CN103558319A - 一种测定卷烟主流烟气中甲基丁香酚的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定卷烟主流烟气中甲基丁香酚的方法，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、标准工作曲线的绘制及样品结果的计算。该方法首次采用C18固相萃取柱净化样品萃取液，再使用除水技术反萃取目标物，然后基于气相色谱-质谱选择离子扫描法测定卷烟主流烟气中甲基丁香酚的含量；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；选择了峰形和分离效果最好的DB-5MS柱为分离柱，并采用能同时给出定性和定量信息的GC-MS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甲基丁香酚的方法

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甲基丁香酚的方法。 

背景技术

甲基丁香酚，又名丁香酚甲醚、左旋玫瑰醚、丁子香酚甲醚、O-甲基丁香酚、4-烯丙藜芦素、4-烯丙藜芦醚、丁香酚基甲基醚、丁子香基甲基醚、诱蝇醚，英文名为Methyl Eugenol(Eugenyl Methyl Ether)。CAS号为93-15-2，分子式为C11H14O2，分子量为178.23，无色至微黄色液体。沸点249℃，相对密度1.032-1.036，折射率1.532-1.536，闪点99℃，溶于乙醇及油类。有清甜的丁香-茴香辛香气，似香石竹气息，香气较透发而持久，有茶样的温和辛香味。按照毒性等级分类，甲基丁香酚为中毒。按照MSDS数据资料，其LD50(大鼠，经口)为1179毫克/公斤，LD50(小鼠，腹腔)为540毫克/公斤。但是，甲基丁香酚的潜在危害已被国内外所认识，甲基丁香酚已经列入我国“化妆品卫生规范”的禁用物名单中。甲基丁香酚的结构式如下。 

对于甲基丁香酚的分析检测而言，在国外，烯烃基苯类芳香物质在一些香料植物中被鉴定和量化分析。在分析植物中的烯烃基苯类芳香物质时，所采用的仪器分析方法主要有GC或GC-MS，以及HPLC。比如1985年，Carman A S等人使用GC方法对新鲜和冷冻胡萝卜中的甲基丁香酚、肉豆蔻醚进行了快速定量分析；1988年，Archer A W使用HPLC方法对肉豆蔻树及肉豆蔻干皮中的甲基丁香酚、黄樟素和肉豆蔻醚进行了量化分析；在分析植物中的烯烃基苯类芳香物质时，所采用的样品前处理技术，依据样品基质的不同，主要有溶剂萃取（Schmelta,1967年），固相萃取（Yates and England,1982年），蒸气蒸馏（Lavoie et al,1985年），超临界流体萃取（Heikes,1994年），固相微萃取（Clark and Bunch,1997年）。此外，也有对烟草中的烯烃基苯类芳香物质进行分析的报告，比如1999年，Stanfill and Ashley使用SPME-GC-MS方法对比迪烟和丁香烟中的 烯烃基苯类芳香物质进行了定量分析。但是，对于卷烟烟气来说，由于烟气基质的复杂性以及目标物含量较低的原由，烯烃基苯类芳香物质的定量分析一直被认为是值得挑战的课题。1964年，Rodgman和Cook收集20560支无滤嘴卷烟烟气的粒相物，采用合适的前处理方法，分离鉴定出丁香酚、异丁香酚和甲基丁香酚。1966年，Schmelta收集1kg卷烟烟气粒相物（相当于50000支卷烟燃烧的产物），分析其中的肉豆蔻醚。1986年，Lavoie et al等人使用GC-MS方法对丁香烟中的丁香酚进行了分析测定。直至2000年，Stephen等人采用固相萃取-GC-MS方法，对美国市场上销售的卷烟进行包括丁香酚、甲基丁香酚和黄樟素等8种烯烃基苯类芳香物质进行分析测定，并分析不同滤嘴通风度对烯烃基苯类芳香物质释放量的影响。其中在样品前处理时，按照目标物的不同含量，分成两部分，即萃取液不过固相萃取柱（Pre-SPE）和过固相萃取柱（Post-SPE）。 

