CN102778520A - 一种gc/ms联用检测卷烟主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联用检测卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法；该方法利用玻璃纤维滤片捕集卷烟主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，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；本发明采用气相色谱/质谱联用测定主流烟气中的氨基甲酸乙酯，方法操作简便、检测成本低，实验重复性和回收率好，可以实现对卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯的准确、批量测定。

Description

一种GC/MS联用检测卷烟主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-质谱联用检测卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法。

背景技术

氨基甲酸乙酯（ethyl carbamate或urethane，简称EC）早在20世纪40年代就被Nettleshi证明具有致癌作用，如它可以引起肺肿瘤、淋巴癌、肝癌、皮肤癌等。氨基甲酸乙酯天然存在于面包、酸牛奶、酱油等发酵食品以及葡萄酒、苹果酒、中国黄酒和日本清酒等酒精饮料中，在烟草及卷烟烟气中也有微量的氨基甲酸乙酯。1991年，Hoffmann将氨基甲酸乙酯列为43种烟气有害成分之一，美国食品及药物管理局（FDA）将烟草中的氨基甲酸乙酯列为致癌物质(CA)和生殖系统/发育有毒物(RDT)。

目前，关于氨基甲酸乙酯的检测方法集中于食品行业，如黄酒、酱油、泡菜、酸牛奶等，主要建立了气相色谱/质谱联用法、高效液相色谱法及液相色谱-质谱联用等方法。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和烟气完全不同，卷烟在燃烧过程中，发生了蒸馏、干馏、热解、合成、冷凝等多种物理和化学反应，形成大量新生化合物，烟气中存在的检测干扰因素更多、更复杂，基质干扰严重，且由于氨基甲酸乙酯在烟气中的含量较低，食品行业建立的上述方法能否适用于烟气中氨基甲酸乙酯的测定尚未可知。而截至目前，国内外尚未见有采用气相色谱-质谱联用方法测定卷烟烟气中氨基甲酸乙酯含量的任何文献报道和专利。

国外仅有一篇文献（Irwin Schmeltz,Kaolin G.Chiong,Dietrich Hoffmann,Journal Of Analytical Toxicology,1978,2,265-268）报导了烟气中氨基甲酸乙酯的气相色谱检测方法及其形成的可能路径，该方法采用三级溶剂瓶串联捕集100支卷烟的粒相物，其中第一级采用干冰/丙二醇进行冷凝，第二级、第三级采用磷酸盐缓冲溶液进行捕集，然后采用氯仿液液萃取三次，有机相干燥浓缩后过碱性氧化铝层析柱净化，洗脱液经浓缩后通过气相色谱进行定量分析，并采用质谱对分离出的氨基甲酸乙酯进行了定性确认，方法回收率只有50～60%。此方法无法实现对目标物的同步定性和定量分析，样品前处理复杂费时，操作步骤多，严重影响分析效率，方法的回收率较低，灵敏度也不高，而且由于烟气化合物成分复杂，即使经过繁杂的前处理，，复杂的基质仍对样品的定性和定量产生了严重的干扰，此方法给出的色谱图也显示，氨基甲酸乙酯与其它物质并没有完全实现基线分离，难以实现对卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯的快速、准确测定。因此，开发一种简单、有效的捕集且能准确、快速测定卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯的方法十分必要。

发明内容

本发明的目的是针对以往卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯测定中烟气收集烦琐、前处理步骤多、用到的溶剂较多、分析检测成本较高、回收率较低、灵敏度不高以及定性不够准确等问题而提供一种便捷、准确检测卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法。

本发明提供一种GC/MS联用检测卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，包括以下步骤：该方法利用玻璃纤维滤片捕集卷烟主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，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主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氨基、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/z 62和m/z 89，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。

一种GC/MS联用检测卷烟主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/T 16447-2004规定的烟草及烟草制品调节和测试的大气环境条件下平衡48h；

2）采用吸烟机在标准抽吸条件下抽吸，利用玻璃纤维滤片捕集卷烟主流烟气中的氨基甲酸乙酯，用40mL含有320纳克（ng）内标物的二氯甲烷溶液萃取滤片，得到萃取液；

3）移取10～20mL萃取液于活化、平衡好的第一固相萃取小柱上，用20～40mL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主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/z 62和m/z 89，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。使用前用约6mL甲醇、6mL二氯甲烷活化、平衡第一固相萃取小柱。

氨基甲酸乙酯的分子量较小，经EI源离子化后，特征碎片离子较少，且由于烟气成分复杂，对氨基甲酸乙酯几种相对丰度较大的碎片离子的干扰较大，本发明采用第二固相萃取小柱对萃取液再次净化、除杂。

