CN103558312A - 一种测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的方法，包括内标溶液的制备、标准工作溶液的制备、样品溶液的制备、气相色谱-串联质谱分析和标准工作曲线的绘制及样品结果的计算。该方法首次采用样品萃取液直接进样，气相色谱-串联质谱法测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的含量。样品前处理简捷实用，避免现行检测方法中样品净化、浓缩等处理过程，大为简化了处理过程，减少了有机溶剂、耗材的使用；利用内标法定量，可以不用定容，且可以减少由前处理方法重现性和仪器精密度问题带来的误差；选择峰形和分离效果最好的HP-5MS柱为分离柱，并采用能同时给出定性和定量信息的GC-MS/MS（MRM）作为检测模式，提高了响应信号的灵敏度，保证了分析结果的准确性。

Description

一种测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的方法

技术领域

本发明属于卷烟主流烟气指标测定技术领域，具体涉及一种测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的方法。

背景技术

近年来，随着公众对吸烟与健康问题的日益关注，卷烟烟气中释放的有害成分也成为人们关注的焦点问题，有害成分释放量逐步成为评价卷烟危害性大小的基本依据。目前，加拿大、德国等一些国家和地区已经制定了相关的法律，要求卷烟生产商提供卷烟烟气中主要有害成分的释放量。与此同时，基于持续稳定发展的需要，烟草行业科研机构在总结大量科研数据的基础上，科学地提出使用包括苯并[a]芘（简称BaP）在内的七项指标来评价卷烟危害性大小。由于卷烟烟气中的苯并［a］芘含量较低，一般在每支卷烟主流烟气中含量仅为几至几十纳克，因此，如何有效去除卷烟烟气复杂基质的干扰，准确和快速地测定卷烟烟气中的苯并［a］芘是卷烟烟气的研究重点。

对于卷烟烟气中苯并［a］芘的定量检测，主要是依据标准GB/T21130-2007（主流烟气）和GB/T27525-2011（侧流烟气）进行分析检测，涉及的分析仪器为单四级杆的气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）。大量检测经验表明，GC-MS法具有操作简便快捷、回收率高、灵敏度高、重复性好以及定量准确等优点。但是，在样品前处理过程中，需要繁琐的固相萃取过程，以及净化液浓缩过程，费时费力，且需要耗费大量的有机溶剂，并且对焦油含量小于1mg/cig卷烟的主流烟气中多环芳烃的GC-MS检测中发现，苯并［a］芘的含量多低于1ng/cig，此时苯并［a］芘的GC-MS色谱峰偏低，信噪比(S/N)小于10，定量分析时误差较大。为此，非常有必要构建一套操作简便的卷烟烟气中苯并［a］芘的标准检测方法。

目前，气相色谱-三重串联四级杆质谱(GC-MS/MS)应用日益广泛，GC-MS/MS的选择性好、灵敏度更高，特别适用于分析背景干扰严重、定性困难、含痕量有机干扰物的复杂基质样品，对痕量物质分析具有很高的可靠性，多用于检测大气、水质及土壤中的多环芳烃、农药残留、邻苯二甲酸酯类等。行业已有少量使用GC-MS/MS测定卷烟主流烟气中苯苯并[a]芘的报道。边照阳等人以全自动固相萃取技术净化主流烟气萃取液，建立了卷烟主流烟气中苯并[a]芘等3种多环芳烃的气相色谱-串联质谱(GC-MS/MS)测定方法。以吸烟机抽吸卷烟，并以剑桥滤片捕集卷烟主流烟气，然后以含氘代苯苯并[a]芘内标的环己烷溶液萃取滤片，萃取液经全自动固相萃取仪净化后以GC-MS/MS分离检测。结果表明，苯并[a]芘的检出限为0.05ng/cig，回收率为91.5%～102.1%，相对标准偏差(RSD)小于5%。尉朝等人建立了卷烟主流烟气中苯并[a]芘的气相色谱－三重串联四极杆质谱联用测定方法。使用标准抽吸条件采集20支卷烟烟气粒相物，用含内标的环己烷超声萃取，经固相萃取净化后，以正离子多反应监测方式进样分析，内标法定量。方法经优化后，苯并[a]芘在0.4～20μg/cig范围内具有良好线性，R2为0.99992，定量限为0.073μg/L，重复性变异系数最大为3.71%，加标回收率为95.7～103.9%。该方法操作简便、流程短、溶剂用量少，尤其适合低焦油卷烟产品的苯并[a]芘检测。

