生物与化学工程学院
仪器分析实训报告
题目：气相色谱内标法检测烟碱含量方法学考察
Study on the methodology investigation of detecting nicotine content by GC internal standard method
专 业：食品科学与工程
姓 名： 张磊洋
学 号：
完成日期：20##年6月2日
气相色谱内标法检测烟碱含量方法学考察
【摘要】:烟碱(又称尼古丁)是烟叶中的主要成分。本次试验以喹啉为内标物，烟碱为测定对象，考查及检测气相色谱法内标法测定烟碱含量的方法学。试验中以有机溶剂萃取、填充气相色谱法测定对试验的重现性及精密度和线性关系进行认真分析。一定范围内，烟碱含量的峰高比及面积比呈现线性关系，重现性及精密度良好。
【关键词】:烟碱 内标法 重现性 线性关系 精密度
Study on the methodology investigation of detecting nicotine content by GC internal standard method
Abstract：Nicotine (also called nicotine) is the main ingredient. Tobacco This trial as internal standard with things, -1h-quinolin-2-ones nicotine to determine object, examines and detecting gas chromatography internal standard method for determining the content of nicotine methodology. Experiments with organic solvent extraction, filling gas chromatography was developed for the determination of the test the reproducibility and precision and linear relationship between analyzed carefully. A certain range, high ratio of nicotine content than present peak area of linear relation, reproducibility and precision is good.
Key word： nicotine internal standard method repeatability
linear relation accuracy
目 录
1 绪论…………………………………………………………………....5
1.1 烟碱的简介………………………………………………………….5
1.2 烟碱的结构与化学性质…………………………………………….5
1.3 烟碱的检测方法…………………………………………………….5
1.3.1 非水滴定法检测烟碱含量………………………………………….5
1.3.2 紫外线分光光度法检测烟碱含量………………………………….6
1.3.3 水蒸气蒸馏法检测烟碱含量……………………………………….6
1.3.4 高效液相色谱法检测烟碱含量…………………………………….6
1.3.5 气相色谱法检测烟碱含量………………………………………….6
1.3.5.1 外标法检测烟碱含量……………………………………………....6
1.3.5.2 归一化法检测烟碱含量……………………………………………7
1.3.5.3 内标法检测烟碱含量………………………………………………7
1.4 检测方法学考察……………………………………………………7
1.4.1 线性关系的考察…………………………………………………...7
1.4.2 精密度的考察……………………………………………………...7
1.4.3 重现性实验的考察………………………………………………...7
1.4.4 吸收率……………………………………………………………...8
1.4.5 验证性……………………………………………………………...8
2 实验部分…………………………………………………………...8