在国内，一些科研工作者对植物、化妆品以及香精香料中的烯烃基苯类芳香物质进行了分析研究。比如，1997年，王栋等人对北细辛不同生长期所含甲基丁香酚和黄樟醚用气相色谱法进行了定量分析。1999年，周长征等人采用内标法对国产药用细辛12个种共24个样品挥发油中甲基丁香酚和黄樟醚的含量进行了气相色谱分析。2009年，吴婷等人建立了不同加香食品中以1,4-二溴苯和乙酸苯乙酯为内标测定天然有害物侧柏酮、龙蒿脑、黄樟素和甲基丁香酚含量的气相色谱方法，保留时间定性，内标法定量。2012年，陈建伟等人采用超临界流体萃取法和水蒸气蒸馏法分别对北细辛根及根茎进行提取分离，分别得5.5%SFE萃取物和2.8%挥发油。应用GC-MS分析，从北细辛SFE萃取物中鉴定出7种化学成分，占萃取物总量的72.70%，其中甲基丁香酚为44.62%；从细辛挥发油中鉴定出19种化学成分，占挥发油总量的88.53%，其中甲基丁香酚为43.02%。两种方法有6种成分完全相同，其中致癌物质黄樟油素SFE法比蒸馏法低2.8倍。2012年，朱晓兰等人建立了超声溶剂提取和分散液液微萃取（DLLME）相结合的提取、净化前处理技术，采用气相色谱－质谱法分析了烟用添加剂中的黄樟素、侧柏酮、龙蒿脑、胡薄荷酮、甲基丁香酚、香豆素、6-甲基香豆素和7-甲氧基香豆素等8种烷基苯类香味有害物。周相娟等人建立了气相色谱-质谱法测定香水中甲基丁香酚的分析方法。 

综上所述，国内外对甲基丁香酚等烯烃基苯类芳香物质的检测主要采用GC-MS、HPLC等方法进行分析。依据样品基质的不同，所用的前处理方法主要有溶剂萃取、固相萃取、蒸气蒸馏、超临界流体萃取、固相微萃取以及同时蒸馏萃取。到目前为止，国 内还未发现有相应的对卷烟烟气中甲基丁香酚进行检测的方法。 

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甲基丁香酚的方法，该方法基于气相色谱-质谱选择离子扫描法，能准确检测卷烟主流烟气中甲基丁香酚的含量，能够规避烟气复杂基质带来的干扰，具有测定结果准确、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甲基丁香酚的方法，包括以下步骤： 

（1）内标溶液的制备：以茴香脑为内标物，用乙醇作溶剂，制备内标溶液； 

（2）标准工作溶液的制备：以甲基丁香酚为标准品，用乙醇作溶剂，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，经振荡萃取得萃取液；萃取液经纯化，得洗脱液；洗脱液经除水，得净化液；净化液再进行浓缩，得样品溶液； 

（4）气相色谱-串联质谱分析：用气相色谱-质谱（GC-MS）选择离子扫描法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（1）中，内标溶液的制备过程为：准确称取100mg茴香脑，用乙醇定容到100mL，获得一级内标储备液，准确移取1mL一级内标储备溶液，用乙醇定容到100mL，获得二级内标储备液，准确移取1mL二级内标储备溶液，用乙醇定容到10mL，获得内标溶液。 

