中所含的挥发酸主要是甲酸和乙酸…．挥发酸的含量对烟质有　较大影响，含量适宜时，烟气吃昧醇和，香气浓部，清爽润喉，但挥发性较强的（甲、乙、丙）酸刺激性较大．所　以，分析和研究烟草中挥发酸的种类和含量对了解烟草的内在质量特点具有重要意义．　分离烟草中的挥发酸一般采用水蒸气蒸馏或同时蒸馏萃取的方法　］，分析含量采用酸碱滴定法［　］．　烟草中的挥发酸多以盐的形式存在，通常先在烟末中加人适量磷酸溶液使其游离出来，而按文献［１］所述方　法加人磷酸溶液后，测得其初始ｐＨ＝３—４，该酸度较低，不足以使酸性较强的甲酸、乙酸等全部游离出来；蒸　出挥发酸时，园其沸点较低，故蒸馏速度太快时，挥发损失较大，而文献［１］中对馏出速度没有控制，文献［３］　采用倒滴的方法来减少挥发损失，即把蒸出的有机酸用一定量过量的ＮａＯＨ标准溶液吸收，但用该方法分离　出的有机酸仍以钠盐形式存在，不利于进一步对其进行全面分析；蒸馏时，接收体积的大小直接影响分析结　果，此种情况上述文献未提到；采用酸碱滴定法测定挥发酸含量时，文献［１］用酚酞指示剂指示滴定终点，而　馏出液中有机酸含量很低，尽管终点生成强碱弱酸盐，但酸的初始浓度很低时，酚酞指示剂仍使终点明显滞　后，并且由于烟草中挥发酸种类较多，其　常数相差不太，使终点ｐＨ突跃不明显，故如果指示剂选择不合　适，将会给分析结果带来较大误差．针对以上情况，有必要对挥发酸含量分析全过程中的主要影响因素进行　全面分析，找出各因素对纯样品回收率的影响规律，确定最佳分析条件，以便更准确地得到挥发酸含量的定　量结果．同时，在此条件下分离出的挥发酸更能代表烟草中所含挥发酸的原貌，为进一步对烟草中各挥发酸　进行定性、定量分析奠定基础．　收稿自期：２００１—１２—１０　作者简介：重喜晚（１蛳一），士，河南省南阳市人，郜州轻工韭学院副教授，硕士，主要从事有机分析研竞　维普资讯 http://www.cqvip.com

４　郑州轻工业学院学报（自然科学舨Ｊ　２Ｏ０２正　１实验　１．１主要原料及仪器　主要原料：氢氧化钠、冰醋酸、已酸，ＡＲ，上海华彭实业有限公司产；碳酸氢钠，ＡＲ，上海虹光化工厂产；磷　酸，ＡＲ，河南省化工研究所产；邻苯二甲酸氢钾，ＡＲ，上海三浦化工有限公司产；ｐＨ＝４．００和ｐＨ：９．１８　（２５℃）标准缓冲溶液；酚酞指示剂（１％）；苯酸红指示剂（０．１％）；各种烟样（用研磨机粉碎，过４０目筛）．　实验仪器：ＰＨｓ一３ｃ型精密酸度计，厦门分析仪器厂产；ｚＤ一２型自动电位滴定仪，上海分析仪器厂产；　ＬＡ２３０Ｓ型电子天平，德国Ｓａｒｔｏｆｉｕｓ公司产；２３１型玻璃电极、２３２型甘汞电极，上海伟业仪器厂产；水蒸气蒸馏　装置；酸碱滴定所用各种玻璃仪器等．　１．２烟草总挥发酸的测定方法　１）在ＬＡ２３０Ｓ型电子天平（精度为万分之一）上准确称取约１０　ｇ烟样置于２５０　ｍＬ圆底烧瓶中，加入无　ＣＯ２蒸馏水３０　ｔｉｌ１　，１０％磷酸溶液２０　ｍＬ，使溶液ｐＨ＝２，将结台态有机酸游离出来　２）将烧瓶连接于蒸馏装置，进行水蒸气蒸馏，控制馏出液馏出速度，使８Ｏ　ｍｉｎ接收馏出液４００　ｍＬ，停止　蒸馏．　３）方法ａ：在馏出液中加入苯酚红指示剂约２Ｏ滴，使溶液呈淡黄色，并加热至６０℃，用０．０２　ｍｏｌ・Ｌ　ＮａＯＨ标准溶液滴定至橙红色，即为终点，记录消耗ＮａＯＨ标准溶液体积　．　方法ｂ：采用自动电位滴定，用ｚＤ一２型自动电位滴定仪，２３１型玻璃电极作指示电极，２３２型甘汞电极　作参比电极，先后用ｐＨ＝４．００和ｐＨ＝９．１８的标准缓冲溶液校正仪器，再把滴定终点ｐＨ值定为８．０，把馏出　液加热到６ｏ℃，然后用０　０２　ｔｏｏｌ・Ｌ。。ＮａＯＨ标准溶液滴定，记录消耗ＮａＯＨ标准溶液体积Ｖ　４）在不加烟样的情况下，同上过程做空白实验，记录消耗ＮａＯＨ标准溶液体积　．　