CN104569253A - 一种卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学检验技术领域，具体公开了一种卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法。本方法以吸烟机抽吸卷烟，并用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气，以含氘代苯并[a]芘内标的溶液萃取滤片，萃取液过滤后直接用在线凝胶色谱-气相色谱-串联质谱联用仪检测，建立了卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法。与国标方法相比，本方法提高了测试效率，具有自动化程度高、操作简便、快速高效、有机溶剂消耗量少的优点。

Description

一种卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法

技术领域

本发明属于化学检验技术领域，具体涉及一种卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法。

背景技术

稠环芳烃是烟草在高温缺氧条件下不完全燃烧的产物，目前已经在卷烟主流烟气中鉴别出大约30个有致癌性的稠环芳烃，其中最典型的是致癌性最高的苯并[a]芘。苯并[a]芘也是目前关注的7种代表性的卷烟烟气有害成分之一，因此检测卷烟主流烟气中苯并[a]芘的释放量对吸烟与健康的研究有重要意义。

卷烟燃烧过程所产生的烟气成分十分复杂，目前已经检测出的烟气成分已经超过5000余种，而其中苯并[a]芘的含量通常在ng/支级别。因此，在对主流烟气中的苯并[a]芘进行检测时通常需要一定的样品前处理过程。但是，繁冗费时的样品前处理过程不仅占据了整个苯并[a]芘检测过程的绝大部分时间，也是检测结果误差的主要来源。更重要的是，样品前处理过程与后续的仪器分析过程通常是离线联用，测试效率不高。以目前较为成熟的苯并[a]芘测定方法（中华人民共和国国家标准GB/T 21130-2007）为例，该方法首先对含有卷烟烟气粒相物的滤片进行超声萃取得到提取液，然后采用固相萃取技术对提取液进行处理，之后再进行气相色谱/质谱分析。该方法存在样品前处理时间长、操作繁琐、需要经过蒸发浓缩、有机溶剂消耗量多等不足。为了解决人为手工操作繁琐等不足，边照阳等人（色谱, 2011, 29 (10):1031-1035.）采用全自动固相萃取仪净化主流烟气萃取液，之后再对其进行检测，实现了主流烟气中苯并[a]芘等3种多环芳烃的检测。但是该方法依然需要蒸发浓缩等步骤，且存在有机溶剂消耗量大、无法实现连续自动分析的不足。因此，有必要开发一种自动化程度高、操作简单、快速高效、有机溶剂消耗量少的卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法。

发明内容

本发明正是针对现有技术状况进行改进，而专门设计的卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法。与国标方法相比，本发明不需要样品前处理过程，具有自动化程度高、操作简单、快速高效、有机溶剂消耗量少的优点。

本发明采取的技术方案如下：

一种卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法：

第一步，标准系列溶液的配制：标准系列溶液的配制：以环己烷为溶剂、苯并[a]芘标准品为溶质、氘代苯并[a]芘为内标，配制不同浓度的含内标的标准系列溶液；

第二步，样品溶液的制备：卷烟按照GB/T 19609-2004，ISO 4387︰2000规定的条件抽吸完后，将捕集有主流烟气总粒相物的滤片置于容器中，加入环己烷和内标氘代苯并[a]芘，内标浓度和标准系列溶液中内标浓度相同，进行超声萃取，再对萃取液进行过滤即得样品溶液；