但是，值得注意的是，现有使用GC-MS/MS测定卷烟烟气中苯并[a]芘的文献报道，仍然使用固相萃取技术对萃取液进行净化。虽然没有进一步进行浓缩富集，但整个前处理步骤还是较为繁琐，还需使用大量的有机溶剂，整个操作效率没有大幅度的提升。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的方法，以使其具有能快速、准确检测卷烟主流烟气中苯并[a]芘的含量，测定结果准确、基质干扰少等特点。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的方法，包括以下步骤：

（1）内标溶液的制备：以D12-苯并[a]芘（苯并[a]芘的氘带物，简称D12-BaP）为内标物，用环己烷作溶剂，制备内标溶液。

（2）标准工作溶液的制备：以苯并[a]芘（简称BaP）为标准品，用环己烷作溶剂，经逐级稀释配置成标准储备溶液，然后分别加入一定量的内标溶液，配置成标准工作溶液。

（3）样品溶液的制备：收集好卷烟样品中的目标物，准确加入一定量的内标溶液以及萃取溶剂，振荡提取，将萃取液过有机滤膜，得样品溶液。

（4）气相色谱-串联质谱分析：用气相色谱-串联质谱仪（GC-MS/MS）对标准工作溶液和样品溶液进行检测分析。

（5）标准工作曲线的绘制及样品结果的计算。

步骤（2）中，标准工作溶液的制备过程为：准确称取10mg苯并[a]芘，用环己烷定容到50mL，获得一级标准储备液；准确移取0.1mL一级标准储备液，用环己烷定容到100mL，获得二级标准储备液；分别准确移取二级标准储备液50μL、100μL、200μL、500μL、1000μL和1500μL，以及内标溶液各0.25mL，用环己烷作溶剂分别定容至10mL的容量瓶中，获得标准工作溶液。

步骤（3）中，样品溶液的制备过程为：按照GB/T19609标准的要求收集20支卷烟的总粒相物；将捕集总粒相物的玻璃纤维滤片放置于100mL锥形瓶中，准确加入1mL内标溶液在滤片上，并加入40mL环己烷，置于回旋式振荡器内于160转/min条件下萃取40min，静置片刻；将萃取液过0.45μm有机滤膜，获得的滤液即为样品溶液。

步骤（4）中，气相色谱-串联质谱分析，色谱分析条件为：采用HP-5MS毛细管色谱柱；载气为氦气，恒流速度为1.2mL/min；进样量为1μL；进样口温度为280℃；传输线温度为280℃；采用脉冲不分流进样；升温程序为初始温度为150℃，以6℃/min的速率升高至280℃，保持20min；质谱分析条件为：电离方式为EI源，正离子模式；离子源温度：250℃；四极杆温度：均为150℃；碰撞气：氮气，流速1.5mL/min，载气（氦气）流速为2.25mL/min；多反应监测（MRM）模式，详细参数列于表1；

表1目标物的MRM参数

步骤（5）中，以标准工作溶液中苯并[a]芘与内标的浓度之比为横坐标，以色谱图中苯并[a]芘与内标的峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析，得到标准工作曲线；将相同条件下测得的样品溶液中苯并[a]芘与内标的色谱峰面积比，代入标准工作曲线，根据下列公式求得样品中苯并[a]芘的含量。