步骤（2）中，标准工作溶液的制备过程为：准确称取100mg甲基丁香酚，用乙醇定容到100mL，获得一级标准储备液；准确移取1mL一级标准储备液，用乙醇定容到100mL，获得二级标准储备液；分别准确移取二级标准储备液10μL、20μL、50μL、100μL、200μL和400μL，以及二级内标溶液各100μL，用乙醇作溶剂定容至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；将得到的捕集有总粒相物的玻璃纤维滤片放置于100mL锥形瓶中，加入40mL甲醇，置于回旋式振荡器内于160转/min条件下振荡萃取40min，静置片刻；准确移取20mL萃取液至浓缩瓶中，连接到旋转蒸发仪上，在80℃、高纯氮气保护下旋转 蒸发至约1mL，加入4mL水，混合均匀形成乳化液，视为上样液；接着对上样液进行固相萃取处理，先用5～10mL甲醇对SPE小柱进行活化，再用10mL水对SPE小柱进行平衡；移取上样液至SPE小柱，待上样品液流出SPE小柱后，分两次用20mL50%的甲醇水溶液洗涤浓缩瓶，先后一并转移至SPE小柱内，弃去淋洗液，再用10mL70%的甲醇水溶液洗脱，洗脱速度保持在1～2mL/min，收集所有洗脱液；在一聚丙烯空柱管里，先加入6g无水硫酸镁，再加入22g无水硫酸钠，用吸耳球轻轻敲打，使其装填充实、均匀，然后进行样品除水处理，加入10mL二氯甲烷，使填料物先行浸润，再移入上述洗脱液，待填料上方不再有洗脱液时，用10mL二氯甲烷洗涤收集有洗脱液的器皿，一并转移至空柱管内，并用60mL二氯甲烷分三次洗脱装柱管，收集缓慢流下来的溶液，视为净化液；在净化液里加入100μL内标溶液，于50℃条件下浓缩至约1mL，转移至2mL色谱瓶中，获得样品溶液。 

步骤（4）中，色谱分析条件为：色谱柱：DB-5MS；进样口温度：250℃；进样量：1μL，分流方式：不分流；程序升温：以5℃/min的升温速度，从60℃升温至280℃，保持20min：280℃；电离方式：EI；电离能量：70eV；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；检测方式：选择离子监测；目标离子：甲基丁香酚的特征离子为147和178，内标的特征离子为133和148，对每个离子的监测时间为100ms；溶剂延迟时间：8min。 

步骤（5）中，以标准工作溶液中甲基丁香酚与内标的浓度之比为横坐标，以色谱图中甲基丁香酚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甲基丁香酚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甲基丁香酚的含量。 

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

式中： 

W——卷烟样品中甲基丁香酚的含量，单位为ng/支； 

A——甲基丁香酚的峰面积； 

As——内标的峰面积； 

b——标准工作曲线的截距； 

Ms——添加内标的质量，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=0.857X+0.0166，相关系数R²0.9995，检出限0.24ng/支，浓度范围10.5～420ng/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甲基丁香酚的方法，具有如下优点： 

（1）首次采用C18固相萃取柱净化样品萃取液，再使用除水技术反萃取目标物，然后基于气相色谱-质谱选择离子扫描法测定卷烟主流烟气中甲基丁香酚的含量。 

（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）选择了峰形和分离效果最好的DB-5MS柱为分离柱，并采用能同时给出定性和定量信息的GC-MS（SIM）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2是待测溶液的色谱图。 

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甲基丁香酚含量的方法，包括以下步骤： 

（1）内标溶液的配置 

一级内标储备溶液：准确称取0.1123g茴香脑，用乙醇定容到100mL，浓度为1.123mg/mL；二级内标储备溶液：准确移取1mL一级内标溶液，用乙醇定容到100mL，浓度为11.23μg/mL；（3）内标溶液：准确移取1mL二级内标储备溶液，用乙醇定容到10mL，浓度为1.123μg/mL。 

（2）标准工作溶液的制备 

一级标准储备液：准确称取0.1050g甲基丁香酚，用乙醇定容到100mL，浓度为1.05mg/mL；（2）二级标准储备液：准确移取1mL标准储备液，用乙醇定容到100mL，浓度为10.5μg/mL；（3）标准系列溶液：分别准确移取二级标准储备液10μL、20μL、 50μL、100μL、200μL和400μL，以及二级内标储备溶液各100μL，用乙醇作溶剂定容至10mL的容量瓶中。该系列标准溶液浓度分别为10.5ng/mL、21ng/mL、52.5ng/mL、105ng/mL、210ng/mL和420ng/mL，其中内标浓度为112.3ng/mL。 