2.1 目的.………………………………………………………………...8
2.2 材料和仪器…………………………………………………………8
2.2.1 材料………………………………………………………………….8
2.2.2 仪器………………………………………………………………….8
2.3 色谱条件……………………………………………………………..9
2.4 实验设计及结果分析……………………………………………… .9
2.4.1 线性关系实验的考察……………………………………………….9
2.4.2 精密度实验的考察…………………………………………………12
2.4.3 重现性实验的考察…………………………………………………12
2.4.4 结果分析……………………………………………………………13
参考文献…………………………………………………………………………13
气相色谱内标法检测烟碱含量方法学考察
1 绪论
1.1 烟碱的简介
烟碱又名尼古丁，是一种无色至淡黄色透明油状液体，是烟草中含氮生物碱的主要成分，在烟叶中的含量为1～3%。它能迅速溶于水及酒精中,通过口、鼻、支气管黏膜，很容易被人体吸收。粘在皮肤表面的尼古丁，可“渗”入人体内。 香烟中的尼古丁对人的致死量是 50～70 毫克，相当于20～25支香烟尼古丁的含量。如果将一支雪茄或三支香烟的尼古丁一次注入人的静脉内,3～5分钟人即可死亡。对昆虫具有杀灭作用。
1.2 烟碱的结构与物理化学性质
烟碱又称尼古丁，是一种吡啶型生物碱，分子式C10H14N2，结构简式 ：
存在于烟草属经济植物中。无色挥发性液体，有刺激性臭味，熔点－79℃，沸点 246.7℃(745 毫米汞柱)，相对密度 1.0097（20／4℃），比旋光度 －169°。可以水蒸气蒸馏。在空气中易发生变质。易溶于水、乙醇、乙醚、氯仿和石油醚。烟碱能与各种无机酸（如盐 酸、硫酸）和有机酸（如酒石酸、苦味酸 ）生成结晶的单盐和双盐 ，其中双苦味酸盐的熔 点 278℃，常用来鉴别烟碱。烟碱与二氧化汞生成结晶形复合物，此反应可用来纯化烟碱。【1】
1.3 烟碱的检测方法
1.3.1非水滴定法检测烟碱含量
滴定法烟碱含量是烟草质量的重要指标，本法分别以盐酸和水为浸取剂、三氯甲烷为萃取剂、溴甲酚绿和甲基红的混合试剂为指示剂，在最佳浸取、萃取、ｐＨ值等条件下，用标准硫酸溶液直接滴定烟碱的方法。本法准确、快速、烟草样品中,烟碱的测定方法有机溶剂萃取蒸馏酸碱滴定法,在强碱性介简便。
1.3.2紫外分光光度法检测烟碱含量
紫外--可见分光光度法：是根据物质分子对波长为 200-760nm 这一范围的电磁波的吸收特性所建立起来的一种定性、定量和结构分析方法。操作简单、准确度高、重现性好。波长长(频率小)的光线能量小，波长短(频率大) 的光线能量大。分光光度测量是关于物质分子对不同波长和特定波长处的辐射吸收程度的测量。烟碱(又名尼古丁)是烟草特有的植物碱,它给予吸烟者感官上感觉到“劲头”而满意，所以烟碱是烟草质量的重要化学成份之一。过去我们采用经典的硅钨酸沉淀法测定,这个方法准确性虽高,但化费时间却很长,每作一个样品的测定需要30个小时,因此不能适应我国烟草工业形势发展的需要,现我们改用紫外分光光度法来测定,其原理是烟碱溶液在特定波长的紫外光源通过时,紫外光量的吸收与烟碱浓度成比例.一个样品仅需两小时就可完成测定。【2】
1.3.3水蒸气蒸馏法检测烟碱含量
在碱性条件下将烟草浸泡１２ｈ以上用水蒸气蒸馏法收集７００～８００ｍＬ蒸出液，即可收集到９５％以上的烟碱，分别用酸碱滴定法和紫外光谱法测定其烟碱含量。
1.3.4高效液相色谱法检测烟碱含量
高效液相色谱法是在经典色谱法的基础上，引用了气相色谱的理论。在技术上流动相改为高压输送(最高输 送压力可达 4.9107Pa);色谱柱是以特殊的方法用小粒径的填料填充而成， 从而使柱效大大高于经典液相色谱(每米塔板数可达几万或几十 万);同时柱后连有高灵敏度的检测器，可对流出物进行连续检测。
1.3.5气相色谱法检测烟碱含量
气相色谱法的分离原理是利用要分离的诸组分在流。
动相(载气)和固定相两相间的分配有差异(即有不同的分配系数)，当两相作相对运动时，这些组分在两相间的分配反复进行，从几千次到数百万次，即使组分的分配系数只有微小的差异，随着流动相的移动可 以有明显的差距，最后使这些组分得到分离。气相色谱法中有外标法、归一化法、内标法三种。
1.3.5.1外标法
