Differentiation of commercial tobacco blends by pyrolysis field ionization mass spectrometry and pattern recognition

  • Norbert Simmleit
  • Hans -Rolf Schulten
Original Papers Biological Materials

Summary

For the first time operational fingerprinting techniques have been applied to pyrolysis field ionization mass spectra of nine commercial tobacco blends. After thermal decomposition in high vacuum and soft ionization of the pyrolysis products, the mass spectral pattern of tobacco between m/z 50 and m/z 500 was reduced to the 29 most characteristic signals by the calculation of the Fisher ratios. Using the autoscaled signals with the highest discriminant power, it is possible to distinguish two major groups of tobacco blends. However, differentiation is clearly improved by principal component score plots. In a novel methodological step, results of other analytical methods have been added as external parameters to the reduced data set resulting in even better differentiation and classification. Actually five groups of tobacco blends which yield very different smoke properties could be classified.

Pyrolysis field ionization mass patterns of tobacco are well suited for the distinction of commercial tobacco blends and are assumed to allow a prediction of external parameters such as condensate and nicotine concentrations in smoke. Pyrolysis field ionization mass spectrometry in combination with operational fingerprinting techniques and multivariate statistical methods appears to be a fast and reliable tool for future assessments of tobacco properties.

Keywords

Nicotine Smoke External Parameter Ionization Mass Spectrum Multivariate Statistical Method 

Unterscheidung von handelsüblichen Tabakmischungen durch Pyrolyse-Feldionisation-Massenspektrometrie und Mustererkennung

Zusammenfassung

Zum ersten Mal wurden operationale Techniken der Mustererkennung auf Massenspektren der Pyrolyse-Feldionisation von neun handelsüblichen Tabakmischungen angewendet. Nach dem thermischen Abbau im Hochvakuum und schonender Ionisierung der Pyrolyseprodukte wurde das massenspektrometrische Muster von Tabak im Bereich von m/z 50 bis m/z 500 durch die Berechnung der Fisher-Quotienten auf die 29 charakteristischsten Massensignale reduziert. Unter Verwendung dieser standardisierten Massensignale mit der stärksten trennenden Wirkung ist es möglich, zunächst zwei Hauptgruppen von Tabakmischungen zu unterscheiden. Diese Unterscheidung wird jedoch durch die Hauptkomponentenanlyse deutlich verbessert. Als neuer methodischer Schritt wurden chemische Daten von anderen analytischen Methoden als externe Parameter zu dem reduzierten Datensatz hinzugefügt, um eine noch bessere Differenzierung und Klassifizierung zu erreichen. Tatsächlich konnten fünf Gruppen von Tabakmischungen (Endprodukten) ermittelt werden, die sich durch sehr unterschiedliche Raucheigenschaften auszeichnen.

Die Signalmuster von Massenspektren der Pyrolyse-Feldionisation von Tabak sind gut geeignet für eine Unterscheidung von handelsüblichen Tabakmischungen und man kann annehmen, daß sie auch eine Vorhersage von externen Parametern wie Kondensat- und Nikotinkonzentration erlauben. Reproduzierbarer thermischer Abbau mit nachfolgender schonender Ionisierung der Pyrolysate durch Feldionisation ergibt Massenspektren, die in Kombination mit operationalen Mustererkennungstechniken und multivariaten statistischen Methoden ein schnelles und zuverlässiges Verfahren für die zukünftige Beurteilung von Tabakeigenschaften ergeben.

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References

  1. 1.
    Meuzelaar HLC, Windig W, Harper AM, Huff SM, McClennen WH, Richards JM (1984) Science 226:268Google Scholar
  2. 2.
    Schulten H-R (1984) J Anal Appl Pyrol 6:251Google Scholar
  3. 3.
    Halket JM, Schulten H-R (1985) J Anal Appl Pyrol 8:547Google Scholar
  4. 4.
    Irwin WJ (1982) Analytical Pyrolysis, Chrom Sci Series, vol 22, chapt 5Google Scholar
  5. 5.
    Tas AC, van der Greef J, de Waart J, Bouwman J, Ten Noever de Brauw MC (1985) J Anal Appl Pyrol 7:249Google Scholar
  6. 6.
    van der Greef J, Tas AC, Bouwman J, Ten Noever de Brauw MC, Schreurs WHP (1983) Anal Chim Acta 150:45Google Scholar
  7. 7.
    Schulten H-R, Simmleit N, Müller R (1986) Fresenius Z Anal Chem 323:450Google Scholar
  8. 8.
    Schulten H-R, Hempfling R, Zech W (1986) Geoderma, submitted for publicationGoogle Scholar
  9. 9.
    Schulten H-R (1986) Beitr Tabakforsch:submitted for publicationGoogle Scholar
  10. 10.
    Bouwman J, Tas AC, Ten Noever de Brauw MC (1985) ARTHUR Manual Finnigan MAT, Bremen, FRGGoogle Scholar
  11. 11.
    van der Greef J, Bouwman J, Odink J, Schrijver J, Ten Noever de Brauw MC (1984) Biomed Mass Spectrom 11:535Google Scholar
  12. 12.
    Kowalski BR, Bender CF (1972) J Am Chem Soc 94:5632Google Scholar
  13. 13.
    Kowalski BR, Bender CF (1973) J Am Chem Soc 95:686Google Scholar
  14. 14.
    Klus H, Kuhn H (1982) Beitr Tabakforsch 11:229Google Scholar
  15. 15.
    Wynder EL, Hoffmann D (1967) Tobacco and tobacco smoke. Academic Press New YorkGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1986

Authors and Affiliations

  • Norbert Simmleit
    • 1
  • Hans -Rolf Schulten
    • 2
  1. 1.Chemische und Biologische LaboratorienInstitut FreseniusTaunusstein-NeuhofFederal Republic of Germany
  2. 2.Abteilung SpurenanalytikFachhochschule FreseniusWiesbadenFederal Republic of Germany

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