CN103675153B

CN103675153B - 一种使用超高效合相色谱测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物的方法

Info

Publication number: CN103675153B
Application number: CN201310729481.5A
Authority: CN
Inventors: 张洪非; 唐纲岭; 范子彦; 李中皓; 边照阳; 刘珊珊; 杨飞; 王颖; 张艳革
Original assignee: National Tobacco Quality Supervision and Inspection Center
Current assignee: National Tobacco Quality Supervision and Inspection Center
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103675153A

Abstract

一种使用超高效合相色谱测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物的方法，即测定滤嘴中丁醛、2－丁酮、丙醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、乙醛、甲醛的方法，其特征在于：是通过高效合相色谱法（UPC²）对抽吸后的卷烟滤嘴进行分析测定，进而得出滤嘴中八种羰基化合物的含量。本发明克服了现有技术样品检测方法的不足，优化了仪器检测条件，采用本发明方法检测卷烟滤嘴中主要羰基化合物的含量，快速有效，前处理简单，平均相对标准偏差小于10%，各指标的平均回收率在88%-101%之间。具有快速准确、灵敏度高及重复性好的优点。

Description

一种使用超高效合相色谱测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物的方法

技术领域

本发明属于卷烟滤嘴的理化检验技术领域，具体说是一种使用超高效合相色谱测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物（丁醛、2－丁酮、丙醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、乙醛、甲醛)的方法，该方法快速、高效、环保，有利于提高对卷烟滤嘴中羰基化合物检测的效率，同时大大降低有机溶剂的损耗，减少对环境的污染。

背景技术

羰基化合物是卷烟主流烟气中的一类重要有害成分，被列入加拿大政府46种有害成分名单和WHO“烟草制品管制研究小组”建议的管制成分清单；卷烟燃烧产生的羰基化合物经过卷烟滤嘴时会被滤嘴截留，因此测定卷烟滤嘴中的羰基化合物一方面对于评估主流烟气中的羰基化合物产生量有一定的意义，另一方面对于评估滤嘴对环境的影响有一定的意义。目前，国内较少有研究卷烟滤嘴中羰基化合物的分析方法，大多为研究卷烟主流烟气中羰基化合物的分析方法。超高效合相色谱（Ultra performance convergence chromatography, UPC²）技术源于超临界流体色谱技术，由于其以超临界CO₂为主要的流动相，因此具有黏度低、传质性能好、分离效率高、绿色环保的优势；同时，该系统基于Waters 成熟的UPLC^TM技术平台，以及亚2μm的色谱柱化学技术，使得仪器的可操控性能、重现性、精密度等方面有一个质的进步。

因此，结合UPC²技术建立一种能够快速、高效、环保的测定卷烟滤嘴中羰基化合物的方法很有必要，且目前的公开文献尚未见有此类技术的相关报道。

发明内容：

本发明的目的旨在克服现有技术缺陷，提供一种使用UPC²测定卷烟滤嘴中羰基化合物的方法。利用本发明提供的测定方法，能快速、高效、环保地检测卷烟滤嘴中羰基化合物的含量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种使用超高效合相色谱测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物的方法，即测定滤嘴中丁醛、2－丁酮、丙醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、乙醛、甲醛的方法，是通过高效合相色谱法（UPC²）对抽吸后的卷烟滤嘴进行分析测定，进而得出滤嘴中八种羰基化合物的含量，具体步骤如下：

a、衍生化试剂的配制：准确称取0.01 g 2,4-二硝基苯肼（简称DNPH）于100 mL棕色容量瓶中，精确至0.1 mg，加入5mL磷酸后用乙腈定容；所述的2,4-二硝基苯肼是通过重结晶制备而成，具体方法是：取50gDNPH加入到800mL乙腈中，加热回流至DNPH完全溶解，转入到烧杯中密封避光自然冷却，静置过夜，DNPH结晶经抽滤、乙腈洗涤，真空干燥后转入棕色瓶密封后避光低温保存。