第三步，标准系列溶液和样品溶液在相同条件下进行凝胶色谱-气相色谱-串联质谱分析，整个分析系统由凝胶渗透色谱仪和气相色谱-串联质谱仪两部分组成；

第四步，苯并[a]芘的定量：由苯并[a]芘峰面积和内标峰面积之比进行定量。

较好地，凝胶渗透色谱仪的条件为：色谱柱为Shodex CLNpak EV-200 (16 μm，2 mm × 150 mm)；流动相为环己烷/丙酮（7/3, v/v）；流速为0.1 mL/min；柱温为40℃；进样量为20 μL；收集凝胶色谱保留时间为5.5-7.5 min的组分，并将其全部在线导入气相色谱-串联质谱仪分析；气相色谱-串联质谱仪的条件为：惰性前置柱为5 m × 0.53 mm的空柱；预柱为DB-35 ms，5 m × 0.25 mm × 0.25 μm；分离柱为DB-35 ms，25 m × 0.25 mm × 0.25 μm；色谱柱升温程序为：初始温度82℃，保持5 min，再以8 ℃/min升至300℃并保持7.75 min，运行时间为40 min；采用不分流进样方式，进样时间为7.0 min；以高纯He为载气，载气压力程序为由120 kPa开始，以100 kPa/min升至180 kPa并保持4.4 min，再以49.8 kPa/min恢复至原始压力，并保持33.8 min；程序升温进样口，进样口升温程序为120℃保持5 min，再以100 ℃/min升至250℃并保持33.7 min；接口温度和离子源温度分别为300℃和200℃；质谱电离源为EI源；电离电压为70 ev；溶剂延迟时间为29 min，苯并[a]芘和内标的保留时间分别为37.8 min和37.7 min；多反应监测模式，碰撞气为Ar，压力为200 kPa；苯并[a]芘的多反应监测参数为：定量离子对为252 > 250，碰撞能量为35 ev，辅助定性离子对为252 > 226，碰撞能量为35 ev；内标的多反应监测参数为：定量离子对为264 > 260，碰撞能量为35 ev，辅助定性离子对为264 > 236，碰撞能量为35 ev；

较好地，优选配制的标准系列溶液浓度为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0和15.0 ng/mL，且标准系列溶液中内标浓度为8.125 ng/mL。

具体地，第四步的操作过程为：以标准系列溶液中苯并[a]芘峰面积和内标峰面积之比为纵坐标，苯并[a]芘标准系列溶液的浓度为横坐标，绘制工作曲线；根据样品溶液中苯并[a]芘峰面积和内标峰面积之比，依据工作曲线，得到样品中苯并[a]芘的含量。

本发明方法的检测限和定量限为苯并[a]芘信噪比（S/N）为3和10时所对应的浓度。

在本发明中，我们对主流烟气粒相物的萃取液和凝胶凝胶色谱-气相色谱-串联质谱分析的条件进行了优化和考察。我们考察了环己烷和乙酸乙酯对主流烟气粒相物的萃取效果，结果表明，二者均可将苯并[a]芘从滤片上萃取下来。考虑到与凝胶色谱流动相（环己烷/丙酮，7/3，v/v）的兼容性，我们选择环己烷作为萃取液。同时，为了获取较高的灵敏度，我们对苯并[a]芘和内标的多反应监测条件进行了优化，包括定量离子对和碰撞能量等。最终选择的苯并[a]芘的定量离子对为252 > 250，碰撞能量为35 ev，内标的定量离子对为264 > 260，碰撞能量为35 ev。

本发明采用凝胶色谱对卷烟主流烟气萃取物进行处理，利用固定相的尺寸排阻作用将苯并[a]芘与大分子干扰物分离，再将含苯并[a]芘的组分在线导入气相色谱-串联质谱仪进行分离分析，最后采用内标法测定卷烟主流烟气中苯并[a]芘的含量。

本发明的方法克服了现有测定技术中前处理繁冗费时、无法实现连续自动分析、有机试剂消耗量多等不足，针对卷烟主流烟气萃取物的特点和目标分析物的性质，改进了测试方法。具体为：现有国标方法采用固相萃取净化，以硅胶为吸附剂，包括柱活化、上样、淋洗等步骤，然后用旋蒸方式将40 mL洗脱液浓缩。按照国标方法，分析一个样品萃取液需要消耗大约50 mL的有机试剂，样品前处理时间和后续仪器分析的时间总和为2 h左右，且无法连续自动分析。本发明不需要任何繁琐的样品预处理过程，仅将过滤后的主流烟气萃取液直接采用凝胶色谱分离，并将其在线导入气相色谱-串联质谱仪进行分离分析即可。本发明方法分析一个样品萃取液所消耗的有机试剂体积少于10 mL，所用的时间为50 min左右，且能够实现连续自动分析。因此，本发明方法具有操作简单、自动化程度高、快速高效、有机试剂消耗量少的优点，能极大提高测试效率、降低测试成本。

