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气相色谱法测定烟草中的水分秦莹; 李孟华; 徐玉琼; 王乐军【期刊名称】《《化工中间体》》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】2页(P62-63)【关键词】烟草; 水分; 气相色谱法【作者】秦莹; 李孟华; 徐玉琼; 王乐军【作者单位】湖北中烟工业有限责任公司湖北 430051【正文语种】中文【中图分类】T水分是烟草的重要组分之一，在烟叶生产和加工过程中起着重要的作用。
烟叶水分不仅直接影响其弹性、韧性、填充性和燃烧性等物理特性，还直接影响其颜色、光泽、香气、吃味等烟草制品外观和内在品质。
因此需要能准确、快速地监测卷烟产品的水分含量。
目前测定烟草水分的方法有红外水分仪法、卡尔费休法、烘箱法、气相色谱法。
红外水分仪法测定速度快，其缺点是受物料形态等因素影响较大，适合水分在线检测和控制；卡尔费休法是测定微量水分的一种方法，不适用于烟草水分的测定；烘箱法测定结果可能包含除水分以外烟叶的其他易挥发性成分，测定结果会存在误差；气相色谱法由于它的高分离性能，能准确地快速定性、定量分析，是近年来研究最多的方法。
本文运用气相色谱法测定烟丝中的水分，方法检出限16.80mg，回收率在93.45-101.59%之间。
本方法亦可应用于卷烟产品水分检测、在线水分监控、烟叶化学成分中的水分测定。
1.材料与方法(1)仪器和试剂CP-224S电子天平(Sartorius，感量：0.0001g)；HY-5回旋振荡器（金坛市富华电器有限公司）；HP6890气相色谱仪（美国Agilent公司），热导检测器，GDX-102填充柱。
甲醇：分析纯；异丙醇：分析纯，纯度大于等于99%；萃取溶剂：2.0ml异丙醇（内标）/L甲醇溶液。
(2)实验方法卷烟从两盒卷烟里随机选取14支烟支作为待测样品；烟叶按YC/T 31-1996要求制备样品。
准确称量待测样品约5g至干燥的150ml具塞玻璃萃取瓶中，定量吸取100ml萃取溶剂至瓶中密封于回旋振荡器上振荡1h，取上清液进气相色谱分析。
第一章烟草水分前言：水，生命的源泉，可以说有生命存在的地方就得有水分，动物，植物和微生物生长发育都离不开水分，烟草也不例外．我们今天要讲的是烟草体内的水分，不是空气中的水分，也不是土壤中的水分，更不是江河中的水分，而是存在于烟草体内更确切的说是存在于烟叶中的水分．烟叶水分又叫烟叶含水量，烟叶含水率，水分是烟叶及其制品－卷烟的重要组分之一，在烟草生产和加工过程中都起着十分重要的作用．在烟草生长发育，形成烟叶产量和质量的过程中，水分起着不可替代的作用．烟叶生长发育过程的需水规律，烟草水分代谢在烟草栽培学中都作了十分详细的阐述．这里不在赘述．水分不仅影响烟草生长发育，而且是影响烟叶物理特性的主要因素之一，在烟叶调制，加工，储存等一系列环节中，烟叶需要有不同的含水量与之相适应，也就是说水分影响到烟叶生长发育，烘烤调制，陈化，制丝，抽吸和储存等一系列环节．因此，研究烟叶水分的性质，组成，来源，存在状态，增减规律等对于改进加工条件，提高加工质量，具有重要意义．第一节水分结构与性质一水的组成和结构（复习）1组成水分是由两个氢原子和一个氧原子以单键结合形成的非线性极性共价化合物．2结构：四面体结构，注意不是正四面体结构，确切的说是角锥体结构．