b、萃取溶液的配制：配制2％的吡啶/乙腈（v/v）溶液；

c、样品的准备：按照GB/T 5606.1抽取卷烟样品，挑选重量和吸阻合格的烟支（重量：平均值±20mg，吸阻：平均值±50Pa），在温度22±2℃和相对湿度60±5％下平衡48h；按照GB/T16450《常规分析用吸烟机定义和标准条件》调整检查吸烟机抽吸参数, BORGWALDT-KC 5孔道吸烟机上抽吸平衡后的卷烟，留取卷烟烟蒂，分离出卷烟滤嘴部分，取4支卷烟滤嘴转移至50mL锥形瓶中，准确加入20mL 去离子水，机械振荡20min，静置2min，取1 mL加入到10 mL容量瓶中，加入4 mL衍生化试剂，用乙腈定容至10 mL，静置衍生30min，用0.22μm滤膜过滤后，移到2mL色谱瓶中，即可进行UPC²分析;

d、标准工作溶液制备：分别准确称取30mg的丙酮、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2－丁酮、丁醛的2，4－二硝基苯腙衍生物标准品，40mg甲醛和50mg乙醛的2，4－二硝基苯腙衍生物标准品至不同的25mL的容量瓶中，精确至0.1mg，分别用乙腈定容作为一级储备液，然后分别移取前述一级储备液中的1.0mL的乙醛DNPH溶液，0.75 mL的丙酮DNPH溶液，0.5mL甲醛、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2－丁酮、丁醛的DNPH溶液至同一25mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，此为二级储备液，然后移取0.05mL、0.2mL、0.4mL、0.8mL、2.0mL、4.0mL、7.0mL和10.0mL的二级储备液至10mL的容量瓶中，用乙腈定容配置8级具有一定浓度梯度的标准工作溶液;

e、超高效合相色谱（UPC²）测定:利用超高效合相色谱（配紫外检测器）对标准工作溶液和样品处理液进行检测，超高效合相色谱的分离检测条件如下：

色谱柱：ACQUITY UPC² BEH 2-EP色谱柱（1.7 μm，3 mm × 150 mm）；

柱温：40℃；

流动相A：二氧化碳；

流动相B：甲醇；

柱流量：1.5ml/min；

进样体积：1μL；

梯度：二元溶剂流动相梯度如表1所示：

表1 梯度表

检测器：紫外检测器,检测器检测波长为365nm。

f、卷烟主流烟气主要羰基化合物测定结果的计算

以外标法进行挥发性羰基化合物的定量分析，即以目标羰基化合物的色谱峰面积对其相应浓度进行回归分析，得到标准曲线,对制备好的的样品进行测定，测得检出目标羰基化合物的色谱峰面积，代入标准曲线，分别得到样品中的丁醛、2－丁酮、丙醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、乙醛、甲醛的含量，其具体计算公式为：

式中：

m—每支卷烟滤嘴中羰基成分的含量，单位为微克每支（μg/cig）；

A—萃取液中羰基化合物的浓度（μg/mL）；

20—萃取溶液体积（mL）；

10—稀释系数；

4—每次测试抽吸卷烟的支数（cig）。

与现有技术相比本发明克服了现有技术样品检测方法的不足，优化了仪器检测条件，本发明具有如下效果：

（1）检测时间短：采用本发明测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物周期仅需要10分钟左右；

（2）本发明具有操作准确、灵敏度高及重复性好,绿色环保(消耗有机试剂少)的优点。

①本发明方法的标准曲线和检出限：

以丁醛、2－丁酮、丙醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、乙醛、甲醛为检测指标，配制8种羰基化合物的工作标准溶液，经超高效合相色谱分析，以目标物色谱峰面积对其相应浓度进行回归分析，得到标准曲线及其回归方程、相关系数，利用最低浓度标液信噪比为3时计算出检出限。由表2可知，所采用的色谱条件使8种羰基有化合物色谱峰都分离较好，并且均具有较好的相关性,检出限在0.09 μg/cig-0.17μg/cig之间。

