卷烟烟气中R-( )-尼古丁形成机理的研究

卷烟烟气中R-(+)-尼古丁形成机理的研究

摘要采用多维气相色谱法测定了烟草和烟气中尼古丁的手性纯度。尽管在烟草中几乎检测不到右旋的尼古丁，但在卷烟烟气中R-(+)-尼古丁的相对比例达2.6-3.6%。关于烟气中R-(+)-尼古丁的形成机理，文献中有两种理论假设，但都没有用实验证实。在本研究中，为探索吸烟过程中R-(+)-尼古丁的形成机理，采用微炉裂解器，对S-(-)-尼古丁和烟草样品进行热裂解，采用多维气相色谱法分析裂解物中尼古丁的手性纯度。结果显示，无论是尼古丁化学品还是烟草样品，S-(-)-尼古丁的消旋化与热裂解的进程高度同步。另外，在550。下，尽管纯S-(-)-尼古丁试剂的消旋化程度显著高于烟草中的S-(-)-尼古丁，但是不同类型烟草中的S-(-)-尼古丁的消旋化程度非常接近。因此，本研究为高温消旋化的假设提供了实验支持，即吸烟过程中的高温是导致S-(-)-尼古丁消旋化的主要动力。在一定温度下，气态S-(-)-尼古丁可逆地失去手性中心上的氢原子，形成尼古丁自由基，重新与氢结合，形成外消旋尼古丁混合物。多维气相色谱的预柱为DB-1(30m×0.25mm i.d ×()．25μm)，手性柱为DB-C：Cydodex-B(60m×0．25mm i．d．×().25μm)。FID和NPD 分别为监视检测器和分析检测器。

关键词尼古丁消旋化手性热裂解多维气相色谱烟草烟气

1引言

尼古丁是烟草和烟气中含量最丰富的一个生物碱。尼古丁是手性分子，手性中心是四氢吡咯环-2-位碳原子，所以，尼古丁可以两个对映体存在：S-(-)-尼古丁和R-(+)-尼古丁。旋光对映体通常显示完全不同的代谢和生理特性，所以，手性分析具有重要意义。一系列动物实验和体外细胞试验显示，S-(-)-尼古丁的生理活性比R-(+)-尼古丁更强[1]．毒性试验显示，S-(-)-尼古丁的毒性比R-(+)-尼古丁更强[2]．天然烟草中的尼古丁主要是S-(-)-构型，但是，采用较灵敏和准确的手性分析方法，可在不同类型的烟草原料中检测到0.2-0.3%的R-(+)-尼古丁(相对于总尼古丁含量)[3].在卷烟烟气中，R-(+)-尼古丁的相对比例大大高于烟草[4]；根据最近的文献，在六个肯塔基参考卷烟主流烟气中，R-(+)-尼古丁相埘比例为3%左右[2]。关于卷烟烟气中尼古丁的形成机理，Crooks等人提出了两个假设[5]，雷诺公司Perfetti and Coleman进行了相关研究[2，6]，但是相关的机理仍然没有弄清楚[7]。

裂解气相色谱一质谱揭示烟气成分形成机理的重要研究手段[8-9]。在本研究中，采用裂解和中心切割式手性多维气相色谱(MDGC)[10]，对温度和尼古丁手性变化关系进行

了深入研究。另外，对烟草和烟气中尼古丁的手性组成也进行了测定。

2实验

2.1试剂与材料

除非特别说明，所用试剂均为分析纯。外消旋尼古丁标样(S-/R-，1/1)购自Sigma Co(USA)．商品卷炳购自当地市场。烟叶原料取自上海烟草(集团)公司。

2.2烟草萃取

称取30 mg烟末，加入5 mL乙酸乙酯和1 mL10%NaOH，剧烈振荡充分混匀。离心，取上清液1.0 mL转移到2 mL GC 样品瓶中，进行MDGC分析。

2.3烟气分析

卷烟抽吸采用IS03308标准[11]，用RM-XX0-孔道转盘吸烟机(Borgwaldt Technik GmbH，Germany)。20支卷烟的主流烟气收集到92 mm直径的剑桥滤片上，然后用20 mL甲基叔丁基醚萃取，取1 mL萃取液转移到2 mL样品瓶中，进行 MDGC分析。

2.4 MDGC条件

把MDS 6890多维附件(SGE，Australia)安装到Agilent 6890 GC(Agilent Technology，USA)，构建MDGC系统。载气为高纯氦(99.999%)。预柱DB-1,30m×0.25mm i.d.×0.25μm膜厚(Agilent， USA).手性柱DB-Cyclodex-B，60m×

0.25mm i.d.×0.25μm膜厚(Agilent Technologies,USA)．手性固定相是10.5%全甲基化β-环糊精分散到DB-1701[14%(cyanopropylphenyl)methylpolysiloxane]中。预柱和分析柱的载气流速分别为1.9 and 2.7 mL/min。一维色谱的柱温程序：初温100℃，升温到200℃，速率8℃/min，保持5 min。尼古丁的一维保留时间为9.0 min，所以中心切割范围选择8.8到9.2 min。液态C0，为冷却剂，打开时间为7 min，关闭时间为13 min。手性分离的炉温程序：初温50℃，升温至130℃，速率0.5℃/min，然后以10℃/min升温到180℃，保持5 min，一维色谱检测器为FID，FID温度250℃，氢气流速40 mL/ min，空气流速350 mL/min，补充气(氦气)流速30 mL/min。手性柱检测器为NPD，NPD温度320℃，氢气流速2 mL/min，空气流速60 mL/min，补充气(氦气)流速10 mL/min，铷珠电压3.80V。分流/不分流进样口温度250 0C，进样量3．0μL，分流流量30 mL/min。

2.5裂解买验

2.5.1裂解-MDGC

微炉裂解器(Pvroiector II，SGE，Australia)直接与MDGC联用。裂解温度范围为300-700℃，温度间隔为50℃。载气为氦气，压力比气相色谱进样口高出5 psi。溶液样品采用SGE液体进样针(70 mm针头)将1 uL S-(-)-尼古丁溶

液(戊烷中，1.0mg/mL)注入裂解器。烟末样品采用SGE螺旋进样针进样，但是气相色谱分流流量由30 mL/ min增加到200 mL/min，目的是防止尼古丁响应信号太高而影响手性分离效果。

2.5.2裂解-GC/MS

SGE螺旋针头进样器的进样量重复性有一定局限，为了更准确地获得烟草裂解产物中尼古丁的峰面积，改用SGE pelletizer固体进样器，精确称取 1.0 mg烟末注人裂解-GC/MS，考虑到烟草裂解产物组成复杂，采用质谱-萃取离子(m/z84)计算尼古丁的峰面积。

GC/MS分析条件：毛细管色谱柱DB-1，30m×0.25mm i.d.×0.259μm膜厚(Agilent，USA)，载气为氦气，恒流流速1.0 mL/min，分流流量100 mL/min．炉温从40℃(保持2.0 min)升至280℃(4℃/min)(保持5 min)。MSD扫描范围33-350 D。MS接口、离子源和四极杆温度分别为280，230 and 150℃。

3结果与讨论

3.1尼古丁对映体的手性分离

烟草和烟气中尼古丁的手性分离具有一定难度，目前仅少量几种测试方法报道[4]，包括1H- NMR，手性HPLC和手性GC/MSD-SIM[4]。1H- NMR和手性HPLC一般需要复杂的样品纯化手续，步骤多，耗时长。本文MDGC方法是在Perfeni and Coleman的手性GC/MS-SIM方法[2]的基础上发展起来