氧原子两个孤对电子对电子的排斥力大于已经形成共价键的两对电子，所以形成的不是正四面体，而是角锥体．氧原子位于四面体中心，从中心原子到四对电子的联线互成104.5ｏ夹角．结构特点：1）氧原子具有两个孤对电子，对正电荷具有吸引力，最多可以有两个单独的正电实体与孤对电子结合起来2）H原子带部分正电荷，整个分子发生偶极化，形成偶极分子，也就是极性分子．这种结构特点使水分子之间可以发生H键缔合作用，可以和H原子发生H键缔合的原子主要有O,N,F.水分子的独特结构使得它具有独特的性质二水的重要性质主要讲水的物理性质，水有许多重要而特殊的物理性质，和一些具有相似分子量和相似原子组成的分子的物理性质相比，除了黏度外，其它性质均有显著差异．最明显的一个例子是：水比冰的密度大，一般物质的密度总是液相低于固相，但是水却例外，水结冰后就会漂在水上，而不是沉入水底．另外一个例子是：一般液态的密度总是随着温度的升高而降低，但是水的密度在3.98ｏC时最大，水凝固时体积膨胀，密度降低，0ｏC时冰的密度只有0.92g/ml,而水的密度接近1 g/ml．水分子的物理特性之所以特殊是因为水分子之间可以形成H键，发生缔合．缔合是一个放热过程，因此，降温可以使平衡向缔合的方向移动，在冰点时，水分子全部结合在一起形成一个巨大的缔合分子，冰的结构是一个很松散的结构，所以冰的密度小于水，而且结冰时体积膨胀．温度升高，缔合的水分子拆散的越多，分子堆积的密度越紧，密度也就增大，到3.98ｏC时达到最大值，以后随着温度进一步升高，水分子热能增加，热运动加强，密度有所降低．水分子的许多性质（较高的溶点，沸点，比热等）都于水分子间的H键缔合作用有关．水有许多特殊的物理性质，我们不可能面面俱到，都讲，只能挑其中一些与烟草加工，水分测定关系比较的的几个性质作以简单介绍．１水的沸点较高沸点：地球上的人都知道水的沸点是100ｏC，并且压强降低，沸点降低．这种性质主要用于指导烟叶的回潮和干燥操作以及烟叶含水量的测定．烟草水分的测定常压干燥法和减压真空干燥法的原理就是水在100℃沸腾．2水的比热较大：20ｏC 时为4.18J/(kg.K)水的比热大，使得水温不易随气温的变化而变化，这种性质对烟草加工过程中的加热，冷却，干燥都具有很大的实用价值．烟草比热也是随着水分含量的增大而增大，呈现＂S＂形变化趋势．3水的介电常数高（20ｏC 时为80.36）介电常数：某种溶剂分离出电荷的能力和使它们偶极定向的能力，反应了溶剂对两个带相反电荷离子间引力的抗力的度量值．极性溶剂的介电常数大于15，非极性溶剂的介电常数小于15．20ｏC 时水的介电常数为80.36，而大多数生物体的干物质（包括烟草）的介电常数为2.2－4.0之间．在理论上，任何物质其含水量增加１％，介电常数将增加大约0.8，介电容量法测定烟草水分就是以此原理为依据的．4水的溶剂能力强．大家都知道水是良好的溶剂，很多物质都可以溶解在水里．1）溶解离子型化合物：因为水的介电常数大2）溶解非离子极性化合物（糖，醇，醛，酮）：因为水可以和它们形成H键3）两亲分子（核酸，蛋白质，脂肪酸）：是两亲分子的良好的分散介质，在适当条件下，这些两亲分子可以在水中形成乳浊液或胶体溶液．两亲分子：同时具有亲水基和疏水基团第二节烟叶水分的存在形态一、烟叶水分来源鲜烟叶：土壤和空气干烟叶：1）调制后残存在烟叶中的水分，原烟含水量：16－18％生产加工过程中加入的水分（分级，发酵，真空回潮等加入水分）．