本发明涉及再造烟叶中碳酸钙含量分析技术领域，具体涉及一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法。
背景技术：
碳酸钙是一种无机化合物，化学式为caco3，俗称灰石、石灰石、石粉、大理石等。碳酸钙呈中性，基本上不溶于水，溶于盐酸。白色固体状，无味、无臭。有无定型和结晶型两种形态。结晶型中又可分为斜方晶系和六方晶系，呈柱状或菱形。相对密度2.71。825～896.6℃分解，在约825℃时分解为氧化钙和二氧化碳。熔点1339℃，10.7mpa下熔点1289℃。难溶于水和醇，与稀酸反应，同时放出二氧化碳，呈放热反应。也溶于氯化铵溶液。它是地球上常见物质之一，存在于霰石、方解石、白垩、石灰岩、大理石、石灰华等岩石内，亦为动物骨骼或外壳的主要成分。碳酸钙是造纸法再造烟叶生产过程中的一种重要添加剂，其作用是减少浆料纤维之间的氢键作用，有利于提高基片的松厚度和涂布液的渗透，降低再造烟叶焦油和co等物质的释放量。从物理指标看，随着碳酸钙填料目数的提高，片基与成品的抗张强度、耐破强度、填充值和平衡含水率整体上都呈增加的趋势，而松厚度呈下降趋势，但总体上碳酸钙目数对成品物理指标的影响没有对片基的影响显著。
碎烟叶、烟梗和烟末等是再造烟叶的主要原料。再造烟叶(reconstitutedtobacco)是利用烟末、烟梗、碎烟片等烟草物质为原料制成片状或丝状的再生产品，用作卷烟填充料。在卷烟中加入造纸法再造烟叶，不仅可以充分利用烟叶资源，降低生产成本，还能有效降低卷烟焦油量，是提高卷烟安全性的有效途径。造纸法再造烟叶生产过程主要包括萃取、浓缩、制浆、抄造和涂布、干燥等主要工艺，生产中通常添加一定量的碳酸钙以提高灰分含量，以提高其物理性能，如吸液性能、外观性能等。而碳酸钙是再造烟叶生产过程中常常会加入的填充剂，可以改善再造烟叶吸食质量，碳酸钙的含量直接影响再造烟叶的灰分、填充性、疏松度、吸液性能和外观等特性。因此准确快速测定再造烟叶中碳酸钙的含量，便于评价其产品外观、烟气情况等。目前测定碳酸钙的主要方法有络合滴定法、电位滴定法、连续流动法和离子色谱法。其中，络合滴定法和电位滴定法的测定过程繁琐，容易引入人为误差；离子色谱法和连续流动法均是测定酸溶性总钙的质量分数，而再造烟叶中钙元素以多种形态共存（水溶性无机钙、有机酸钙、磷酸钙、草酸钙和碳酸钙），不同形态的钙在酸溶液中有时会共溶出，所以这两种方法无法准确反映样品中碳酸钙的质量分数。
中国专利【cn102901791a】公开了一种再造烟叶中碳酸钙含量的测定方法，先用过量的乙酸溶液萃取再造烟叶，利用现代分析方法测定其总钙离子含量，然后在同样条件下，分析去离子水萃取的再造烟叶中游离钙离子含量，利用两者的差值计算再造烟叶中碳酸钙含量。然而该方法有明显的缺点，再造烟叶中含有大量的不溶于水但溶于乙酸的果胶酸钙，测定结果将果胶酸钙中的钙计算为碳酸钙，使得测定结果偏高。
中国专利【cn201910897278.6】公开了一种测定造纸法再造烟叶中碳酸钙含量的方法。首创将碳氮分析仪应用于造纸法再造烟叶中碳酸钙含量的测定，分别用不同的前处理方法测定造纸法再造烟叶中的总碳和有机碳，用差量法计算出无机碳后，依据碳和碳酸钙分子量的换算，计算得出再造烟叶中的碳酸钙含量。然而该方法有明显的缺点，通过碳和碳酸钙分子量的换算得到的数据误差较大，而且没有考虑烟草本身所含有的其他碳的影响。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明提供了一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，该方法使用硝酸钠水溶液和乙醇对再造烟叶进行萃取，再加入干冰颗粒在高压下进行反应，将不溶于水的碳酸钙转变为可溶的碳酸氢钙，然后过滤稀释，采用电感耦合等离子体质谱仪（icp-ms）测定其ca2 的响应信号强度，带入标准工作曲线得出ca2 的浓度，最后通过公式计算得出ca2 的含量。干冰气化产生的co2与碳酸钙发生选择性反应（不与烟叶中其他含钙的物质发生反应），生成可溶性碳酸氢钙，再通过计算待测液与空白待测液的差值，即可准确得出再造烟叶中碳酸钙的含量。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、将再造烟叶打成烟末，混匀，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末置于高压反应器中，加入硝酸钠水溶液和乙醇作为萃取液进行萃取，然后加入干冰颗粒，密封反应器，待反应完成后，过滤得到样品溶液；
s3、将步骤s2得到的样品溶液用水稀释，过水系滤膜得到待测液；
s4、将步骤s3得到的待测液采用icp-ms测定其ca2 的响应信号强度，根据标准曲线计算其ca2 的浓度c；将空白待测液采用icp-ms测定其ca2 的响应信号强度，根据标准曲线计算其ca2 的浓度c0；