５）结果计算　挥发酸（以醋酸计）台量：（１　箸　毒杀　×ｌ００％　式中　，ｖｏ——消耗ＮａＯＨ标准溶液体积／Ｌ　ｃ——Ｎａ０Ｈ标准溶液浓度／ｔｏｏｌ・Ｌ　０．０６００５——醋酸的毫摩尔）￣ｉ／ｇ・（ｍ￣ｎｏ１）　——烟样重／ｇ　２结果与讨论　２．１利用正交试验确定最佳蒸馏时间、馏出体积和初始酸度　在测定烟草中挥发酸时，初步实验过程中发现上述操作方法１）将烟草中结台态有机酸游离出来时，加　人１０％磷酸的量，即溶液的初始酸度，对结果影响很大；方法２）蒸出挥发酸时，馏出速度及接收体积均对实　验结果产生影响．所以，必须考察　上几种因素对实验结果的影响程度，从而确定最佳实验条件．为此，选择　了　（３　）正交试验法＿４　敏回收率实验．考虑到本项研究的目的是测定烟草中挥发性较强的有机酸总量，因此　选择分析纯的乙酸和已酸做回收率实验．　２．１．１实验方法　１）乙酸标准溶液的配制：用吸量管准确量取分析纯乙酸２　００　ｍＬ，放人１０（３０　ｍＬ容量瓶中，用无ｃｏ２蒸馏　水稀释、定容．该标准溶液浓度Ｃ＝０．０３４９３　ｔｏｏｌ・Ｌ～．　２）已酸钠标准溶液的配制：用吸量管准确量取分析纯已酸２．００　ｍＬ，放八１０００　ｍＬ容量瓶中，用　０．０１６Ｏ０　ｔｏｏｌ・Ｌ。。ＮａＨＣＯ　溶液稀释至刻度，形成已酸钠标准溶液，该标准溶液浓度Ｃ＝０．０１５９６　ｔｏｏｌ・Ｌ～．　３）每次实验取１６　６８　ｍＬ乙酸标准溶液和８．１０　ｍＬ已酸钠标准溶液放人２５０　ｍＬ圆底烧瓶中（其中乙酸含　量为０．０３５　ｇ，把已酸钠折台成已酸，其含量为０　０１５　ｇ，两者共０．０５　ｇ，乙酸占７０％，已酸占３０％），加入２０　ｍＬ　无Ｃ０２蒸馏水，然后加ｌＯ％磷酸调节初始酸度，把烧瓶连接于水蒸气蒸馏装置，按表ｌ中的实验条件进行水　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　贾春晓等：烟草中慧挥发酸音量的舟析方法研究　蒸气蒸馏，每１０　ｍＬ馏出液中加入苯酚红指　示剂，加热至６ｏ℃，用０．０２　ｍｏｌ・Ｌ　ＮａＯＨ标　表１　（３　）正交试验表　准溶液滴定至橙红色，并在相同条件下作空　白实验，计算出回收率如表１所示．　２．１．２结果分析　本试验对蒸馏时间、接收体积和初始酸　度３个因素分别取３个水平，根据实验结果，　计算出每个因素在３个水平点的平均回收　率，然后绘制因素与指标趋势图，如图１　所示．　替　擎　回　静　擎　回　静　擎　国　２　３　４　燕馏时间ｆｍｉｔｔ　扔始ｐＨ值　图１　蒸馏时间、接收体积、初始ｐＨ值对回收率的影响趋势图　从图１可以看出，３个因素中，初始ｐＨ值对回收率影响最大，接收体积敬之，蒸馏时间影响最小．在蒸馏　时间的３个水平中　８０　ｍｉｎ时平均回收率最高，说明蒸出速度太快时，挥发损失较大，而速度太慢时，蒸气压　力较低．一部分挥发酸不被蒸出，故该因素的最佳条件为８０　ｍｉｎ；在接收体积的３个水平中，体积越大，平均　回收率越高，但３００　ｍＬ以后，回收率增加明显缓慢，故接收体积的最佳条件为４００ｍＬ；初始ｐＨ值对回收率的　影响趋势表明，ｐＨ值越小，平均回收率越大，从理论上可推算出在ｐＨ＝３—４时，烟草中酸性较强的挥发酸　（甲・酸、乙酸）不能全部游离出来，一部分以钠盐形式存在，当ｐＨ＝２—３时，已全部游离出来，图１也表明ｐＨ　值由４减小到３时　平均回收率增加很快，当ｐＨ值由３减小到２时，平均回收率变化已很缓慢，结合理论推　算值．可把ｐＨ＝２．０作为该指标的最佳条件．　２．１．３确定不同挥发酸总■时的最佳接收体积　表１正交试验中．乙酸和已酸总量为０．０５　，相当于１０　ｇ含量为０．５％的烟样中的挥发酸量．挥发酸总量　不同，蒸馏时需接收的体积也不同，故本实验又对总量为０．