与加工过程的调控有关，影响烟叶的加工质量2）烟叶从空气中吸收的水分．这种水分多少与空气温湿度有关，直接关系到烟叶贮存和运输管理的安全性．二、烟叶水分的存在形态根据烟叶中水分的存在状态，可以将烟叶水分分为自由水和结合水（考题）．结合水：存在于溶质或其它非水组分附近的，与溶质分子之间通过化学键（主要是氢键）结合的那部分水，不易自由移动，不易丧失．在0ｏC以下不易结冰，也不能作溶剂．结合水：是胶体颗粒或其他亲水性物质牢牢吸附着的水，不易自由移动，不易丧失．在0ｏC以下不易结冰，也不能作溶剂（书中定义）自由水：就是没有被非水化合物结合的水，烟叶中的自由水包括毛细管水（吸附水）和游离水，自由水容易从烟叶中散失，在0ｏC以下易结冰，也能作溶剂自由水：能够在烟叶内自由移动的水，容易从烟叶中散失，在0ｏC以下易结冰，也能作溶剂（书中定义）1结合水根据结合水被结合的牢固程度的不同，结合水有以下几种形式：1）化合水：结合最牢固，构成非水物质组分的那部分水，例如:CuSO45H2O2）单分子层水：（1）与离子或离子基团缔合的水，是结合最紧密的单分子层水，主要结合力是：水－离子和水－偶极缔合作用．（2）直接与烟叶中的蛋白质，纤维素，果胶质等大分子胶体物质的极性基团（－NH3+,－COO-）或糖，酚类的极性基团（－CHO,－OH）等以氢键相结合的水分子．主要结合力：水－溶质氢键力3）多分子层水：又叫半结合水．单分子层水的外层形成的几个水层，主要靠水－水间的氢键形成．多分子层水虽然没有单分子层水结合紧密，但是仍然与非水组分（蛋白质，纤维素，果胶质等）结合的很牢固，且性质与纯水性质也不相同．各种有机分子的不同极性基团与水形成氢键的牢固程度不同．X射线研究表面：蛋白质多肽链中的赖氨酸和精氨酸（碱性氨基酸）残基上的氨基，天冬氨酸和谷氨酸（酸性氨基）侧链上的羧基，肽链两端的氨基和羧基，果胶质中未酯化的羧基，都是呈现电离或离子状态（－NH3+,－COO-），与水分子间形成的氢键键能大，结合十分牢固，水分子呈单分子状态，称为单分子结合水．蛋白质中的酰胺基，淀粉，果胶质，纤维素等分子中的羟基，与水分子也能形成氢键，但键能小，不牢固，称为半结合水或多分子层结合水．2自由水自由水包括吸附水和游离水1）吸附水：毛细管和大孔隙中所凝结的水分．又叫吸附水，饱和水．是指烟草细胞壁所含的水分．它通过毛细管吸着力和细胞壁紧密相连．这部分水不能自由移动，必须在一定的温湿度条件下才能向空气中蒸发．吸附水对烟草物理学性质有重要影响．是烤后干烟叶所含的最主要的自由水．烟叶是个多孔体系，有无数毛细管，具有很大的内表面．当毛细管处于缺水状态时，就有力地从空气中吸收水分，称为凝结水．凝结水在毛细管内形成弯月面，在弯月面的凹形表面上的饱和水蒸气压比平面水表面上的小，因此当多孔体周围空气中的水蒸气压力高于弯月面所需要的饱和水蒸气压力时，水蒸气就会在毛细管内凝结，在这种情况下，毛细管将为水分所充满．毛细管越细，弯月面越凹，水蒸气压力越低，越容易被水分充满．2）游离水：存在于烟草细胞腔，导管，液泡和和细胞间隙的水分，又称为自由移动水，在烟草中移动较为容易．主要影响烟叶重量和燃烧性，对烟叶物理学性质无显著影响．新鲜烟叶中含有大量游离水，烘烤变黄期向往释放的也是这种游离水．游离水和吸附水（毛细管水）都属于自由水范围．烤后干烟叶中的自由水主要是吸附水（毛细管和大孔隙中的水）3自由水和结合水在性质上的差别4水分活度定义：烟叶中水分的蒸汽压和该温度下纯水的饱和蒸汽压的比值．αw =p/p在一定温度范围内水分活度随绝对温度升高而成正比例升高在一定温度条件下，自由水含量越多，水分活度越大，在相同含水量的情况下，水分活度大，则自由水含量多，可以为微生物所利用，烟叶贮存过程中容易发生霉烂变质等问题．自由水和结合水之间没有明显界限，很难定量地作出区分，只能根据理化性质作定性区分．5烟叶中水分存在形式：1）烟叶中水分主要以自由水和结合水两种方式存在。