外标法是仪器分析常用的方法之一，是比较法的一种。与内标法相比，外标法不是把标准物质加入到被测样品中，而是在与被测样品相同的色谱条件下单独测定，把得到的色谱峰面积与被测组分的色谱峰面积进行比较求得被测组分的含量。外标物与被测组分同为一种物质但要求它有一定的纯度，分析时外标物的浓度应与被测物浓度相接近，以利于定量分析的准确性。
1.3.5.2归一化法
归一化法是一种简化计算的方式，即将有量纲的表达式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为纯量。内标法 （internal standard method ）是色谱分析中一种比较准确的定量方法，尤其在没有标准物对照时，此方法更显其优越性。
1.3.5.3内标法
内标法是将一定重量的纯物质作为内标物（参见内标物条）加到一定量的被分析样品混合物中，然后对含有内标物的样品进行色谱分析，分别测定内标物和待测组分的峰面积（或峰高）及相对校正因子，按下列公式和方法即可求出被测组分在样品中的百分含量。
1.4 检测方法学考察
1.4.1 线性关系的考察
两个变量之间存在一次函数关系，就称它们之间存在线性关系。正比例关系是线性关系中的特例，反比例关系不是线性关系。更通俗一点讲，如果把这两个变量分别作为点的横坐标与纵坐标，其图象 是平面上的一条直线，则这两个变量之间的关系就是线性关系。即如果可 以用一个二元一次方程来表达两个变量之间关系的话，这两个变量之间的 关系称为线性关系。
1.4.2 精密度的考察
要求所加工的零件的尺寸达到的准确程度,也就是容许误差的大小,容许误差大的精密度低,容许误差小的精密度高;简称“精度”,常用 标准偏差(standard deviation，SD 或 S)；相对标准偏差(relative standard deviation，RSD)表示。分析时，常用 RSD 表示精密度。也可以简称为精度.描述测量数据的分散程度。精密度是准确度得另一个组成部分，而且是它的一个重要的组成部分。精密度是在规定的条件下，独立测量结果间的一致程度。对不同的规定条件，有不同的精密度的度量。最重要的精密度的度量是重复性和再现性。【4】
1.4.3 重现性实验的考察
在不同实验室由不同分析人员测定结果之间的精密度，称为重现性。当分析方法将被法定标准采用时，应进行重现性试验。例如，建立兽药典分析方法时应通过不同实验室的复核检验得出重现性结果，复核检验 的目的、过程、重现性结果均应记载在起草说明中。应注意重现性试验用的样品本身的质量均匀性和贮存运输中的环境影响因素，以免影响重现性结果。
1.4.4 吸收率
是指投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比称为该物体的吸收率。这是针对所有波长而言，应称为全吸收率，通常就简称为吸收率。
1.4.5 验证性
验证性实验是指对研究对象有了一定了解,并形成了一验证性实验。定性认识或提出了某种假说,为验证这种认识或假说是否正确而进行的一种实验.。验证性实验是强调演示和证明科学内容的活动,科学知识和科学过程分离, 与背景无关,注重探究的结果(事实,概念,理论),而不是探究的过程.验证性实 验证性实验 传递了这样一种信息:了解一个发现和如何把这个发现的结果应用到一个 确定的问题上比直接学习如何发现要重要得多.验证性实验 验证性实验强调实验操作和 验证性实验 观察等个别智力技能,强调任何快速经济的获得生物化学知识。
2 实验部分
2.1 目的
1.掌握色谱分析基本操作
2.学会内标法测定烟碱含量
2.2材料和仪器
2.2.1 材料
98％烟碱(自制备) 、喹啉(分析级别)、水（蒸馏水）、进样量为1ul、甲醇（分析级别）
2.2.2 仪器
气相色谱仪（7890Ⅱ型上海天美公司）、毛细管柱 （30m length TM—WAX From 20℃ to 260℃）
2.3 色谱条件
气体流速:N2 30ml/ min Air 30ml/min H2 50ml/min
柱箱温度（OVEN）170℃ 进样口温度（INJ）270℃
检测器温度（DET）270℃
2.4 实验设计及结果分析
通过实验及对实验结果的分析得出以下结论。
2.4.1 线性关系实验的考察
所用试剂：100ug/mL烟碱甲醇溶液， 100ug/mL喹啉甲醇溶液，甲醇（99%以上）