０３　ｇ的挥发酸标样（含乙酸７Ｏ％．已酸３０％）作了　回收率实验，初始酸度定为ｐＲ＝２．０，蒸馏时间为８０ｒａｉｎ，结果如表２所示．　由表２可知，当样品中挥发酸总量≤０　３％时，最佳接收　体积为３００　ｍＬ，则按２．１．２所确定条件测烟样时，如果挥发酸　总量≤０．３％，在做平行实验时，可接收３００　ｍＬ．　２．２滴定终点及其他条件确定　据文献［１：报道，当从烟草中蒸馏出挥发酸，用ＮａＯＨ标　表２接收体积与回收率的关系　准溶液滴定其含量时，采用酚酞作指示剂，当酚酞由无色变微红时即为终点．酚酞变色范围为ｐＨ＝８～１０，当　溶液呈微红色时，ｐＨ　９．但从理论上推算，终点ｐＨ《９．按０．０５　ｇ乙酸溶于４００　ｍＬ蒸镏水中，用０．０２　ｔｏｏｌ・Ｌ　ＮａＯＨ标准溶液滴定，可计算出化学计量点ｐＨ　８．０３；按０　０５　ｇ已酸的４００　ｍＬ溶液计算，化学计量点ｐＨ一　７．９ｏ．所以，用酚酞指示滴定终点会使终点滞后＋可改用苯酚红指示剂确定终点．苯酚红变色点ｐＨ＝８　０．呈　橙红色．故此，做了以下回收率实验：准确移取２５．００　ｍＬ乙酸标准溶液（其中含乙酸０．０５２４４　ｇ）于２５００　ｒＩ１Ｌ锥　形瓶中（取２份），用无ｃ０２蒸馏水稀释至４００　ｍＬ，分别加入２０滴酚酞指示剂和２０滴苯酚红指示剂，加热至　６ｏ℃后，用０　０２　ｍｏｌ・Ｌ　ＮａＯＨ标准溶液分别滴定至微红色和橙红色，此时，用已校正的ＰＨｓ一３ｃ型精密酸　维普资讯 http://www.cqvip.com

６　郑州轻工业学院学报ｃ自然科学版　２００２正　度计测出两锥形瓶中溶液的ｐＨ值分别为８．８０和８．００，而计算出的回收率分别为１０４．７％和１００．１％．实验结　果说明，苯酚红指示剂可正确指示滴定终点，而用酚酞指示终点误差太大．也可采用自动电位滴定，设定终点　ｐＨ＝８．０．　本文还对水蒸气蒸馏时可否用自来水发生水蒸气进行了实验，结果表明，用自来水发生水蒸气时，空白　值很大，甚至比１０　ｇ烟样中的挥发酸测定值（用去离子水发生水蒸气）还大，原因是自来水消毒时加入了少　量氯气，氯气与水作用生成次氯酸和盐酸，而次氯酸在加热时也可分解出盐酸，生成的ＨＣＩ随水蒸气带出成　为空白值，该空白值大且不固定，较难准确扣除；而用去离子水发生水蒸气时，空白值很小且重现性好，容易　扣除．故本实验在进行水蒸气蒸馏时选用去离子水．　３结论　本文通过对烟草中挥发酸总量分析的全过程进行详细研究，找出了主要影响因素，用正交试验法确定了　蒸馏时间、接收体积和初始酸度这些因素的最佳水平，并通过合理地选择指示剂等其他实验条件，确定出该　项分析的晟佳条件为：初始酸度ｐＨ＝２．０，用去离子水进行水蒸气蒸馏８ｏ　ｍｉｎ，接收馏出液４００　ｍＬ（挥发酸总　量≤０．３％时，接收３００　ｍＬ），用苯酚红作指示剂，或用自动电位滴定，终点ｐＨ＝８．０．在此条件下，纯样品的回　收率含量可达９６　０４％．该项研究不仅较准确地测定了挥发酸总量，同时也为全面分析其中单个有机酸含量　奠定了基础　参考文献：　［Ｉ］　张槐苓，葛翠英，穆怀静，等．烟草分析与检｛疃０［Ｍ］．郑州：河南科学技术出版社，１９９４．２１８—２２５．　［２］　李炎强，胡有持，王异，等．烤烟叶片与蛔梗挥发性、半挥发性酸性成分的研究［Ｊ］．中国烟草学报，２００１，　７（１）：ｌ一５．　［３］　阎克玉，李　溲，李成刚，等．烤烟国家标准（加缎）河南烟叶水浸液ｐＨ值、总酸度和总挥发酸含量的研　究［Ｊ］．烟草科技，１９９７，（４）：１６—１８．　［４］　林维宣．试验设计方法［Ｍ］．大连：大连海事大学出版社，１９９５．１１８—１３８．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｖｏｌａｔｉｌｅ　ａｃｉｄｓ　ｉｎ　ｔｏｂａｃｃｏ　ＪＩＡ　Ｃｈｕｎ・ｘｉａｏ　，　ＱＵ　Ｚｈｉ－ｇａｎ　，ＭＡＯ　Ｄｕｏ－ｂｉｎ。