CN102778519B - 一种gc/ms联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法；利用鱼尾罩和玻璃纤维滤片捕集卷烟侧流烟气中的氨基甲酸乙酯，用含内标物的二氯甲烷萃取滤片和清洗鱼尾罩，萃取液先经第一固相萃取小柱净化、除杂得到萃取液，萃取液经浓缩后再经第二固相萃取小柱净化、除杂收集洗脱液，之后洗脱液浓缩后使用气相色谱/质谱仪进行检测，选择离子模式监测和定量；本发明方法操作简便、灵敏度高，实验重复性和回收率好，使用溶剂少、检测成本低，可以实现对卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的批量、准确测定。

Description

一种GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法

技术领域

本发明属于烟草和化学技术领域，具体地涉及一种气相色谱-质谱联用检测卷烟侧流烟气中气质氨基甲酸乙酯含量的方法。

背景技术

卷烟在两次抽吸间隔时间内，空气自燃烧锥周围上升，烟支进行阴燃，产生的烟气称为卷烟的侧流烟气。大部分侧流烟气是在卷烟阴燃过程中产生的，也有一小部分是在抽吸过程中产生的，侧流烟气中化合物的种类与主流烟气基本相同，但是化合物的含量有较大差别。在卷烟主流和侧流烟气中均含有氨基甲酸乙酯，它是Hoffmann43种烟气有害成分之一，也被美国食品及药物管理局（FDA）列为烟草中的致癌物质(CA)和生殖系统/发育有毒物(RDT)。

氨基甲酸乙酯主要存在于酱油、酸牛奶、泡菜等发酵食品及黄酒、葡萄酒、白酒等酒类饮料中。研究结果表明，其在酒类中的形成主要是发酵过程中存在于植物中的氰化物（或氰）被氧化成氰酸，然后氰酸和乙醇反应而产生氨基甲酸乙酯，反应过程中乙醇、连二碳基化合物、光线及氧气均起到了一定作用。另外有研究表明，在酿酒过程中，尤其是酿造高质量的白兰地原酒时，尿素或硫酸铵等作为酵母的氮源而添加到发酵液中，这些无机氮源与乙醇反应生成氨基甲酸乙酯。

目前，对于氨基甲酸乙酯的形成机理和代谢途径等方面的研究主要集中于食品及酒类等行业，建立的方法也主要集中在这些领域。中国专利200910099554.0公开“一种检测黄酒中氨基甲酸乙酯的方法”，该方法通过减压蒸馏—与盐酸及9-羟基吨溶液混合进行衍生化反应—利用高校液相色谱仪对组分进行分离，然后采用外标法计算氨基甲酸乙酯的含量。该方法可以有效检测黄酒中氨基甲酸乙酯。另外中国专利201110339615.3和中国专利201110288339.2分别公开了一种在蒸馏酒和饮料中氨基甲酸乙酯的检测方法。

随着公众对吸烟与健康问题的日益关注，卷烟烟气有害成分-尤其是氨基甲酸乙酯的含量—成为人们关注的焦点问题，但是，由于上述专利方法中的基质背景和烟气完全不同，卷烟烟气的成分复杂，化合物的种类及数量都远较一般的发酵食品和酒类饮料多得多，已经鉴定出来的就有近5000种，且氨基甲酸乙酯在烟气中为痕量组分，烟气中存在的检测干扰因素更多、更复杂，无法直接使用上述方法来检测烟气中氨基甲酸乙酯的含量。截至目前，关于卷烟烟气中氨基甲酸乙酯的研究报道较少，尚未见有关于卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的任何文献报道和专利，食品行业建立的检测方法能否适用于卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的检测尚未可知。

随着《烟草控制框架公约》在我国正式生效，以及公众对吸烟与健康问题的日益关注，烟草行业面临的压力进步加强，而且，加拿大等一些国家也要求卷烟生产商提供卷烟烟气中主要有害成分的释放量。2012年6月22日起，美国食品药品管理局（FDA）药品与化妆品法案（FD&C）要求烟草生产厂商、进口商及他们的代理商，对每种产品的品牌及其品牌的数量（包括子品牌），提交组分列表，包括FDA鉴定的对健康有害或潜在有害的烟草组分。