表2 卷烟滤嘴羰基化合物的标准曲线和检出限

注：①检出限以3倍信噪比（S/N = 3）计算。

②本发明方法的重复性和加标回收率：

表3卷烟滤嘴羰基化合物的回收率和重复性（n=5）

对样品进行高、中、低不同浓度水平的标准溶液加标回收率试验，每个样品分别测定5次，计算本方法各种卷烟滤嘴中主要羰基化合物的的回收率及加标后测定值的相对标准偏差，结果见表3。由表3可以看出，在3个加标水平上，利用此方法检测卷烟滤嘴中主要羰基化合物的回收率在88%~101%之间。样品测试结果的平均相对偏差小于10%；说明本法的回收率较高，重复性较好。

附图说明

图1 本发明的测定方法流程图；

图2 混标溶液色谱图；

图3 卷烟滤嘴样品色谱图。

具体实施方式

本发明结合实例做进一步描述。

实例1：

1．试剂与仪器：

标准品：甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2－丁酮、丁醛的2，4－二硝基苯腙衍生物标准品（TCI公司）；

试剂：乙腈、甲醇（色谱纯，韩国Duksan pure chemicals公司）。二氧化碳（食品级，河南源正科技发展有限公司）。实验用水为Milli-Q纯水系统所制去离子水；2,4-二硝基苯肼（DNPH）为分析纯试剂（使用前重结晶）；高氯酸为分析纯试剂；

仪器：BORGWALDT-KC 5孔道侧流吸烟机(BORGWALDT-KC, German)；沃特世ACQUITY UPC²系统，配 ACQUITY UPC² PDA检测器（美国Waters公司）。ACQUITY UPC² BEH 2-EP色谱柱（1.7 μm，3 mm × 150 mm）（美国Waters公司）。GB204电子天平，感量：0.0001 g（瑞士Mettler公司）。昆山KQ-700DB台式数控超声仪（昆山市超声仪器有限公司）。有机相针式滤器，13 mm × 0.22 μm（上海安谱科学仪器有限公司）。

2．样品处理：

按照GB/T 5606.1抽取卷烟样品，挑选重量和吸阻合格的烟支（重量：平均值±20mg，吸阻：平均值±50Pa），在温度22±2℃和相对湿度60±5％下平衡48h；按照GB/T16450《常规分析用吸烟机定义和标准条件》调整检查吸烟机抽吸参数, BORGWALDT-KC 5孔道吸烟机上抽吸平衡后的卷烟，留取卷烟烟蒂，分离出卷烟滤嘴部分，取4支卷烟滤嘴转移至50mL锥形瓶中，准确加入20mL 去离子水，机械振荡20min，静置2min，取1 mL加入到10 mL容量瓶中，加入4 mL衍生化试剂，用乙腈定容至10 mL，静置衍生30min，用0.22μm滤膜过滤后，移到2mL色谱瓶中，即可进行UPC²分析;

3.标准工作溶液制备：

标准工作溶液制备：分别准确称取30mg的丙酮、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2－丁酮、丁醛的2，4－二硝基苯腙衍生物标准品，40mg甲醛和50mg乙醛的2，4－二硝基苯腙衍生物标准品至不同的25mL的容量瓶中，精确至0.1mg，分别用乙腈定容作为一级储备液，此溶液密封于4℃存放，有效期为一年；然后分别移取1.0mL的乙醛DNPH溶液，0.75 mL的丙酮DNPH溶液，0.5mL甲醛、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2－丁酮、丁醛的DNPH溶液至25mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，此为二级储备液，密封于4℃存放，有效期为20天；然后移取0.05mL、0.2mL、0.4mL、0.8mL、2.0mL和4.0mL的二级储备液至10mL的容量瓶中，用乙腈定容配置6级具有一定浓度梯度的标准工作溶液，有效期为20天。标准溶液置于冰箱保存，取用时置于常温下，达到常温后方可使用。各指标浓度如表4所示：

