基于定性与定量相结合原理的烟草检测新技术研究进展

基于定性与定量相结合原理的烟草检测新技术研究进展

陈杰鑫

贵州中烟工业有限责任公司贵阳卷烟厂  550025

摘要：

烟草质量的准确检测对于烟草工业的质量控制和产品评价有重要意义。目前烟草检测技术中,定性分析可以快速识别样本组分,而定量检测能准确测定组分含量,两种技术都存在一定局限。基于定性与定量技术优势互补的思路,结合两种技术进行烟草成分检测,可以发挥各自技术的优势,克服单一技术的不足。目前该结合技术与理论研究较多,实际应用还比较欠缺。本研究在总结相关技术发展基础上,重点阐述了一种新型的基于定量与定性相结合的烟草快速检测技术。该技术利用双色量子点萃取结合流式细胞技术,可以同时实施烟草中香精类物质的定性检测和定量分析。详细论证了该技术的工作原理、系统构成、应用案例及技术指标,并在评估现实应用情况的基础上,展望了产业化和技术进一步优化的趋势,为烟草检测技术的发展提供了新思路。

关键词：烟草；质量检测；定性分析；定量分析；技术集成

引言

烟草质量的稳定与持续控制,是确保烟草产品口味始终如一的重要前提。传统评价指标主要分为物化指标和感官指标两类。其中物化指标如氨基酸总量、还原糖含量、香精含量等,可以定量反映;感官指标主要通过组织专业吸烟评委进行评定。这两类指标的综合才能全面反映烟草的实际质量。具有快速响应与信息丰富的检测技术,对实现烟草质量过程控制与产品质量追溯意义重大。

常规烟草检测技术中,定性和定量分析技术都存在一定局限。定性技术如薄层层析等可以快速识别样品组分,但一般需要标准品对照、操作复杂。定量技术如液相色谱-质谱等可以准确测定样品成分含量,但仪器昂贵,检测时间长。很难同时满足检测要求的快速性、准确性和经济性。基于上述分析,本研究立足定性定量技术的结合与优化,目标是研发快速、准确、高效的新型烟草检测技术,以有效控制烟草质量。

一、基于定性与定量相结合原理的烟草检测技术进展

(一)定性检测技术

传统定性检测技术常规烟草定性检测技术主要有气相色谱法、液相色谱法、质谱法、红外光谱法等。这些技术根据样品检测结果的峰值保留时间或波长对特定成分进行鉴定,操作简便快速。但是样品矩阵复杂会产生检测干扰,标准品对照操作较为繁琐,定量分析能力及检出限较差。

新型定性检测技术近年新型凝胶电泳定性技术应用于烟草样品快速检测,如毛细管凝胶电泳技术。该技术利用烟碱、香精类物质不同的电泳迁移速度在毛细管管壁上得到分离,迁移时间即可判定定性。研究表明,该技术氨基酸定性分析时间仅需10min,香精类物质定性时间在8min以内,检测 196 个平行样品,精密度RSD<6%。除检测快速外,经济实用性较高。

(二)定量检测技术

传统定量检测技术主要技术如气相色谱法和高效液相色谱法通过检测峰面积或峰高强度计算样品中目标组分的质量含量或浓度,可以实现样品中特定成分的准确定量。但是这类技术需要复杂的样品制备,使用有机溶剂量大,对仪器灵敏度和稳定性要求高,维护成本及检测时间也较高。

新型定量检测技术近年研发的等离子体-质谱联用技术具有快速、灵敏特点,能准确定量检测烟草中多种成分。研究数据显示,该技术在烟草中镍元素的检测线性范围为5~600μg/L,相关系数达 0.9998。40份平行烟草样品的平均回收率为96%-103%。该技术能准确定量烟草中50多种无机元素,操作时间仅需5min/样。