我国是烟草生产和消费大国。基于公众健康及客观评价卷烟危害性大小出发，建立一种能够准确、快速检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法是烟草行业的一项迫切任务，对于研究卷烟抽吸及阴燃过程中氨基甲酸乙酯的形成途径及规律，以及发展低危害卷烟具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对目前无法准确、快速检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的问题，提供一种操作简便、分离效果好、回收率高和定性准确的GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法。

本发明提供一种GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，包括以下步骤：利用鱼尾罩和玻璃纤维滤片捕集卷烟侧流烟气中的氨基甲酸乙酯，用含内标物的二氯甲烷萃取滤片和清洗鱼尾罩，萃取液先经第一固相萃取小柱净化、除杂得到萃取液，萃取液经浓缩后再经第二固相萃取小柱净化、除杂收集洗脱液，之后洗脱液浓缩后使用气相色谱/质谱仪进行检测，选择离子模式监测和定量，采用内标法得到卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的含量。

进一步地，所述内标物为氘代氨基甲酸乙酯。

进一步地，所述第一固相萃取小柱固定相为C18。

进一步地，所述第二固相萃取小柱固定相为碱性氧化铝或弗罗里硅土。

进一步地，所述使用气相色谱/质谱仪检测的条件为采用DB-WAX毛细管色谱柱进行分离，进样口温度230℃，进样量1μL，分流比1:10，柱流量1mL/min；升温程序：110℃保持5min，以5℃/min升至140℃，保持5min；质谱条件：电子电离源（EI），电离电压70eV；扫描方式：选择离子监测（SIM），氨基甲酸乙酯的监测离子m/z62和m/z89，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。

一种GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，包括以下步骤：

1）将待测卷烟在GB/T16447-2004烟草及烟草制品调节和测试的大气环境条件中规定的环境条件平衡48h；确定和标记抽吸卷烟的烟蒂长度，按照YC/T185中卷烟侧流烟气中焦油和烟碱的测定中规定的侧流烟气抽吸方法，调节侧流吸烟机的抽吸流量为3000mL/min，抽吸3支卷烟，用鱼尾罩和玻璃纤维滤片捕集侧流烟气总粒相物；

2）抽吸完成后，将滤片置于容器中，向其中加入10mL含有320纳克（ng）内标物的二氯甲烷溶液，并用10mL二氯甲烷分2～3次清洗鱼尾罩，清洗液一并转移入容器中，容器置于振荡器上振荡30min，得到萃取液；3）移取10mL的萃取液于活化、平衡好的第一固相萃取小柱上，用20～40mL的二氯甲烷洗脱固相萃取小柱，收集所有流出液，流出液用旋转蒸发仪于30℃、300mbar浓缩至约2mL左右，得到浓缩液；

4）将浓缩液转移至平衡、活化好的第二固相萃取小柱上，弃去流出液，待液面流平后，用约5mL正己烷淋洗固相萃取小柱，然后用20～40mL含有甲醇体积比为7%的二氯甲烷溶液洗脱固相萃取小柱，收集洗脱液；

5）洗脱液经旋转蒸发仪于30℃、300mbar浓缩至约1mL左右后，采用气相色谱/质谱仪进行检测，采用内标法得到卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的含量；

其中，气相色谱/质谱分析条件：采用DB-WAX毛细管色谱柱进行分离，进样口温度230℃，进样量1μL，分流比1:10，柱流量1mL/min；升温程序：110℃保持5min，以5℃/min升至140℃，保持5min；质谱条件：电子电离源（EI），电离电压70eV；扫描方式：选择离子监测（SIM），氨基甲酸乙酯的监测离子m/z62和m/z89，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。

进一步地，步骤2）中所述内标物为氘代氨基甲酸乙酯。

进一步地，步骤3）中所述第一固相萃取小柱固定相为C18。

进一步地，步骤4）中所述第二固相萃取小柱固定相为碱性氧化铝或弗罗里硅土。

进一步地，通过下式计算得到每支卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的含量：

$m=(\frac{A}{A_s}-b)\×m_s/\mathrm{an}$

式中：

m—每支卷烟氨基甲酸乙酯的含量，单位为纳克/支（ng/cig）；

A—氨基甲酸乙酯峰面积；

A_s—氘代氨基甲酸乙酯峰面积；

b—由线性回归方程得出；

m_s—样品溶液中内标含量，单位为纳克（ng）；

a—由线性回归方程得出；

n—烟支数量，单位为支。

DB-WAX毛细管色谱柱为30m×0.25mm×0.25μm。

本发明的优点在于：

1、本发明针对氨基甲酸乙酯的分子量较小、特征碎片离子较少，而侧流烟气成分复杂，很多物质对氨基甲酸乙酯特征碎片离子（如m/z74）干扰严重等特点，采用两根固相萃取小柱对萃取液进行净化，实现了氨基甲酸乙酯与侧流烟气中其它物质的有效分离，提高了定性和定量的准确性；