所述空白待测液与所述待测液的区别在于没有加入干冰颗粒；
所述标准工作曲线的制作方法：配制不同浓度的ca2 标准溶液，采用icp-ms测定不同浓度ca2 的信号强度，然后以ca2 的信号强度对标准溶液中ca2 对应的浓度进行线性回归，仪器自动建立标准曲线，根据标准曲线计算出被测液中ca2 的浓度；
s5、计算再造烟叶中碳酸钙的含量：
上式中：
x——再造烟叶中碳酸钙的含量，单位为微克每克（μg/g）；
c——由标准工作曲线得出的目标物的浓度，单位为微克每毫升（μg/ml）；
c0——由标准工作曲线得出的空白样品中目标物浓度，单位为微克每毫升（μg/ml）；
v——萃取液体积，单位为毫升（ml）；
f——稀释倍数；
m——试样质量，单位为克（g）；
100——caco3的式量；
40——ca2 的式量。
进一步的，所述步骤s2中烟末、硝酸钠水溶液、乙醇与干冰的质量比为（0.1-0.2）：（50-100）：3.945：（2-5）。
进一步的，所述步骤s2中加入干冰颗粒后，高压反应器内的压力为15-30psi。
进一步的，所述步骤s3中样品溶液使用水稀释90-110倍。
进一步的，所述步骤s3中水系滤膜为0.45μm水系滤膜。
进一步的，所述步骤s2中硝酸钠水溶液和乙醇的萃取时间为20~60min。
硝酸钠水溶液中的na 和no3-都是完全电离的，不发生水解，后期使用水稀释时，不会与钙离子发生反应产生其他沉淀，避免对实验结果造成误差，进一步提高实验的准确性。
干冰（dryice）是固态的二氧化碳，在6250.5498千帕压力下，把二氧化碳液化成无色的液体，再在低压下迅速凝固而得到。而且二氧化碳由固体变成气体时吸收大量的热，使周围空气的温度降的很快。
将干冰加入高压反应器中，干冰可以迅速气化产生大量的co2气体，大幅提高体系的压强，可以增加co2在水中的溶解度，使得co2溶于水中与碳酸钙反应，此外，干冰气化还可以吸收周围的热量，降低反应体系的温度，使得反应体系温度维持在低温，增加溶液中碳酸氢钙的稳定性，可以有效避免因高压导致的溶液内能增加及温度上升。同时，萃取液中加入硝酸钠和乙醇可以降低萃取液的凝固点，以防止加入干冰后反应体系温度降低，致使萃取液凝固。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，使用硝酸钠水溶液与乙醇对再造烟叶进行萃取，然后向其中加入干冰颗粒，干冰颗粒升华后，在高压条件下将不溶于水的碳酸钙转变为可溶的碳酸氢钙，同时可以避免再造烟叶中其它钙盐（磷酸钙、草酸钙以及硫酸钙）的溶出，提取准确度高，可靠性强。该方法具有干扰小、灵敏度高、无试剂污染等特点，能够应用于多种钙盐混合体系中碳酸钙含量的测定。
2.本发明提供的一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，加入的干冰颗粒升华后，可以保证反应体系内压力增大的同时温度降低，不仅可以增加co2在水中的溶解度，促进再造烟叶中的碳酸钙转化为碳酸氢钙，还可以使得反应体系温度维持在低温，增加碳酸氢钙的稳定性。
3、本发明提供的一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，萃取液中加入硝酸钠和乙醇可以降低萃取液的凝固点，以防止加入干冰后反应体系温度降低，致使萃取液凝固。
附图说明
图1是本发明实施例中一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式，本发明并不限制于该实施例。
本发明具体实施例如下：
icp-ms仪器分析条件：测量模式为he碰撞模式；射频功率为1550w；采样深度：7.5mm；等离子气体流量为15.0l/min；载气流量为1.0l/min；辅助气流量为1.0l/min；雾化室温度为2℃；获取模式为全定量分析；重复次数为3次。
实施例1
标准曲线的制作：
准备浓度为0.2mg/l、0.5mg/l、1.0mg/l、1.5mg/l、2.0mg/l、2.5mg/l的六个梯度的钙离子标准溶液，采用icp-ms测量这六个标准溶液的ca2 的响应信号强度，然后以ca2 浓度为横坐标，以其对应的响应信号强度为纵坐标，仪器自动建立标准曲线，得线性方程y=0.2063x 0.0126，其中，y为响应信号强度，x为ca2 浓度，相关系数为0.9998，相关系数接近1，说明误差小，这表明在0.2～2.5mg/l范围内，工作曲线具有很好的线性拟合关系。后期通过线性方程带入响应信号强度便可直接得出待测液中ca2 浓度。
相对标准偏差
相对标准偏差(relativestandarddeviation；rsd)又叫标准偏差系数、变异系数、变动系数等，由标准偏差除以相应的平均值乘100%所得值，可在检验检测工作中分析结果的精密度。