附图说明

图1为本发明的卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法的操作流程示意图。

具体实施方式

本发明结合实例做进一步描述，但并不限制本发明。

实施例1：

一种卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法，操作流程参见图1，具体步骤为：

第一步，标准系列溶液的配制：以环己烷为溶剂、苯并[a]芘标准品为溶质、氘代苯并[a]芘为内标，配制如下述浓度的标准系列溶液：0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、15.0 ng/mL，且标准系列溶液中内标浓度为8.125 ng/mL；

第二步，样品溶液的制备：将平衡及筛选后的卷烟用转盘型吸烟机按照GB/T 19609-2004，ISO 4387︰2000规定的标准条件抽吸，每次实验抽吸20支卷烟。将捕集有主流烟气总粒相物的滤片放入250 mL锥形瓶中，加入50 μL浓度为6.5 μg/mL的氘代苯并[a]芘内标溶液（以环己烷为溶剂），再加入40 mL环己烷，将锥形瓶置于超声器中进行超声萃取，对萃取液进行过滤，即得样品溶液；

第三步，标准系列溶液和样品溶液在相同条件下进行凝胶色谱-气相色谱-串联质谱分析：整个分析系统由凝胶渗透色谱仪和气相色谱-串联质谱仪两部分组成；其中，凝胶渗透色谱仪的条件为：色谱柱为Shodex CLNpak EV-200 (16 μm，2 mm × 150 mm)；流动相为环己烷/丙酮（7/3, v/v）；流速为0.1 mL/min；柱温为40℃；进样量为20 μL；收集凝胶色谱保留时间为5.5-7.5 min的组分（共计0.2 mL），并将其全部在线导入气相色谱-串联质谱仪分析；气相色谱-串联质谱仪的条件为：惰性前置柱为5 m × 0.53 mm的空柱；预柱为DB-35 ms，5 m × 0.25 mm × 0.25 μm；分离柱为DB-35 ms，25 m × 0.25 mm × 0.25 μm；色谱柱升温程序为：初始温度82℃，保持5 min，再以8 ℃/min升至300℃并保持7.75 min，运行时间为40 min；采用不分流进样方式，进样时间为7.0 min；以高纯He为载气，载气压力程序为：由120 kPa开始，以100 kPa/min升至180 kPa并保持4.4 min，再以49.8 kPa/min恢复至原始压力，并保持33.8 min；程序升温进样口，进样口升温程序为：120℃保持5 min，再以100 ℃/min升至250℃并保持33.7 min；接口温度和离子源温度分别为300℃和200℃；质谱电离源为EI源；电离电压为70 ev；溶剂延迟时间为29 min，苯并[a]芘和内标的保留时间分别为37.8 min和37.7 min；多反应监测模式，碰撞气为Ar，压力为200 kPa；苯并[a]芘的多反应监测参数为：定量离子对为252 > 250，碰撞能量为35 ev，辅助定性离子对为252 > 226，碰撞能量为35 ev；内标的多反应监测参数为：定量离子对为264 > 260，碰撞能量为35 ev，辅助定性离子对为264 > 236，碰撞能量为35 ev。

第四步，苯并[a]芘的定量：以标准系列溶液中苯并[a]芘峰面积和内标峰面积之比为纵坐标，苯并[a]芘标准系列溶液的浓度为横坐标，绘制工作曲线，见表1；根据样品溶液中苯并[a]芘峰面积和内标峰面积之比，依据工作曲线，得到样品中苯并[a]芘的含量。                                                

