分光光度計如何測量香煙中尼古丁含量
點擊: 次 時間:2016-12-22 10:11
1.引言：
尼古丁，又稱煙堿，分子式為C10H14N2，是煙草生物堿中具有高毒性的化合物之一。它是一種難聞、味苦，無色透明的油質液體，揮發性強，在空氣中極易氧化成暗灰色，能迅速溶于水及酒精中，通過口鼻支氣管粘膜很容易被機體吸收.粘在皮膚表面的尼古丁亦可被吸收滲入體內。
測定煙草中尼古丁的方法很多，如大量國內外文獻描述的氣相色譜法、液相色譜法、離子色譜法 、電化學法等。有關分光光度法測定尼古丁含量的文獻也不少，本文在前人的研究基礎上，著重講述了利用簡單分光光度法測定尼古丁含量的研究，該方法的理論基礎是尼古丁在堿性溶液中會被高錳酸鉀氧化形成綠色產物，通過測量該物質的吸收值來得到卷煙中的尼古丁量。該法簡單實用，且具有相當好的準確度和靈敏度，適用于快速、小批量地分析卷煙樣品中尼古丁的含量，具有實用價值。
2.實驗部分：
2.1.主要儀器和試劑：
分光光度計；酸度計；恒溫水浴鍋；
尼古丁標準溶液：1000µg/ml尼古丁，由德國進口高純尼古丁配置而成高錳酸鉀溶液，0.125mol/L：醋酸鋅溶液，1.0mol/L；K4Fe（CN）6溶液，10.6%（w/v），溶解6.10gK4Fe（CN）6·3H2O于50ml蒸餾水中。
2.2.實驗方法：準備移取所需的尼古丁量，加入2m16.25mol/ LNaOH到25ml的容量瓶中，輕微地旋轉混勻，然后加入1.4ml0.0125mol/LKMnO4，再用20m1蒸餾水添加到容量瓶中，用水浴100℃加熱此混合液7.5min，冷卻至室溫再用蒸餾水定容至刻度線，振蕩混勻，并用1cm的吸收池在610nm下測量其吸光度值。
2.3.校準曲線：在最優化條件下（CKMnO4 =7×10-4mol/L；CNaOH=0.5mol/L；加熱溫度100℃；加熱時間7.5min），系統在0.1～7.5µg/ml的濃度范圍內遵守比爾定律，且具有0.9996（n=6）的相關系數.此法的檢測限為0.08µg/ml。10次重復測定4µ g/ml試樣，再現性很好，相對偏差為2.17%。
2.4.尼古丁的萃取過程：萃取方法是建立在Rai等的實驗方法基礎之上的。把磨過的一定質量的尼古丁樣品放置在100ml的燒杯中，加10ml甲醇，用玻璃棒攪拌，靜置30min。再加lml2mol/LNaOH及25ml蒸餾水，整個過程都需要攪拌。在水浴中加熱混合液，并沸騰1min，冷卻，用No.41高級濾紙（0.45µ m）過濾溶液到50ml2容量瓶中，沖洗燒杯并把洗液輕輕倒出流過濾紙與濾液匯合。加1ml醋酸鋅溶液到濾液中，混勻，再加入1mlK4Fe（CN）6溶液，振蕩并用蒸餾水稀釋到標線.離心分離5min，把上層液倒入50ml燒杯中，丟棄殘渣。往剛才獲得的上層液中加1mg漂白土，混勻后再進行離心分離5min，丟棄上層液（倒出上層液），用蒸餾水沖洗殘留物再次離心分離5min。倒出上層液，留下殘留物，往里面加入5ml的0.01mol/LNaOH并加熱。用No.41高級濾紙過濾以上所得溶液，濾液流入50m1容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度線，按推薦的步驟分析尼古丁含量。