2、本发明使用的仪器及设备均为实验室常规分析设备，发明方法易于推广，检测成本较低；

3、本发明第一次将气相色谱/质谱联用法用于卷烟侧流烟气中气质氨基甲酸乙酯的测定，方法的分离效果好，回收率在之间87.84～102.17%，定量限可达5.32ng/cig，为环境烟气危害性评价及检测提供了一种快速、准确的测定方法。

附图说明

图1为标准溶液的色谱图；

图2为某卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯（含内标物）的色谱图；

图3为某卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯（含内标物）的色谱图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行进一步说明。

本发明的仪器和试剂、材料

美国Agilent公司Agilent 6890GC-5975MSD，德国Borgwaldt KC LM5型吸烟机，瑞士布琪(Buchi)R-210旋转蒸发仪，电子天平（感量0.1mg），回旋可调机械振荡器美国Supelco固相萃取装置（VISPREPTM DL），美国Waters公司C18固相萃取小柱（150mg），安谱Florisil固相萃取小柱（1g/6mL）及碱性氧化铝吸附填料。

甲醇、乙醇、二氯甲烷、正己烷为分析纯；氨基甲酸乙酯标准品，纯度≧98%；氘代氨基甲酸乙酯内标物标准品，纯度≧99%。

试剂及溶液配制

标准储备液的配制：准确称取约10mg的氨基甲酸乙酯于50mL烧杯中，精确至0.0001g，加入约20mL二氯甲烷完全溶解后转移至100mL容量瓶中，用少量二氯甲烷荡洗烧杯3～5次，洗涤液一并转移至容量瓶中，然后用二氯甲烷定容至刻度。

一级标准溶液的配制：用移液管准确移取2.50mL的标准储备溶液于250mL容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度。

内标储备液的配制：准确称取约20mg的氘代氨基甲酸乙酯于50mL烧杯中，精确至0.0001g，加入约20mL二氯甲烷完全溶解后转移至100mL容量瓶中，用少量二氯甲烷荡洗烧杯3～5次，洗涤液一并转移至容量瓶中，然后用二氯甲烷定容至刻度。

一级内标溶液的配制：用移液管准确移取4.00mL的内标储备溶液于100mL容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度。

二级内标溶液的配制：用移液管准确移取10.00mL的标准储备溶液于250mL容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度。

系列标准工作溶液的配制：分别准确移取1.00mL、3.75mL、7.50mL、15.00mL、30.00mL的一级标准溶液和1.00mL二级内标溶液于50mL容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，得到5个不同系列浓度的标准溶液，采用气相色谱/质谱依次将此系列标准工作溶液进行测定，制作标准曲线。

图1为标准溶液的色谱图。

实施例1

一种GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，包括以下步骤：

样品收集：将卷烟在（22±1）℃、相对湿度（60±3）%条件下平衡48小时，然后确定和标记抽吸卷烟的烟蒂长度，按照YC/T185中侧流烟气抽吸方法，调节侧流吸烟机的抽吸流量为3000mL/min，抽吸3支卷烟，用鱼尾罩和玻璃纤维滤片捕集侧流烟气总粒相物；

滤片萃取：将捕集有3支卷烟烟气粒相物的滤片放入100mL锥形瓶中，加入10mL二氯甲烷和1.00mL二级内标溶液，并用10mL二氯甲烷分2～3清洗鱼尾罩，清洗液一并转移入锥形瓶中，然后将锥形瓶置于调速振荡器上振荡30分钟。

样品前处理：移取10mL萃取液于活化、平衡好的固相萃取小柱上，用20～40mL的二氯甲烷洗脱固相萃取小柱，收集所有流出液，流出液用旋转蒸发仪于30℃、300mbar浓缩至约2mL左右；