一：检测烟草水分的重要程度在烟草初步加工、烟草制丝生产加工和烟叶以及制品存储存放等一连串环节中，烟草须要有不一样的含水量与之相一致，才可以做到生产加工的目地，确保生产加工质量。
在生产过程中烟草含水量是多少，不仅立即影响其弹性、韧性、填充性和燃烧性等物理特性，并且立即危害其颜色、光泽、香气、吃味等外观和内在质量，同时也危害烟草内部微弱的生物化学变化，如各种各样酶的活动、霉菌的繁殖、内含物质的分解转化等。
在各个生产加工环节中，对烟叫水分都有严格的控制和要求。
二：烟草检测水分的技术性专业知识1.着均衡的环境空气相对湿度由30%上升到70%，烟丝水分含量由8.28%上升到18.79%，烟草的燃吸质量亦产生差、好、差的变动。
其中，水分含量12.25%和14.34%烟草的燃吸质量均不错，水分含量8.28%、9.13%、18.79%烟草均较差；2.随着烟丝水分含量的升高，烟草烟气粒相水分及气相水分均呈上升趋势，但气相水分的上升幅度较大；3总粒相物和烟碱含量随烟丝水分含量增大而少量减少，CO量则明显增加；4.水分含量8.28%、12.25%和18.79%烟草烟气粒相中均鉴定出相同的70种挥发物成份，但水分含量8.28%烟草的易挥发物化学成分含量较水分含量12.25%烟草高，而水分含量18.79%烟草则稍低。
因而，水分含量12%～14%烟草具有不错的燃吸质量，环境湿度或烟丝水分含量是危害烟草烟气水分（尤其是气相水分）和低分子量易挥发物成份，甚至感观质量的关键要素。
三：干燥箱xx重法原理：干燥箱法也叫烘箱干燥法或热解失重法。
试样在105±2℃烘箱内，常压下烘干，直至恒重，丢失的重量为水分。
即通过计算样品干燥前后的重量差，计算出含水率或105℃下挥发物含量，分常压干燥法和减压干燥法两种，其原理相同。
计算公式：(干燥前重量-干燥后重量)÷干燥前重量×100=水分(%)计算公式：（W1-W2）/（W1-W0）×100 =水分(%)式中：W1=105℃烘干前试样及称样皿的重量(g)；W2=105℃烘干后试样及称样皿的重量(g)；W0=已恒重的称样皿的重量(g)。
《烟草及烟草制品水分的测定气相色谱法》标准项目实验报告1、前言烟草和烟草制品中的水分是烟草及烟草制品加工过程中的一项重要质量指标。
而与此同时，在当前开展的“增香保润”重大专项研究中，准确的测定烟草及烟草制品中的水分含量也是重要的基础内容之一。
目前，烟草行业内普遍采用烘箱法作为测定烟草和烟草制品中水分含量的方法，其结果中除水分以外还包括烟草及烟草制品的挥发性成分，而非所测样品真实的含水量，准确度较低，且易受其他干扰因素的影响。
卡尔费休滴定法作为经典的水分定量方法，能够准确测定样品真实的水分含量，但是，自动化程度较低，大量样品的批量检测效率不高。
当前，气相色谱法作为一种成熟的应用技术，其自动化程度高，检测时间短，定量结果准确，适合对批量样品进行水分含量的测定。
例如，在烟气水分测定工作中，气相色谱法已经在行业内得到广泛的推广和应用。