$W=\frac{(\frac{A}{\mathrm{As}}-b)\×\mathrm{Ms}}{a\×M}$

式中：

W——卷烟样品中苯并[a]芘的含量，单位为ng/支；

A——苯并[a]芘的峰面积；

As——内标D12-苯并[a]芘的峰面积；

b——标准工作曲线的截距；

Ms——样品溶液中内标的质量，单位为ng；

a——标准工作曲线的斜率；

M——烟支的数量，单位为支。

步骤（5）中，标准工作曲线相对应的回归方程为Y=0.9621X-0.072，相关系数R²=0.9996，检出限0.23ng/支，浓度范围1.04～31.2ng/mL。

有益效果：与现有技术相比，本发明的测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的方法，具有如下优点：

（1）首次采用样品萃取液直接进样，气相色谱-串联质谱法测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的含量。样品前处理简捷实用，避免现行检测方法中样品净化、浓缩等处理过程，大为简化了处理过程，减少了有机溶剂、耗材的使用。

（2）利用内标法定量，可以不用定容，且可以减少由前处理方法重现性和仪器精密度问题带来的误差。

（3）选择峰形和分离效果最好的HP-5MS柱为分离柱，并采用能同时给出定性和定量信息的GC-MS/MS（MRM）作为检测模式，提高了响应信号的灵敏度，保证了分析结果的准确性。

（4）具有很好的实用性，能够产生很好的经济效益和社会效应。

附图说明

图1是标准工作溶液的色谱图；图中，1为D12-苯并[a]芘，2为苯并[a]芘；

图2是样品溶液的色谱图，图中，1为D12-苯并[a]芘，2为苯并[a]芘。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

一种测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘含量的方法，具体步骤如下：

（1）内标溶液的配置

一级内标储备液：准确称取10.35mg D12-苯并[a]芘，用环己烷定容到50mL，浓度为0.207mg/mL；二级内标储备液：准确移取2mL内标储备液，用环己烷定容到50mL，浓度为8.28μg/mL；内标溶液：准确移取2mL二级内标储备液，用环己烷定容到50mL，浓度为331.2ng/mL。

（2）标准工作溶液的制备

一级标准储备液：准确称取10.4mg苯并[a]芘，用环己烷定容到50mL，浓度为0.208mg/mL；二级标准储备液：准确移取0.1mL一级标准储备液，用环己烷定容到100mL，浓度为0.208μg/mL；标准工作溶液：分别准确移取二级标准储备液50μL、100μL、200μL、500μL、1000μL和1500μL，以及内标溶液各0.25mL，用环己烷作溶剂定容至10mL的容量瓶中。该系列标准溶液浓度分别为1.04ng/mL、2.08ng/mL、4.16ng/mL、10.4ng/mL、20.8ng/mL和31.2ng/mL，其中内标浓度为8.28ng/mL。

（3）样品溶液的制备

按照GB/T19609标准的要求收集20支卷烟的总粒相物。将捕集总粒相物的玻璃纤维滤片放置于100mL锥形瓶中（滤片应整片放入锥形瓶铺平，不能剪碎或撕碎），准确加入1mL内标溶液在滤片上，并加入40mL环己烷，置于回旋式振荡器内于160转/min条件下萃取40min，静置片刻。将萃取液过0.45μm有机滤膜，即得样品溶液。

（4）气相色谱-串联质谱分析

分别取6个不同浓度的工作标准溶液和样品待测溶液进行气相色谱-串联质谱分析。其色谱分析条件为：采用HP-5MS（30m×0.25mm×0.25μm）毛细管色谱柱；载气为氦气，恒流速度为1.2mL/min；进样量为1μL；进样口温度为280℃；传输线温度为280℃；采用脉冲不分流进样；升温程序为初始温度为150℃，以6℃/min的速率升高至280℃，保持20min。其质谱分析条件为：电离方式为EI源，正离子模式；离子源温度：250℃；四极杆温度：均为150℃；碰撞气：氮气，流速1.5mL/min，载气（氦气）流速为2.25mL/min；多反应监测（MRM）模式，详细参数列于表1。其中，标准工作溶液、样品待测溶液的色谱图如图1、图2所示。