将再造烟叶磨成烟末试样，干燥至恒重备用，用电子秤分五次称取0.2036g试样，分别为样品序号1-5，置于各自对应的高压反应器中，准确加入50ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，最后加入2g干冰颗粒，迅速密封反应器，高压反应器内的压力为15psi。待反应完成后，过滤得到样品溶液；准确移取适量样品溶液，用水稀释100倍，过0.45μm水系滤膜（弃去前几滴）得待测溶液，迅速将待测溶液上机检测，采用icp-ms测量，每组样品测量5次取平均值，带入标准曲线得对应ca2 浓度，测定结果如下表1。
表1方法重复性结果
由表1可知，五次测量的相对标准偏差在3.74%之间。说明该标准曲线计算浓度的准确性较高。
方法回收率
将再造烟叶磨成烟末试样，干燥至恒重备用，用电子秤称取0.2036g试样，置于高压反应器中，准确加入50ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，在萃取过程中，向高压反应器中加入一定量的轻质碳酸钙，后续计算碳酸钙的回收率，进行三次试验，每次加入不同量的轻质碳酸钙，每组测量5次取平均值，结果如表2。
表2方法回收率结果
由表2可知，方法的回收率介于99%~108%，回收率较好。说明该标准曲线计算浓度的稳定性和可靠性。
实施例2
空白样品中ca2 浓度c0的计算：
s1、将再造烟叶a磨成烟末，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末0.2036g置于高压反应器中，加入50ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，萃取60min，迅速密封反应器，待反应完成后，过滤得到空白样品溶液；
s3、将步骤s2得到的空白样品溶液用水稀释100倍，过0.45μm水系滤膜得到空白待测液；
s4、将步骤s3得到的空白待测液采用icp-ms测量ca2 的吸光度，然后带入标准工作曲线，得出待测液中ca2 的浓度c0；
将实施例2中的再造烟叶a分成6份进行碳酸钙的含量测试，具体测试过程如实施例3-实施例8所示。
实施例3
s1、将再造烟叶a磨成烟末，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末0.1g置于高压反应器中，加入50ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，然后加入2g干冰颗粒，萃取20min，迅速密封反应器，高压反应器内的压力为15psi，待反应完成后，过滤得到样品溶液；
s3、将步骤s2得到的样品溶液用水稀释100倍，过0.45μm水系滤膜得到待测液；
s4、将步骤s3得到的待测液采用icp-ms测量ca2 的吸光度，然后带入标准工作曲线，得出待测液中ca2 的浓度c1；
s5、计算再造烟叶中碳酸钙的含量：
实施例4
s1、将再造烟叶a磨成烟末，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末0.12g置于高压反应器中，加入60ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，然后加入2g干冰颗粒，萃取30min，迅速密封反应器，高压反应器内的压力为15psi，待反应完成后，过滤得到样品溶液；
s3、将步骤s2得到的样品溶液用水稀释100倍，过0.45μm水系滤膜得到待测液；
s4、将步骤s3得到的待测液采用icp-ms测量ca2 的吸光度，然后带入标准工作曲线，得出待测液中ca2 的浓度c2；
s5、计算再造烟叶中碳酸钙的含量：
实施例5
s1、将再造烟叶a磨成烟末，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末0.14g置于高压反应器中，加入70ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，然后加入2g干冰颗粒，萃取40min，迅速密封反应器，高压反应器内的压力为15psi，待反应完成后，过滤得到样品溶液；
s3、将步骤s2得到的样品溶液用水稀释100倍，过0.45μm水系滤膜得到待测液；
s4、将步骤s3得到的待测液采用icp-ms测量ca2 的吸光度，然后带入标准工作曲线，得出待测液中ca2 的浓度c3；
s5、计算再造烟叶中碳酸钙的含量：
实施例6
s1、将再造烟叶a磨成烟末，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末0.16g置于高压反应器中，加入80ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，然后加入5g干冰颗粒，萃取50min，迅速密封反应器，高压反应器内的压力为30psi，待反应完成后，过滤得到样品溶液；
s3、将步骤s2得到的样品溶液用水稀释100倍，过0.45μm水系滤膜得到待测液；