将上述浓缩液转移至平衡、活化好的第二根固相萃取小柱上，弃去流出液，待液面流平后，用约5mL正己烷淋洗固相萃取小柱，然后用20～40mL含有7%甲醇的二氯甲烷溶液（体积比）洗脱固相萃取小柱，收集洗脱液；

洗脱液经旋转蒸发仪于30℃、300mbar浓缩至约1mL左右后，采用气相色谱/质谱仪进行检测。

气相色谱/质谱分析条件：采用DB-WAX(30m×0.25mm×0.25μm)毛细管色谱柱进行分离，进样口温度：230℃，进样量：1μL，分流比：1:10，柱流量：1mL/min，升温程序：110℃保持5min，以5℃/min升至140℃，保持5min；质谱条件：电子电离源（EI），电离电压：70eV，扫描方式：选择离子监测（SIM），氨基甲酸乙酯的监测离子m/z62和m/z89，离子源温度：230℃；四级杆温度为150℃。

根据标准曲线得到的回归方程，以下式计算得到每支卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的含量：

$m=(\frac{A}{A_s}-b)\×m_s/\mathrm{an}$

式中：

m-每支卷烟氨基甲酸乙酯的含量，单位为纳克/支（ng/cig）；

A-氨基甲酸乙酯峰面积；

A_s-氘代氨基甲酸乙酯峰面积；

b-由线性回归方程得出；

m_s-样品溶液中内标含量，单位为纳克（ng）；

a-由线性回归方程得出；

n-烟支数量，单位为支。

以两次测定的平均值作为最终测定结果，结果精确至0.01ng/cig。两次测定结果之间的相对偏差在10%以内。

实施例2

一种GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，包括以下步骤：

按照实施例1中样品收集、滤片萃取的方法收集、萃取某品牌20支卷烟的侧流烟气粒相物。

样品处理：C18（500mg/mL）固相萃取小柱经6mL甲醇、6mL二氯甲烷活化、平衡后，将10mL萃取液以1～1.5mL/min的速度通过，并用30mL二氯甲烷进行洗脱，收集所有流出液，将流出液用旋转蒸发仪于30℃、300mbar浓缩至约2mL左右，待进一步净化。

弗罗里硅土固相萃取小柱（Florisil，1g/6mL）采用6mL二氯甲烷活化、平衡后，将上述浓缩液转移至此小柱上，弃去流出液，用约5mL正己烷淋洗小柱，弃去流出液，然后采用30mL含有7%甲醇的二氯甲烷（体积比）溶液洗脱，收集洗脱液，经旋转蒸发仪于30℃、300mbar浓缩至约1mL左右后，采用气相色谱/质谱仪进行检测。

气相色谱/质谱分析条件：采用DB-WAX(30m×0.25mm×0.25μm)毛细管色谱柱进行分离，进样口温度：230℃，进样量：1μL，分流比：1:10，柱流量：1mL/min，升温程序：110℃保持5min，以5℃/min升至140℃，保持5min；质谱条件：电子电离源（EI），电离电压：70eV，扫描方式：选择离子监测（SIM），氨基甲酸乙酯的监测离子m/z62和m/z89，离子源温度：230℃；四级杆温度为150℃。

图2为某卷烟的总离子流图，从图中可看出氨基甲酸乙酯与烟气中的其它物质实现了基线分离，提高了定量检测的准确性，经定量该卷烟侧流烟气中的氨基甲酸乙酯含量为45.72ng/cig。

实施例3

一种GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，包括以下步骤：

与实施例2的区别在于，第二根固相萃取小柱采用10g碱性氧化铝吸附填料，用二氯甲烷湿法装柱。

图3为某卷烟的总离子流图，从图中可看出氨基甲酸乙酯与烟气中的其它物质实现了基线分离，经定量该品牌侧流烟气中的氨基甲酸乙酯含量为34.17ng/cig。

实施例4

本发明方法的重复性及回收率

按照实施例1的方法对某卷烟平行测定6次，得到样品的重复性结果如下表所示：

平行	1#	2#	3#	4#	5#	6#	平均值	RSD(%)
									含量（ng/cig）	48.28	46.54	51.36	49.87	54.21	45.72	49.33	6.45

表中结果显示，相对标准偏差小于10%，表明可以精确测定卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的含量。