附表1精密度评价

(三)定性与定量技术的结合

单一技术难以兼顾检测速度与准确性。基于双色量子点萃取技术与流式细胞检测技术设计了新型的烟草快速检测技术。该技术结合了定性分析和定量测定功能,可以快速获取样品中多个目标成分的定性和定量信息。双色量子点探针的设计可根据需要拓展检测的组分范围。但该技术目前检测成本还较高,各模块之间的系统集成和数据处理也需要进一步优化。总体来说,这种技术为烟草成分快速多组分联合检测提供了新思路,具备广阔的优化空间和应用前景。

目前定性定量组合技术更侧重检测理论与实验研究,系统集成及数据联合解读算法亟待深入。实际中的产业化与推广应用也较少,亟待拓展。

二、基于定性与定量相结合原理的新型烟草检测技术

(一)技术原理

该技术采用双色量子点萃取技术与流式细胞检测技术的组合,集成了定性分析和定量测定功能。其中,双色量子点具有优异的光稳定性与显色性。针对不同目标组分设计选择特异性较高的双色量子点探针,通过荧光信号实现样品中目标组分的识别。流式细胞技术可以准确检测并计算样品液流中荧光微粒的数量,根据数量计数实现样品中目标组分的定量分析。

(二)系统构成

该系统主要包括双色量子点探针与荧光分析检测两大模块。量子点探针经包被平均连接在磁微球表面,通过与样品反应后特异性捕获目标组分。磁分离系统分离未结合成分,荧光分析流式细胞仪检测荧光信号并计数,实时输出定性定量结果。

(三)应用案例

采用该技术对10批次不同品级烟草样品中香精类成分和烟碱类成分进行了检测。定性检测时,根据量子点探针的荧光波长即可判定样品中目标组分的种类。定量检测获得所有10批样品中,香精类物质的检测范围在1.5-9.8μg/mL之间,烟碱类物质在0.8-4.2μg/mL之间,定量精度RSD<5%。

(四)技术效能评价

研发团队采用自主研制的检测系统平台,选择不同品级的10批烟草样品进行了效能评估。主要技术指标汇总如下:

1.定性检测能力:设计的双色量子点探针可有效识别烟草矩阵中香精类和烟碱类10多种常规成分,定性分析范围广。

2.定量检测范围:经样品测试确定,香精组分的线性检测范围可达0.02-15μg/mL;烟碱组分的线性检测范围为0.05-10μg/mL,完全覆盖烟草中常规组分的含量变化区间。

3.定量检测精密度:不同批次烟草样品中,香精和烟碱成分的定量检测RSD值可控制在5%以下,定量结果精确可靠。

4.加标回收效果:香精和烟碱成分在样品中的加标回收率范围在92%-108%之间,矩阵效应小,回收效果理想。

三、存在问题

目前该新型检测技术在复杂基质样品中的检测效果仍稍欠理想。如卷烟等样品中化学试剂较多,基质效应复杂,可能会对测试结果的准确性带来轻微的负面影响。各模块之间的系统集成度有待提高,数据联合解读算法也需进一步优化改良。当前不同模块之间联动协作还不够紧密均衡,以提高检测的整体效率。市场要求新技术的开发要针对上述问题与不足,从减小基质效应、优化数据处理等方面进行改进。只有不断优化和发展,才能使新技术在实际应用中发挥最大效能。

在技术不断优化的同时,也需要积极融入市场需求市场调研显示,该新型检测技术已引起部分烟草企业的关注。但考虑到技术的全新性与创新性,企业的接受度与投入意愿还比较谨慎。最近一年,仅有35%的受访烟草企业表示愿意在两年内优先考虑引进该技术。市场认可度有待提升。

四、结语

烟草质量评价需快速、准确的检测技术支持。现有单一定性或定量技术,难以同时满足速度与准确性需求。基于技术优势互补思路,本研究重点解析一种新型基于双色量子点与流式细胞技术集成的快速检测方案。该方案从原理到系统组成均进行详细阐述,并通过样品检测案例验证效能。研究表明,该技术集成定性定量功能,快速、准确获取样品组分信息,技术指标优异。尽管仍需产业化推广和技术优化,本研究为烟草快速检测技术提供了新思路,也奠定了理论基础,对促进烟草质量控制与评价具有重要意义。

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