配制浓度分别为0、10、20、30、40、50ug/ml的烟碱甲醇溶液，内含50ug/ml的喹啉，吸取1ul进样检测，并记录烟碱和喹啉的峰面积及峰高，计算出它们之间的峰高比和面积比，结果见表1。
表1：烟碱/喹啉的峰高比及面积比
Table 1:peak height ratio and area ratio of nicotine/ quinoline
实验设计及结果分析线性关系在一定范围内有Y=a+bx
用Origin7.5软件处理峰高比数据作图如下所示：
图1烟碱/喹啉的峰高比
Fig. 1 peak height ratio of nicotine/ quinoline
以烟碱与喹啉的峰高比为Y轴，以烟碱含量（单位ug）为X轴的回归方程分别为Y=0.01453X—0.02032 (r=0.98738)由此可以看出烟碱含量在0—50ug/ml范围内，采用气相色谱法测定时其浓度与峰高比呈良好的线性关系。
因为R=0.98738 R*R=0.97492 Sr=0.0792
由t=R/Sr得，t=12.067
查表得，t0.01=4.604 t0.05=2.776 可知 t > t0.01 为极显著性
用Origin7.5软件处理面积比数据作图如下：
图2烟碱与喹啉的面积比
Fig. 2 area ratio of nicotine/ quinoline
以烟碱与喹啉的面积比为Y轴，以烟碱含量（单位ug）为X轴的回归方程分别为Y=0.01146X—0.00605 (r=0.9965 )由此可以看出烟碱含量在0—50ug/ml范围内，采用气相色谱法测定时其浓度与峰面积比呈良好的线性关系。
因为R=0.9965 R*R=0.9930 Sr=0.0418
由t=R/Sr得，t=23.839
查表得，t0.01=4.604 t0.05=2.776 可知 t > t0.01 为极显著性
线性关系试验中，t检验峰值比的t= 12.067 >t0.01，面积比的t= 23.839 >t0.01，查表t0.01=4.604，说明线性关系较好。
2.4.2 精密度实验的考察
配制浓度为50ug/ml的烟碱甲醇溶液，内含50ug/ml的喹啉，取同一支试管中的试液连续进5针，并记录烟碱和喹啉的峰面积及峰高，计算出它们之间的峰高比和面积比，结果见表2。
表2：精密度试验
Table 2 ：precision
Test uL
---------------------------- peak height ratio area ratio
No. nicotine quinoline
1 500 500 0.660865 0.614396
2 500 500 0.459032 0.466840
3 500 500 0.564479 0.527369
4 500 500 0.736366 0.777581
5 500 500 0.354521 0.324451
峰高比S= 0.152964 RSD%= 27.6 %
面积比S=0.168767 RSD%= 31.1%
2.4.3 重现性实验的考察
配制浓度为50ug/ml的烟碱甲醇溶液，内含50ug/mL的喹啉，5支试管中的试液各进1针，并记录烟碱和喹啉的峰面积及峰高，计算出它们之间的峰高比和面积比，结果见表3。
表3：重现性试验
Table 3： reproducibility
Test uL
---------------------------- peak height ratio area ratio
No. nicotine quinoline
1 500 500 0.68524 0.46765
2 500 500 0.69114 0.63486
3 500 500 0.79753 0.76721
4 500 500 0.95151 0.91379
5 500 500 0.66086 0.61439
峰高比S=0.12063 RSD%=15.9%
面积比S=0.16859 RSD%= 24.8%
2.4.4 结果分析
线性关系实验中的t检验值与理论的t0.01相比都大于，可以看出烟碱含量在0—50ug/ml范围内，采用气相色谱法测定时其浓度与峰高和峰面积比呈良好的线性关系。
在精密性和重现性的实验中所得的变异系数RSD%达不到所要求的应该<5%，误差相对来讲是比较大的，可能存在的是系统误差和偶然误差，但最主要的还是我们对于仪器的不熟练操作造成的。
参考文献：
【1】:百度百科
【2】:维基百科
【3】:互动百科