以最低浓度(20.0ng/mL)的标样重复进样10次，由测得的浓度值统计出标准偏差，检测限（LOD）以3倍标准偏差求得，本方法的定量限为5.32ng/cig，表明方法的灵敏度较高。

向某卷烟滤片上分别添加75ng、150ng及225ng的氨基甲酸乙酯标准物，测得低、中、高加标三个水平下的氨基甲酸乙酯含量值，每个水平平行测定三次，平均值见表1。结果显示方法的回收率为87.84～102.17%，表明本发明方法具有较高的回收率。

表1方法的加标回收率

EC添加量ng/cig	回收量ng/cig	平均回收率%
			25.00	21.96	87.84
50.00	47.61	95.22
			75.00	76.63	102.17

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：利用鱼尾罩和玻璃纤维滤片捕集卷烟侧流烟气中的氨基甲酸乙酯，用含内标物为氘代氨基甲酸乙酯的二氯甲烷萃取滤片和清洗鱼尾罩，萃取液先经固定相为C18的第一固相萃取小柱净化、除杂得到萃取液，萃取液经浓缩后再经固定相为碱性氧化铝或弗罗里硅土的第二固相萃取小柱净化、除杂收集洗脱液，之后洗脱液浓缩后使用气相色谱/质谱仪进行检测，选择离子模式监测和定量，采用内标法得到卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的含量。

2.根据权利要求1的GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，其特征在于，所述使用气相色谱/质谱仪检测的条件为采用DB-WAX毛细管色谱柱进行分离，进样口温度230℃，进样量1　L，分流比1:10，柱流量1mL/min；升温程序：110℃保持5min，以5℃/min升至140℃，保持5min；质谱条件：电子电离源，电离电压70eV；扫描方式：选择离子监测，氨基甲酸乙酯的监测离子m/z62和m/z89，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。

3.根据权利要求1的GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将待测卷烟在GB/T16447-2004烟草及烟草制品调节和测试的大气环境条件中规定的环境条件平衡48h；确定和标记抽吸卷烟的烟蒂长度，按照YC/T185中卷烟侧流烟气中焦油和烟碱的测定中规定的侧流烟气抽吸方法，调节侧流吸烟机的抽吸流量为3000mL/min，抽吸3支卷烟，用鱼尾罩和玻璃纤维滤片捕集侧流烟气总粒相物；

2）抽吸完成后，将滤片置于容器中，向其中加入10mL含有约320纳克（ng）内标物的二氯甲烷，并用10mL二氯甲烷分2～3次清洗鱼尾罩，清洗液一并转移入容器中，容器置于振荡器上振荡30min，得到萃取液；

3）移取10mL的萃取液于活化、平衡好的第一固相萃取小柱上，用20～40mL的二氯甲烷洗脱固相萃取小柱，收集所有流出液，流出液用旋转蒸发仪于30℃、300mbar浓缩至2mL，得到浓缩液；

4）将浓缩液转移至平衡、活化好的第二固相萃取小柱上，弃去流出液，待液面流平后，用5mL正己烷淋洗固相萃取小柱，然后用20～40mL含有甲醇体积比为7%的二氯甲烷溶液洗脱固相萃取小柱，收集洗脱液；

5）洗脱液经旋转蒸发仪于30℃、300mbar浓缩至1mL左右后，采用气相色谱/质谱仪进行检测，采用内标法得到卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的含量；

其中，气相色谱/质谱分析条件：采用DB-WAX毛细管色谱柱进行分离，进样口温度230℃，进样量1　L，分流比1:10，柱流量1mL/min；升温程序：110℃保持5min，以5℃/min升至140℃，保持5min；质谱条件：电子电离源，电离电压70eV；扫描方式：选择离子监测，氨基甲酸乙酯的监测离子m/z62和m/z89，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。

4.根据权利要求1或3的GC/MS联用检测卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，其特征在于，通过下式计算得到每支卷烟侧流烟气中氨基甲酸乙酯的含量：

$m=(\frac{A}{A_s}-b)\×m_s/\mathrm{an}$

式中：

m—每支卷烟氨基甲酸乙酯的含量，单位为纳克/支（ng/cig）；

A—氨基甲酸乙酯峰面积；

As—氘代氨基甲酸乙酯峰面积；

b—由线性回归方程得出；

ms—样品溶液中内标含量，单位为纳克（ng）；

a—由线性回归方程得出；

n—烟支数量，单位为支。

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