表4 标准溶液浓度

名称	1#μg/mL	2#μg/mL	3#μg/mL	4#μg/mL	5#μg/mL	6#μg/mL
							丁醛	0.0265	0.1061	0.2122	0.4243	1.0608	2.1216
2－丁酮	0.0312	0.1250	0.2500	0.5000	1.2499	2.4998
							丙醛	0.0303	0.1211	0.2423	0.4846	1.2115	2.4230
巴豆醛	0.0305	0.1222	0.2444	0.4888	1.2220	2.4440
							丙烯醛	0.0305	0.1221	0.2441	0.4882	1.2205	2.4411
丙酮	0.0455	0.1818	0.3637	0.7274	1.8184	3.6368
							乙醛	0.0844	0.3375	0.6749	1.3499	3.3747	6.7494
甲醛	0.0226	0.0904	0.1807	0.3614	0.9035	1.8070

4.测定方法:

以目标羰基化合物的色谱峰面积对其相应浓度进行回归分析，得到标准曲线。对制备好的样品进行测定，测得检出目标羰基化合物的色谱峰面积，代入标准曲线，分别得到样品中的丁醛、2－丁酮、丙醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、乙醛、甲醛的含量，结果见表5。

表5 卷烟滤嘴中主要羰基化合物检测结果

化合物	含量（μg/cig）
		丁醛	16.7
2－丁酮	4.5
		丙醛	6.3
巴豆醛	23.6
		丙烯醛	8.3
丙酮	8.3
		乙醛	29.0
甲醛	20.8

超高效合相色谱的分离检测方法：

色谱柱：ACQUITY UPC²BEH 2-EP色谱柱（1.7 μm，3 mm × 150 mm）

柱温：40℃；

流动相A：二氧化碳；

流动相B：甲醇；

柱流量：1.5ml/min；

进样体积：1μL；

梯度：二元溶剂流动相梯度如表1所示；

检测器：紫外检测器;

选优的，检测器检测波长为365nm。

实例2：

具体步骤如实施例1所述，选择另一牌号卷烟（样品B），测得卷烟滤嘴中主要羰基化合物的含量见表6。

表6 卷烟滤嘴中主要羰基化合物检测结果

化合物	含量（μg/cig）
		丁醛	0.5
2－丁酮	0.8
		丙醛	0.7
巴豆醛	10.1
		丙烯醛	3.0
丙酮	3.6
		乙醛	14.3
甲醛	18.0

实例3：

具体步骤如实施例1所述，选择另一牌号卷烟（样品C），测得卷烟滤嘴中主要羰基化合物的含量见表7。

表7 卷烟滤嘴中主要羰基化合物检测结果

化合物	含量（μg/cig）
		丁醛	0.8
2－丁酮	0.6
		丙醛	1.0
巴豆醛	12.0
		丙烯醛	3.9
丙酮	5.4
		乙醛	16.6
甲醛	19.9

实例4：

具体步骤如实施例1所述，选择有害成分参比卷烟（样品D），测得卷烟滤嘴中主要羰基化合物的含量见表8。

表8 卷烟滤嘴中主要羰基化合物检测结果

化合物	含量（μg/cig）
		丁醛	0.7
2－丁酮	1.1
		丙醛	1.4
巴豆醛	9.5
		丙烯醛	2.9
丙酮	5.0
		乙醛	14.4
甲醛	13.3