3.結果與討論：在堿性條件下，尼古丁會與KMnO4反應生成一種綠色產物，于MnO-4轉變為MnO2-4， 這種綠色產物在波長610nm處有最大吸光度所示，此吸收值直接與尼古丁的含量有關，可以用來作痕量分析測定。反應溶液的吸收光譜試劑加入的先后順序非常重要。實驗過程中，首先將KMnO4與NaOH混合加熱，然后加入尼古丁，發現實驗結果的靈敏度很低；然后又將KMnO4與尼古丁混合加熱則發現形成了棕色的物質。再加入NaOH同時加熱時，此棕色物質會消失。其后又先把NaOH加入到尼古丁中，發現立即會形成深藍色物質，此類似現象與前人的研究結果相似。因此，只有將尼古丁、NaOH和KMnO4一起混勻并同時加熱，形成綠色物質，加入順序為尼古丁、NaOH、KMnO4時最佳，此反應必須依賴于各參數值，如KMnO4，NaOH的量，反應的溫度等條件會影響到最后的反應結果，因此要逐個考慮以獲得更好 的靈敏度。
3.1.KMnO4的影響：KMnO4在NaOH溶液中氧化尼古丁形成綠色產物， 結果可以從MnO-4到MnO2-4 的轉化看出，從1×10-4mol/L到1×10-3mol/L不同濃度的KMnO4被研究，7×10-4mol/L的KMnO4溶液可獲得最高吸收值。KMnO4對顯色反應的影響CNicotine=4.g/mL；CNaOH=0.5mol/L。
3.2.NaOH的影響：MnO-4在堿性溶液中的氧化性可用來測定有機化合物，這是它的一項最重要應用。尼古丁與KMnO4的反應就是發生在以HaOH作為堿液的溶液中的，還可以用KOH來代替NaOH，但其靈敏度下降，因此選擇NaOH作為堿液，實驗中測定0.025～1.5mol/LNaOH濃度下尼古丁吸收值，0.5mol/LNaOH有最好的靈敏度，NaOH加入量越多線性越差。
3.3.溫度的影響：如前所述，當加熱溶液時會有綠色產物產生，因此溫度影響的條件實驗還要做。在不同水浴溫度下連續加熱7.5min，考察反應的結果發現，增加反應溫度會使吸收值增加，100℃的水浴溫度下，能達到最大吸收值，表明此時尼古丁已被完全氧化形成綠色產物，溫度對顯色反應的影響CNicotinc=4.g/mL；CKMnO4=7×10-4mol/L； CNaOH=0.5mol/L。
3.4.加熱時間的影響：加熱時間的長短對于保證反應的完全性也是很重要的，因此還研究了100℃下不同加熱時間段下的實驗結果，發現7.5min足夠反應發生完全了，加熱時間對顯色反應的影響CNicotine=4.g/mL；CNaOH=0.5mol/L；CKMnO4 =7×10-4mol/L。
3.5.尼古丁回收率的測定實驗：將一定量的尼古丁標樣加入到各品牌煙絲樣品中，按實驗方法萃取并測定，煙絲樣品加標回收率測定實驗結果。樣品中尼古丁含量/mg加入尼古丁量/mg測得值/mg回收率/%1.285.006.1697.61.46 5.00 6.20 94.8 1.205.006.23100.61.40 5.00 6.15 95.0 每個結果都是三次測定的平均值，使用本法測定尼古丁回收率大于94%，回收基本完全，證明該法適合用于測定煙草中尼古丁。
3.6.卷煙中尼古丁的檢測用分光光度計測定煙草中尼古丁含量。分別測定了中國市場上常見幾種品牌香煙的尼古丁含量。去掉香煙的包裝紙，使煙絲在40℃的爐中干燥30min，然后稱重。分別稱取十根香煙，把它們揭碎，磨成粉，稱取與尼古丁含量等量的煙絲作為標樣，放置于100ml燒杯中，用于萃取步驟中。 在標準條件下采用分光光度法測定其中的尼古丁量。
3.7.結論：前文所提到的方法是基于尼古丁與KMnO4在NaOH溶液中的反應，會形成綠色產物且該產物在610nm下會有吸收值.這是一種簡單，相對較快且具有一定靈敏度的方法，其所涉及的化學試劑很少是該法的一大優點，此方法可用于測定各種香煙樣品中的少量尼古丁量。