（3）样品溶液的制备 

①卷烟抽吸：按照GB/T19609标准的要求收集20支卷烟的总粒相物。②样品萃取：将上述得到的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），加入40mL甲醇，置于回旋式振荡器内于160转/min条件下振荡萃取40min，静置片刻。③萃取液纯化：准确移取20mL萃取液至浓缩瓶中，连接到旋转蒸发仪上，在80℃、高纯氮气保护下旋转蒸发至约1mL，加入4mL水，混合均匀形成乳化液，视为上样液；接着对上样液进行固相萃取（SPE）处理，先用5～10mL甲醇对SPE小柱进行活化，再用10mL水对SPE小柱进行平衡。移取上样液至SPE小柱，待上样品液流出SPE小柱后，分两次用20mL50%的甲醇水溶液洗涤浓缩瓶，先后一并转移至SPE小柱内，弃去淋洗液，再用10mL70%的甲醇水溶液洗脱，洗脱速度保持在1～2mL/min，收集所有洗脱液。④洗脱液除水：在一聚丙烯空柱管（带筛板，60Ml）里，先加入6g无水硫酸镁（经过高温活化处理），再加入22g无水硫酸钠（经过高温活化处理），用吸耳球轻轻敲打，使其装填充实、均匀，然后进行样品除水处理，加入10mL二氯甲烷，使填料物先行浸润，再移入上述洗脱液，待填料上方不再有洗脱液时，用10mL二氯甲烷洗涤收集有洗脱液的器皿，一并转移至空柱管内，并用60mL二氯甲烷分三次洗脱装柱管，收集缓慢流下来的溶液，视为净化液。⑤净化液浓缩：在净化液里加入100μL内标溶液，于50℃条件下浓缩至约1mL，转移至2mL色谱瓶中，得到样品溶液，待进行GC-MS分析。 

（4）气相色谱-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-质谱分析（所述标准工作溶液、样品溶液的色谱图如图2、图3所示）。其色谱分析条件为：色谱柱：DB-5MS（30m×0.25mm×0.25μm）；进样口温度：250℃；进样量：1μL，分流方式：不分流；程序升温：以5℃/min的升温速度，从60℃升温至280℃，保持20min；传输线温度：280℃；电离方式：EI；电离能量：70eV；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；检测方式：选择离子监测（SIM）；目标离子（m/z）：甲基丁香酚的特征离子为147和178（其中178为定量离子），内标的特征离子为133和148（其中148为定量离 子），对每个离子的监测时间为100ms；溶剂延迟时间：8min。 

（5）标准曲线绘制及结果计算 

首先，以标准工作溶液中甲基丁香酚与内标的浓度之比为横坐标，以色谱图中甲基丁香酚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Y=0.857X+0.0166，相关系数R²0.9995，检出限0.24ng/支，浓度范围10.5～420ng/mL。 

然后，将相同条件下测得的样品溶液中甲基丁香酚与内标的色谱峰面积比，代入标准工作曲线，求得卷烟样品中甲基丁香酚的含量，计算公式如下： 

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

式中： 

W——卷烟样品中甲基丁香酚的含量，单位为纳克每支（ng/支）； 

A——甲基丁香酚的峰面积； 

As——内标的峰面积； 

b——标准工作曲线的截距； 

Ms——添加内标的质量，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4个不同品牌卷烟样品中的甲基丁香酚含量检测结果见下表1： 

表1样品检测结果 

样品编号	盒标焦油量（mg/支）	检测值（ng/支）
			烟A	6	5.01
卷烟B	8	6.12
			卷烟C	10	8.34
卷烟D	11	9.36

实施例2 

以一卷烟样品为分析对象，进行了精密度实验，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2。表中结果显示，本实验方法的重复性的RSD<7%。对于痕量物质分析检测而言，该方法具有良好的精密度。 

表2方法的精密度 

序号	测定结果（ng/支）
		1	8.64
2	9.12
		3	7.87
4	9.08
		5	7.85
6	8.97
		RSD（%）	6.86

以一卷烟样品为对象，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分析，计算其加标回收率，结果见下表3。从下表可以看出，目标物的回收率在91.32%～101.55%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3方法的回收率 

本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甲基丁香酚的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）内标溶液的制备：以茴香脑为内标物，用乙醇作溶剂，制备内标溶液；