Claims

1.一种使用超高效合相色谱测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物的方法，所述主要羰基化合物为丁醛、2－丁酮、丙醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、乙醛、甲醛，其特征在于：是通过高效合相色谱法（UPC²）对抽吸后的卷烟滤嘴进行分析测定，进而得出滤嘴中八种羰基化合物的含量，具体步骤如下：

a、衍生化试剂的配制：准确称取0.01 g 2,4-二硝基苯肼（DNPH）于100 mL棕色容量瓶中，精确至0.1 mg，加入5mL磷酸后用乙腈定容；

b、萃取溶液的配制：配制2％的吡啶/乙腈v/v溶液；

c、样品的准备：按照GB/T 5606.1抽取卷烟样品，挑选重量和吸阻合格的烟支，重量：平均值±20mg，吸阻：平均值±50Pa，在温度22±2℃和相对湿度60±5％下平衡48h；按照GB/T16450《常规分析用吸烟机定义和标准条件》调整检查吸烟机抽吸参数, BORGWALDT-KC 5孔道吸烟机上抽吸平衡后的卷烟，留取卷烟烟蒂，分离出卷烟滤嘴部分，取4支卷烟滤嘴转移至50mL锥形瓶中，准确加入20mL 去离子水，机械振荡20min，静置2min，取1 mL加入到10 mL容量瓶中，加入4 mL衍生化试剂，用乙腈定容至10 mL，静置衍生30min，用0.22μm滤膜过滤后，移到2mL色谱瓶中，即可进行UPC²分析；

d、标准工作溶液制备：分别准确称取30mg的丙酮、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2－丁酮、丁醛的2，4－二硝基苯腙衍生物标准品，40mg甲醛和50mg乙醛的2，4－二硝基苯腙衍生物标准品至不同的25mL的容量瓶中，精确至0.1mg，分别用乙腈定容作为一级储备液，然后分别移取前述一级储备液中的1.0mL的乙醛DNPH溶液，0.75 mL的丙酮DNPH溶液，0.5mL甲醛、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2－丁酮、丁醛的DNPH溶液至同一25mL容量瓶中，用乙腈定容至刻度，此为二级储备液，然后移取0.05mL、0.2mL、0.4mL、0.8mL、2.0mL、4.0mL、7.0mL和10.0mL的二级储备液至10mL的容量瓶中，用乙腈定容配置8级具有一定浓度梯度的标准工作溶液；

e、超高效合相色谱（UPC²）测定:利用超高效合相色谱对标准工作溶液和样品处理液进行检测，具体分离检测条件如下：

色谱柱：ACQUITY UPC² BEH 2-EP色谱柱，规格1.7 μm，3 mm × 150 mm；

柱温：40℃；

流动相A：二氧化碳；

流动相B：甲醇；

柱流量：1.5ml/min；

进样体积：1μL；

梯度：二元溶剂流动相梯度如表1所示：

检测器：紫外检测器,检测器检测波长为365nm；

f、卷烟主流烟气主要羰基化合物测定结果的计算

以外标法进行挥发性羰基化合物的定量分析，即以目标羰基化合物的色谱峰面积对其相应浓度进行回归分析，得到标准曲线,对制备好的的样品进行测定，测得检出目标羰基化合物的色谱峰面积，代入标准曲线，分别得到样品中的丁醛、2－丁酮、丙醛、巴豆醛、丙烯醛、丙酮、乙醛、甲醛的含量。

2.根据权利要求1所述的使用超高效合相色谱测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物的方法，其特征在于：步骤a中所述的2,4-二硝基苯肼是通过重结晶制备而成，具体方法是：取50gDNPH加入到800mL乙腈中，加热回流至DNPH完全溶解，转入到烧杯中密封避光自然冷却，静置过夜，DNPH结晶经抽滤、乙腈洗涤，真空干燥后转入棕色瓶密封后避光低温保存。

3.根据权利要求1所述的使用超高效合相色谱测定卷烟滤嘴中主要羰基化合物的方法，其特征在于：f步骤中卷烟滤嘴中羰基化合物的计算公式为：

式中：

m—每支卷烟滤嘴中羰基成分的含量，单位为微克每支μg/cig；

A—萃取液中羰基化合物的浓度μg/mL；

20—萃取溶液体积mL；

10—稀释系数；

4—每次测试抽吸卷烟的支数cig。