s4、将步骤s3得到的待测液采用icp-ms测量ca2 的吸光度，然后带入标准工作曲线，得出待测液中ca2 的浓度c4；
s5、计算再造烟叶中碳酸钙的含量：
实施例7
s1、将再造烟叶a磨成烟末，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末0.18g置于高压反应器中，加入90ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，然后加入5g干冰颗粒，萃取60min，迅速密封反应器，高压反应器内的压力为30psi，待反应完成后，过滤得到样品溶液；
s3、将步骤s2得到的样品溶液用水稀释100倍，过0.45μm水系滤膜得到待测液；
s4、将步骤s3得到的待测液采用icp-ms测量ca2 的吸光度，然后带入标准工作曲线，得出待测液中ca2 的浓度c5；
s5、计算再造烟叶中碳酸钙的含量：
实施例8
s1、将再造烟叶a磨成烟末，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末0.20g置于高压反应器中，加入100ml硝酸钠水溶液，再加入5ml乙醇，然后加入5g干冰颗粒，萃取60min，迅速密封反应器，高压反应器内的压力为30psi，待反应完成后，过滤得到样品溶液；
s3、将步骤s2得到的样品溶液用水稀释100倍，过0.45μm水系滤膜得到待测液；
s4、将步骤s3得到的待测液采用icp-ms测量ca2 的吸光度，然后带入标准工作曲线，得出待测液中ca2 的浓度c6；
s5、计算再造烟叶中碳酸钙的含量：
实施例3-8测试的碳酸钙的含量结果如下表3所示。
表3–实施例3-8再造烟叶中碳酸钙的测定结果
由表3可知，实施例3-8测定的碳酸钙含量误差较小，进一步说明了本方法的可靠性和准确性。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
1.一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、将再造烟叶打成烟末，混匀，干燥至恒重备用；
s2、称取步骤s1中准备的烟末置于高压反应器中，加入硝酸钠水溶液和乙醇作为萃取液进行萃取，然后加入干冰颗粒，密封反应器，待反应完成后，过滤得到样品溶液；
s3、将步骤s2得到的样品溶液用水稀释，过水系滤膜得到待测液；
s4、将步骤s3得到的待测液采用icp-ms测定其ca2 的响应信号强度，根据标准曲线计算其ca2 的浓度c；将空白待测液采用icp-ms测定其ca2 的响应信号强度，根据标准曲线计算其ca2 的浓度c0；
所述空白待测液的制备包括如下步骤：称取步骤s1中准备的烟末置于高压反应器中，加入硝酸钠水溶液，再加入乙醇萃取，密封反应器，待反应完成后，过滤得到空白样品溶液，将空白样品溶液用水稀释后过水系滤膜得到空白待测液，其中烟末、硝酸钠水溶液与乙醇的质量比与步骤s2中烟末、硝酸钠水溶液与乙醇的质量比相同；
所述标准工作曲线的制作方法：配制不同浓度的ca2 标准溶液，采用icp-ms测定不同浓度ca2 的信号强度，然后以ca2 的信号强度对标准溶液中ca2 对应的浓度进行线性回归，仪器自动建立标准曲线，用于根据标准曲线计算出被测液中ca2 的浓度；
s5、计算再造烟叶中碳酸钙的含量：
上式中：
x——再造烟叶中碳酸钙的含量，单位为微克每克（μg/g）；
c——由标准工作曲线得出的目标物的浓度，单位为微克每毫升（μg/ml）；
c0——由标准工作曲线得出的空白样品中目标物浓度，单位为微克每毫升（μg/ml）；
v——萃取液体积，单位为毫升（ml）；
f——稀释倍数；
m——试样质量，单位为克（g）；
100——caco3的式量；
40——ca2 的式量。
2.根据权利要求1所述的一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤s2中烟末、硝酸钠水溶液、乙醇与干冰的质量比为（0.1-0.2）：（50-100）：3.945：（2-5）。
3.根据权利要求2所述的一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤s2中加入干冰颗粒后，高压反应器内的压力为15-30psi。
4.根据权利要求1所述的一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤s3中样品溶液使用水稀释90-110倍。
5.根据权利要求1所述的一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤s3中水系滤膜为0.45μm水系滤膜。
6.根据权利要求1所述的一种高压封闭反应体系测定再造烟叶中碳酸钙的方法，其特征在于，所述步骤s2中硝酸钠水溶液和乙醇的萃取时间均为20~60min。
技术总结