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尼古丁，又稱煙堿，分子式為C10H14N2，是煙草生物堿中具有高毒性的化合物之一。它是一種難聞、味苦，無色透明的油質液體，揮發性強，在空氣中極易氧化成暗灰色，能迅速溶于水及酒精中，通過口鼻支氣管粘膜很容易被機體吸收.粘在皮膚表面的尼古丁亦可被吸收滲入體內。
測定煙草中尼古丁的方法很多，如大量國內外文獻描述的氣相色譜法、液相色譜法、離子色譜法 、電化學法等。有關分光光度法測定尼古丁含量的文獻也不少，本文在前人的研究基礎上，著重講述了利用簡單分光光度法測定尼古丁含量的研究，該方法的理論基礎是尼古丁在堿性溶液中會被高錳酸鉀氧化形成綠色產物，通過測量該物質的吸收值來得到卷煙中的尼古丁量。該法簡單實用，且具有相當好的準確度和靈敏度，適用于快速、小批量地分析卷煙樣品中尼古丁的含量，具有實用價值。
2.實驗部分：
2.1.主要儀器和試劑：
分光光度計；酸度計；恒溫水浴鍋；
尼古丁標準溶液：1000µg/ml尼古丁，由德國進口高純尼古丁配置而成高錳酸鉀溶液，0.125mol/L：醋酸鋅溶液，1.0mol/L；K4Fe（CN）6溶液，10.6%（w/v），溶解6.10gK4Fe（CN）6·3H2O于50ml蒸餾水中。
2.2.實驗方法：準備移取所需的尼古丁量，加入2m16.25mol/ LNaOH到25ml的容量瓶中，輕微地旋轉混勻，然后加入1.4ml0.0125mol/LKMnO4，再用20m1蒸餾水添加到容量瓶中，用水浴100℃加熱此混合液7.5min，冷卻至室溫再用蒸餾水定容至刻度線，振蕩混勻，并用1cm的吸收池在610nm下測量其吸光度值。
2.3.校準曲線：在最優化條件下（CKMnO4 =7×10-4mol/L；CNaOH=0.5mol/L；加熱溫度100℃；加熱時間7.5min），系統在0.1～7.5µg/ml的濃度范圍內遵守比爾定律，且具有0.9996（n=6）的相關系數.此法的檢測限為0.08µg/ml。10次重復測定4µ g/ml試樣，再現性很好，相對偏差為2.17%。
2.4.尼古丁的萃取過程：萃取方法是建立在Rai等的實驗方法基礎之上的。把磨過的一定質量的尼古丁樣品放置在100ml的燒杯中，加10ml甲醇，用玻璃棒攪拌，靜置30min。再加lml2mol/LNaOH及25ml蒸餾水，整個過程都需要攪拌。在水浴中加熱混合液，并沸騰1min，冷卻，用No.41高級濾紙（0.45µ m）過濾溶液到50ml2容量瓶中，沖洗燒杯并把洗液輕輕倒出流過濾紙與濾液匯合。加1ml醋酸鋅溶液到濾液中，混勻，再加入1mlK4Fe（CN）6溶液，振蕩并用蒸餾水稀釋到標線.離心分離5min，把上層液倒入50ml燒杯中，丟棄殘渣。往剛才獲得的上層液中加1mg漂白土，混勻后再進行離心分離5min，丟棄上層液（倒出上層液），用蒸餾水沖洗殘留物再次離心分離5min。倒出上層液，留下殘留物，往里面加入5ml的0.01mol/LNaOH并加熱。用No.41高級濾紙過濾以上所得溶液，濾液流入50m1容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度線，按推薦的步驟分析尼古丁含量。