相对于烘箱法和卡尔费休法而言，采用气相色谱测定烟草及烟草制品中水分的方法具有较强的优势和推广意义。
关于气相色谱法测定烟草及烟草制品中水分，CORESTA已有相应的推荐方法(NO.57)出台，国际标准ISO 16632：2003 《烟草及烟草制品水分的测定气相色谱法》已发布，目前国内还没有推出相应的标准。
因而项目组对“ISO 16632：2003 《烟草及烟草制品水分的测定气相色谱法》”中推荐的填充柱分析方法（Porapak Q填充柱）及毛细管柱分析方法（PoraPLOT U和PoraPLOT Q毛细管柱）进行了验证，并就我国以烤烟型卷烟为主要产品开展生产加工的特点，对方法的局部细节进行了调整和验证，使检测结果能够更加真实地反映样品水分含量的实际情况，而且，方法本身多种分析条件的横向可比性也大为提高。
2、原理烟草及烟草制品样品用一定量含内标物（异丙醇）的甲醇溶液萃取后，采用带有热导检测器（TCD）的气相色谱测定样品的水分含量。
3、实验3.1仪器和设备Agilent 6890气相色谱仪（配备热导检测器）；分液器（100mL，配备干燥管）；往复式振荡器；电子天平（感量0.1mg）；锥形瓶（具磨口塞，150mL）3.2 试剂和材料甲醇（水分含量低于1.0mg/mL）；异丙醇（纯度不低于99%）；蒸馏水；萃取剂：含内标物（异丙醇）的甲醇溶液，浓度为2.0mL/L；标准溶液：加入一定量的水于100mL萃取剂中，制备6个标准溶液，其中一个标准溶液不加水（溶剂空白）。
GC-TCD 法测定烟草中的水分张学彬 余天 梁立娜赛默飞世尔科技（中国）有限公司简介烟草中的水分作为一项非常重要的监测指标，在卷烟的制丝、卷接、储存以及卷烟内在质量的评价等诸多方面均被进行考察[1]。
在烟草制丝过程中，烟草水分的稳定性直接决定烟草加工质量，尤其是对烟草加工质量的稳定性起决定性作用；在卷接过程中，烟草水分的含量将影响烟丝在卷制过程中的抗造碎性能，并直接影响卷烟单支重量、空头率和废品率；在储存过程中，高的烟丝水分含量将会导致烟支霉变；在卷烟内在质量评价方面，烟丝含水率将对卷烟的香吃味产生直接的影响，高的水分含量会导致烟支燃烧速度慢、烟气量少、烟味平淡、烟草的香气和吃味等不能充分挥发出来，低的水分含量会导致烟支燃烧速度较快、烟气量大、烟味浓烈不醇和、刺激性和辛辣味增加。
因此，从卷烟的生产加工到卷烟品吸等各个过程均需对烟草水分进行监测，这对卷烟的生产以及质量监控具有重要的指导意义。
我国曾于2003年发布了采用气相色谱法测定烟草及烟草制品中水分的标准，并于2010年又再次进行了修订。
该标准采用热导池检测器，甲醇提取并以异丙醇做内标来进行烟草水分的测定。
本方法参照《YC/T345-2010烟草及烟草制品水分的测定 气相色谱法》[2]，采用赛默飞模块化气相色谱仪检测烟草中水分的含量。
实验材料仪器与试剂仪器Trace 1310 GC 气相色谱仪仪（Thermo Fisher Scientific ）；AI1310自动进样器（Thermo Scientific ）； TG-BOND Q 色谱柱（30 m ×0.32 mm ×10 μm ）（Thermo Fisher scientific ）。
关键词烟草; 水分; GC-TCD试剂色谱纯甲醇、异丙醇由Fisher 试剂提供；水为超纯水；烟丝由市场中购买内标及标样的配制取30.0ml 异丙醇用甲醇稀释至1.5L ，配制浓度为2ml/L 的异丙醇内标萃取液。