表1目标物的MRM参数

（5）标准曲线绘制及结果计算

首先，以标准工作溶液中苯并[a]芘与内标的浓度之比为横坐标，以色谱图中苯并[a]芘与内标的峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析，得到标准工作曲线，取最低浓度的标准工作溶液，做9次平行检测分析，计算其标准偏差，以3倍的标准偏差对应的浓度为检出限。与标准工作曲线相对应的回归方程为Y=0.9621X-0.072，相关系数R²=0.9996，检出限0.23ng/支，浓度范围1.04～31.2ng/mL。

然后，将相同条件下测得的样品溶液中苯并[a]芘与内标的色谱峰面积比，代入标准工作曲线，求得样品中苯并[a]芘的含量，计算公式如下：

$W=\frac{(\frac{A}{\mathrm{As}}-b)\×\mathrm{Ms}}{a\×M}$

式中：

W——卷烟样品中苯并[a]芘的含量，单位为纳克每支（ng/支）；

A——苯并[a]芘的峰面积；

As——内标D12-苯并[a]芘的峰面积；

b——标准工作曲线的截距；

Ms——样品溶液中内标的质量，单位为纳克（ng）；

a——标准工作曲线的斜率；

M——烟支的数量，单位为支。

本实施例中6个不同品牌卷烟样品中的苯并[a]芘含量检测结果见下表2：

表2样品检测结果

样品编号	盒标焦油量（mg/支）	检测值（ng/支）
			卷烟A	3	3.01
卷烟B	5	5.12
			卷烟C	6	5.10
卷烟D	8	7.47
			卷烟E	10	7.34
卷烟F	11	10.36

实施例2

以一卷烟样品为分析对象，分别进行了日内精密度实验和日间精密度实验，日内精密度实验为相同样品在同一条件下平行测定6次（同一批次处理）；日间精密度实验为相同样品在同一条件下测定，每隔一天测定一次，共测定6次，分别计算6次平行测定结果的相对标准偏差（RSD），测定结果见下表3。表中结果显示，本方法的日内重复性的RSD<4%，日间重复性的RSD<6%，表明方法具有良好的精密度。

表3方法的精密度

序号	日内测定结果（ng/支）	日间测定结果（ng/支）
			1	10.56	10.64
2	9.92	10
			3	10.08	9.44
4	9.52	10.4
			5	9.76	9.28
6	9.68	9.76
			RSD（%）	3.71	5.37

分别以2个不同苯并[a]芘含量的卷烟为对象，进行低、中、高三个不同浓度水平的加标处理，然后按照上述标准前处理步骤进行处理，再进行GC-MS/MS分析，计算其加标回收率，结果见下表4。从下表可以看出，在低水平加标时，目标物的回收率在85.22%～86.82%之间；在中水平加标时，目标物的回收率在87.69%～92.32%之间；在高水平加标时，标物的回收率在89.65%～95.89%之间。总体来说，对于含量处于几个纳克级的目标物而言，该方法具有相对较好的回收率。

表4方法的回收率

以上实施例所用到的标准溶液仅以其中的一个浓度为例进行说明的，其它浓度值所配置的标准溶液经离子色谱仪分析所获得的标准曲线及回归方程与上述实施例相同，在此不在一一列举。所举实施例只是为了更好的理解本发明方法，并不具有任何限制作用，即上述方法或者等同上述情况的方法均包含在本发明的技术方案的保护范围中。

Claims (7)

1.一种测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）内标溶液的制备：以D12-苯并[a]芘为内标物，用环己烷作溶剂，制备内标溶液；