（2）标准工作溶液的制备：以甲基丁香酚为标准品，用乙醇作溶剂，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，经振荡萃取得萃取液；萃取液经纯化，得洗脱液；洗脱液经除水，得净化液；净化液再进行浓缩，得样品溶液；

（4）气相色谱-串联质谱分析：用气相色谱-质谱选择离子扫描法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甲基丁香酚的方法，其特征在于：步骤（1）中，内标溶液的制备过程为：准确称取100mg茴香脑，用乙醇定容到100mL，获得一级内标储备液，准确移取1mL一级内标储备溶液，用乙醇定容到100mL，获得二级内标储备液，准确移取1mL二级内标储备溶液，用乙醇定容到10mL，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甲基丁香酚的方法，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100mg甲基丁香酚，用乙醇定容到100mL，获得一级标准储备液；准确移取1mL一级标准储备液，用乙醇定容到100mL，获得二级标准储备液；分别准确移取二级标准储备液10μL、20μL、50μL、100μL、200μL和400μL，以及二级内标溶液各100μL，用乙醇作溶剂定容至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甲基丁香酚的方法，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；将得到的捕集有总粒相物的玻璃纤维滤片放置于100mL锥形瓶中，加入40mL甲醇，置于回旋式振荡器内于160转/min条件下振荡萃取40min，静置片刻；准确移取20mL萃取液至浓缩瓶中，连接到旋转蒸发仪上，在80℃、高纯氮气保护下旋转蒸发至约1mL，加入4mL水，混合均匀形成乳化液，视为上样液；接着对上样液进行固相萃取处理，先用5～10mL甲醇对SPE小柱进行活化，再用10mL水对SPE小柱进行平衡；移取上样液至SPE小柱，待上样品液流出SPE小柱后，分两次用20mL50%的甲醇水溶液洗涤浓缩瓶，先后一并转移至SPE小柱内，弃去淋洗液，再用10mL70%的甲醇水溶液洗脱，洗脱速度保持在1～2mL/min，收集所有洗脱液；在一聚丙烯空柱管里，先加入6g无水硫酸镁，再加入22g无水硫酸钠，用吸耳球轻轻敲打，使其装填充实、均匀，然后进行样品除水处理，加入10mL二氯甲烷，使填料物先行浸润，再移入上述洗脱液，待填料上方不再有洗脱液时，用10mL二氯甲烷洗涤收集有洗脱液的器皿，一并转移至空柱管内，并用60mL二氯甲烷分三次洗脱装柱管，收集缓慢流下来的溶液，视为净化液；在净化液里加入100μL内标溶液，于50℃条件下浓缩至约1mL，转移至2mL色谱瓶中，获得样品溶液。

5.根据权利要求1所述的测定卷烟主流烟气中甲基丁香酚的方法，其特征在于：步骤（4）中，色谱分析条件为：色谱柱：DB-5MS；进样口温度：250℃；进样量：1μL，分流方式：不分流；程序升温：以5℃/min的升温速度，从60℃升温至280℃，保持20min；传输线温度：280℃；电离方式：EI；电离能量：70eV；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；检测方式：选择离子监测；目标离子：甲基丁香酚的特征离子为147和178，内标的特征离子为133和148，对每个离子的监测时间为100ms；溶剂延迟时间：8min。

6.根据权利要求1所述的测定卷烟主流烟气中甲基丁香酚的方法，其特征在于：步骤（5）中，以标准工作溶液中甲基丁香酚与内标的浓度之比为横坐标，以色谱图中甲基丁香酚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甲基丁香酚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甲基丁香酚的含量；

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

式中：

W——卷烟样品中甲基丁香酚的含量，单位为ng/支；

A——甲基丁香酚的峰面积；

As——内标的峰面积；

b——标准工作曲线的截距；

Ms——添加内标的质量，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6所述的测定卷烟主流烟气中甲基丁香酚的方法，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=0.857X+0.0166，相关系数R²0.9995，检出限0.24ng/支，浓度范围10.5～420ng/mL。

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