3.結果與討論：在堿性條件下，尼古丁會與KMnO4反應生成一種綠色產物，于MnO-4轉變為MnO2-4， 這種綠色產物在波長610nm處有最大吸光度所示，此吸收值直接與尼古丁的含量有關，可以用來作痕量分析測定。反應溶液的吸收光譜試劑加入的先后順序非常重要。實驗過程中，首先將KMnO4與NaOH混合加熱，然后加入尼古丁，發現實驗結果的靈敏度很低；然后又將KMnO4與尼古丁混合加熱則發現形成了棕色的物質。再加入NaOH同時加熱時，此棕色物質會消失。其后又先把NaOH加入到尼古丁中，發現立即會形成深藍色物質，此類似現象與前人的研究結果相似。因此，只有將尼古丁、NaOH和KMnO4一起混勻并同時加熱，形成綠色物質，加入順序為尼古丁、NaOH、KMnO4時最佳，此反應必須依賴于各參數值，如KMnO4，NaOH的量，反應的溫度等條件會影響到最后的反應結果，因此要逐個考慮以獲得更好 的靈敏度。
3.1.KMnO4的影響：KMnO4在NaOH溶液中氧化尼古丁形成綠色產物， 結果可以從MnO-4到MnO2-4 的轉化看出，從1×10-4mol/L到1×10-3mol/L不同濃度的KMnO4被研究，7×10-4mol/L的KMnO4溶液可獲得最高吸收值。KMnO4對顯色反應的影響CNicotine=4.g/mL；CNaOH=0.5mol/L。
3.2.NaOH的影響：MnO-4在堿性溶液中的氧化性可用來測定有機化合物，這是它的一項最重要應用。尼古丁與KMnO4的反應就是發生在以HaOH作為堿液的溶液中的，還可以用KOH來代替NaOH，但其靈敏度下降，因此選擇NaOH作為堿液，實驗中測定0.025～1.5mol/LNaOH濃度下尼古丁吸收值，0.5mol/LNaOH有最好的靈敏度，NaOH加入量越多線性越差。
3.3.溫度的影響：如前所述，當加熱溶液時會有綠色產物產生，因此溫度影響的條件實驗還要做。在不同水浴溫度下連續加熱7.5min，考察反應的結果發現，增加反應溫度會使吸收值增加，100℃的水浴溫度下，能達到最大吸收值，表明此時尼古丁已被完全氧化形成綠色產物，溫度對顯色反應的影響CNicotinc=4.g/mL；CKMnO4=7×10-4mol/L； CNaOH=0.5mol/L。
3.4.加熱時間的影響：加熱時間的長短對于保證反應的完全性也是很重要的，因此還研究了100℃下不同加熱時間段下的實驗結果，發現7.5min足夠反應發生完全了，加熱時間對顯色反應的影響CNicotine=4.g/mL；CNaOH=0.5mol/L；CKMnO4 =7×10-4mol/L。
3.5.尼古丁回收率的測定實驗：將一定量的尼古丁標樣加入到各品牌煙絲樣品中，按實驗方法萃取并測定，煙絲樣品加標回收率測定實驗結果。樣品中尼古丁含量/mg加入尼古丁量/mg測得值/mg回收率/%1.285.006.1697.61.46 5.00 6.20 94.8 1.205.006.23100.61.40 5.00 6.15 95.0 每個結果都是三次測定的平均值，使用本法測定尼古丁回收率大于94%，回收基本完全，證明該法適合用于測定煙草中尼古丁。
3.6.卷煙中尼古丁的檢測用分光光度計測定煙草中尼古丁含量。分別測定了中國市場上常見幾種品牌香煙的尼古丁含量。去掉香煙的包裝紙，使煙絲在40℃的爐中干燥30min，然后稱重。分別稱取十根香煙，把它們揭碎，磨成粉，稱取與尼古丁含量等量的煙絲作為標樣，放置于100ml燒杯中，用于萃取步驟中。 在標準條件下采用分光光度法測定其中的尼古丁量。
3.7.結論：前文所提到的方法是基于尼古丁與KMnO4在NaOH溶液中的反應，會形成綠色產物且該產物在610nm下會有吸收值.這是一種簡單，相對較快且具有一定靈敏度的方法，其所涉及的化學試劑很少是該法的一大優點，此方法可用于測定各種香煙樣品中的少量尼古丁量。
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