（2）标准工作溶液的制备：以苯并[a]芘为标准品，用环己烷作溶剂，经逐级稀释配置成标准储备溶液，然后分别加入一定量的内标溶液，配置成标准工作溶液；

（3）样品溶液的制备：收集好卷烟样品中的目标物，准确加入一定量的内标溶液以及萃取溶剂，振荡提取，将萃取液过有机滤膜，得样品溶液；

（4）气相色谱-串联质谱分析：用气相色谱-串联质谱仪对标准工作溶液和样品溶液进行检测分析；

（5）标准工作曲线的绘制及样品结果的计算。

2.根据权利要求1所述的测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的方法，其特征在于：步骤（1）中，内标溶液的制备过程为：准确称取10mg D12-苯并[a]芘，用环己烷定容到50mL，获得一级内标储备液；准确移取2mL一级内标储备液，用环己烷定容到50mL，获得二级内标储备液；准确移取2mL二级内标储备液，用环己烷定容到50mL，获得内标溶液。

3.根据权利要求1所述的测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的方法，其特征在于：步骤（2）中，标准工作溶液的制备过程为：准确称取10mg苯并[a]芘，用环己烷定容到50mL，获得一级标准储备液；准确移取0.1mL一级标准储备液，用环己烷定容到100mL，获得二级标准储备液；分别准确移取二级标准储备液50μL、100μL、200μL、500μL、1000μL和1500μL，以及内标溶液各0.25mL，用环己烷作溶剂分别定容至10mL的容量瓶中，获得标准工作溶液。

4.根据权利要求1所述的测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的方法，其特征在于：步骤（3）中，样品溶液的制备过程为：按照GB/T19609标准的要求收集20支卷烟的总粒相物；将捕集总粒相物的玻璃纤维滤片放置于100mL锥形瓶中，准确加入1mL内标溶液在滤片上，并加入40mL环己烷，置于回旋式振荡器内于160转/min条件下萃取40min，静置片刻；将萃取液过0.45μm有机滤膜，获得的滤液即为样品溶液。

5.根据权利要求1所述的测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的方法，其特征在于：步骤（4）中，气相色谱-串联质谱分析，色谱分析条件为：采用HP-5MS毛细管色谱柱；载气为氦气，恒流速度为1.2mL/min；进样量为1μL；进样口温度为280℃；传输线温度为280℃；采用脉冲不分流进样；升温程序为初始温度为150℃，以6℃/min的速率升高至280℃，保持20min；质谱分析条件为：电离方式为EI源，正离子模式；离子源温度：250℃；四极杆温度：均为150℃；碰撞气：氮气，流速1.5mL/min，载气流速为2.25mL/min；多反应监测模式，详细参数列于表1：

表1目标物的MRM参数

6.根据权利要求1所述的测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的方法，其特征在于：步骤（5）中，以标准工作溶液中苯并[a]芘与内标的浓度之比为横坐标，以色谱图中苯并[a]芘与内标的峰面积之比为纵坐标，进行线性回归分析，得到标准工作曲线；将相同条件下测得的样品溶液中苯并[a]芘与内标的色谱峰面积比，代入标准工作曲线，根据下列公式求得样品中苯并[a]芘的含量；

$W=\frac{(\frac{A}{\mathrm{As}}-b)\&times;\mathrm{Ms}}{a\&times;M}$

式中：

W——卷烟样品中苯并[a]芘的含量，单位为ng/支；

A——苯并[a]芘的峰面积；

As——内标D12-苯并[a]芘的峰面积；

b——标准工作曲线的截距；

Ms——样品溶液中内标的质量，单位为ng；

a——标准工作曲线的斜率；

M——烟支的数量，单位为支。

7.根据权利要求1或5所述的测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的方法，其特征在于：步骤（5）中，标准工作曲线相对应的回归方程为Y=0.9621X-0.072，相关系数R²=0.9996，检出限0.23ng/支，浓度范围1.04～31.2ng/mL。

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