进一步地，步骤4）中所述第二固相萃取小柱固定相为氨基、碱性氧化铝或弗罗里硅土。使用前用6mL二氯甲烷活化、平衡。

进一步地，通过下式计算得到每支卷烟主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。

本发明的有益效果：

本方法首次将气相色谱/质谱联用仪器用于卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯的测定，针对氨基甲酸乙酯含量较低、分子量较小、烟气中的成分对氨基甲酸乙酯几种特征碎片离子干扰严重的特点，首次采用两步固相萃取小柱进行净化、除杂，实现了氨基甲酸乙酯与烟气中其它成分的基线分离；与以往方法相比，本发明的方法前处理容易操作，不繁琐，回收率高，定性准确，能够实现对主流烟气中氨基甲酸乙酯的准确、批量检测。

附图说明

图1为标准溶液的色谱图；

图2为某卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯（含内标物）的色谱图；

图3为某卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯（含内标物）的色谱图；

图4为某卷烟主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 RM20H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）、氨基固相萃取小柱（2g/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0.50mL、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6个不同浓度的系列标准溶液，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联用检测卷烟主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，然后按照烟草行业YC/T 29-1996标准规定的条件进行卷烟抽吸，采用玻璃纤维滤片捕集主流烟气，每组抽吸20支卷烟。

滤片萃取：将捕集有20支卷烟烟气粒相物的滤片放入150mL锥形瓶中，加入40mL二氯甲烷和2.00mL二级内标溶液后置于调速振荡器上振荡30分钟。

样品前处理：移取10～20mL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；

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；

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×0.25μμm)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/z 62和m/z 89，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主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联用检测卷烟主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支卷烟的主流烟气粒相物。

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。

氨基固相萃取小柱（2g/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×0.25μμm)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/z 62和m/z 89，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，经定量该品牌主流烟气中的氨基甲酸乙酯含量为12.92ng/cig。

实施例3

一种GC/MS联用检测卷烟主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弗罗里硅土固相萃取小柱（Florisil，1g/6mL），Florisil小柱用前经6mL正己烷、6mL二氯甲烷活化、平衡。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，经定量该品牌主流烟气中的氨基甲酸乙酯含量为15.18ng/cig。

实施例4

一种GC/MS联用检测卷烟主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4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，经定量该品牌主流烟气中的氨基甲酸乙酯含量为10.05ng/cig。

实施例5

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）	12.92	11.24	13.05	12.17	10.98	11.54	11.98	7.28

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主流烟气中氨基甲酸乙酯的含量。

以最低浓度(10.0ng/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3.54ng/cig，表明方法的灵敏度较高。

向某品牌卷烟滤片上分别添加120ng、350ng及470ng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86.33～100.89%，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%
			6.00	5.18	86.33
17.50	16.24	92.80
			23.50	23.71	100.89

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 (7)

1.一种GC/MS联用检测卷烟主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：该方法利用玻璃纤维滤片捕集卷烟主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，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主流烟气中氨基甲酸乙酯的含量。

2.根据权利要求1的GC/MS联用检测卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，其特征在于，所述萃取时，内标物为氘代氨基甲酸乙酯。

3.根据权利要求1的GC/MS联用检测卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，其特征在于，所述第一固相萃取小柱固定相为C18。

4.根据权利要求1的GC/MS联用检测卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，其特征在于，所述第二固相萃取小柱固定相为氨基、碱性氧化铝或弗罗里硅土。

5.根据权利要求1的GC/MS联用检测卷烟主流烟气中氨基甲酸乙酯含量的方法，其特征在于，所述气相色谱/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，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/z 62和m/z 89，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。

6.根据权利要求1的GC/MS联用检测卷烟主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/T 16447-2004规定的烟草及烟草制品调节和测试的大气环境条件下平衡48h；

2）采用吸烟机在标准抽吸条件下抽吸，利用玻璃纤维滤片捕集卷烟主流烟气中的氨基甲酸乙酯，用40mL含有约320纳克（ng）内标物的二氯甲烷溶液萃取滤片，得到萃取液；

3）移取10～20mL萃取液于活化、平衡好的第一固相萃取小柱上，用20～40mL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后，采用气相色谱/质谱仪进行检测，采用内标法得到卷烟主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，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/z 62和m/z 89，离子源温度230℃，四级杆温度150℃。

7.根据权利要求1或6的GC/MS联用检测卷烟主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主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。

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