，ＴＩＡＮ　Ｎｉｎｇ．ｙａ２，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎ．　，ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ－Ｂｌ】　（１　Ｄｅｐｔ　ｏｆＣｈｅｍ．Ｅｎｇ．，　Ⅱ，Ⅲ　ｏｆ　ｌ，ｕｔ，Ｚｈｅｒ，ｇ＆ｏ￣４５０００２，‰；　２　Ｂｅ￣ｍｇ　Ｃｉｇａｒｅｔｔｅ　Ｆａｃｔｏｒｙ，＆　１０００２４，Ｃｈｉｎａ；　３脚ｆ．ｏｆＦｏｏｄ　ａｎｄ　Ｂｉｏｌｏｇｙ　Ｅｎｇ．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕｌｒｔｓｔ．ｏｆＬｉｇｈｔ　．，胁　ｕ　４５０００２，吼　）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｔａｉＩｅｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　０ｎ　ｑｕａｎｆｉｔ￣ｉｖｅ＆ｒｌｌａｖｓｉｓ　ｏｆ　ｔｏｔａｌ　ｖｏｌａｔｉｌｅ　ａｃｉｄｓ　ｉｎ　ｔｏｂａｃｃｏ　ＷａＳ　ｒｅｐｏｒｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ＷＩｔ８　ｏｂｔａｉｎｉｎｇ：ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ　ａｃｉｄｉｔｙ（ｐＨ）ｏｆ　１０　ｇ　ｔｏｂａｃｃｏ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｔｏ　２．０　ｂｙ　Ｈ３１＝＇０４　ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｄｉｓｔｉｌｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｆｏｒ　８０　ｍｉｎ　ｕｓｉｎｇ　ｄｅ－ｉｏｎｉｚｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｂ　ｓｔｅａｍ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ　４ＯＯ　ｍＬ　ｏｒ　３ＯＯｍＬｉｎｔｈｅ　ｐａｒａｌｌｅｌ　ｄｅｔｅｍａｉｎａｔｌｏｎｓ　ｗｈｅｎｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｅｎｔｏｆｔｏｔａｌ　ｖｏｌａｔｉｌｅ　ａｃｉｄｓｉｎｔｏｂａｃｃｏ　ＷａＳ≤０．３％，ｐｈｅｎｏｌ　ｒｅｄＷａＳ　ｕｓｅｄ舾ｉｎｄｉｃａｔｏｒ　ｏｒ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｌｒｉｃ　ｔｉｔｒａｔｉｏｎ　ｃａｒｌ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｎｄ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｐＨ　Ｗａ￥８．０．Ｔｈｅ　ｆｅｃｏｖｅｌ￣ｏｆ　ｐｕｒｅ　ｍａｔｔｅｒｓ　ｒｅａｃｈｅｄ　ｕ口ｔｏ　９６．０４％ｕｎｄｅｒ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗＤｒｄｓ：ｔｏｂａｃｃｏ；ｖｏｌａｔｉｌｅ　ａｃｉｄ；ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