 为了考察该方法的重现性，配制低、中、高三种浓度的样品，以一天内配制的4个样品进行测定，计算不同浓度下的日内相对标准偏差；以连续3天配制的样品进行测定，计算不同浓度下的日间相对标准偏差。结果如表2所示，苯并[a]芘在不同浓度下的日内及日间精密度分别小于4.5%和5.7%，说明该方法具有较好的重现性。

采用上述方法和国标方法对四种牌号卷烟的主流烟气苯并[a]芘释放量进行了测定。结果如表3所示：本发明方法和国标方法检测结果不存在显著差异。

在上述四种牌号的卷烟主流烟气萃取液中添加苯并[a]芘标准溶液，添加浓度分别为1.0、5.0和25.0 ng/支，之后进行在线凝胶色谱-气相色谱-串联质谱分析，将所得的峰面积之比代入苯并[a]芘的标准工作曲线计算所测得的浓度，并与实际添加量相比得到相对回收率。如表4所示，不同浓度下苯并[a]芘的相对回收率介于86.4-104.5%之间，表明方法的准确性良好，可以满足日常卷烟主流烟气中苯并[a]芘分析的要求。

Claims (4)

1.一种卷烟主流烟气中苯并[a]芘的测定方法，其特征在于：

第一步，标准系列溶液的配制：以环己烷为溶剂、苯并[a]芘标准品为溶质、氘代苯并[a]芘为内标，配制不同浓度的含内标的标准系列溶液；

第二步，样品溶液的制备：卷烟按照GB/T 19609-2004，ISO 4387︰2000规定的条件抽吸完后，将捕集有主流烟气总粒相物的滤片置于容器中，加入环己烷和内标氘代苯并[a]芘，内标浓度和标准系列溶液中内标浓度相同，进行超声萃取，再对萃取液进行过滤即得样品溶液；

第三步，标准系列溶液和样品溶液在相同条件下进行在线凝胶色谱-气相色谱-串联质谱分析，整个分析系统由凝胶渗透色谱仪和气相色谱-串联质谱仪两部分组成；

第四步，苯并[a]芘的定量：由苯并[a]芘峰面积和内标峰面积之比进行定量。

2.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于：凝胶渗透色谱仪的条件为：色谱柱为Shodex CLNpak EV-200，16 μm，2 mm × 150 mm；流动相为环己烷/丙酮，v/v=7/3；流速为0.1 mL/min；柱温为40℃；进样量为20 μL；收集凝胶色谱保留时间为5.5-7.5 min的组分，并将其全部在线导入气相色谱-串联质谱仪分析；气相色谱-串联质谱仪的条件为：惰性前置柱为5 m × 0.53 mm的空柱；预柱为DB-35 ms，5 m × 0.25 mm × 0.25 μm；分离柱为DB-35 ms，25 m × 0.25 mm × 0.25 μm；色谱柱升温程序为：初始温度82℃，保持5 min，再以8 ℃/min升至300℃并保持7.75 min，运行时间为40 min；采用不分流进样方式，进样时间为7.0 min；以高纯He为载气，载气压力程序为：由120 kPa开始，以100 kPa/min升至180 kPa并保持4.4 min，再以49.8 kPa/min恢复至原始压力，并保持33.8 min；程序升温进样口，进样口升温程序为：120℃保持5 min，再以100 ℃/min升至250℃并保持33.7 min；接口温度和离子源温度分别为300℃和200℃；质谱电离源为EI源；电离电压为70 ev；溶剂延迟时间为29 min，苯并[a]芘和内标的保留时间分别为37.8 min和37.7 min；多反应监测模式，碰撞气为Ar，压力为200 kPa；苯并[a]芘的多反应监测参数为：定量离子对为252 > 250，碰撞能量为35 ev，辅助定性离子对为252 > 226，碰撞能量为35 ev；内标的多反应监测参数为：定量离子对为264 > 260，碰撞能量为35 ev，辅助定性离子对为264 > 236，碰撞能量为35 ev。

3.如权利要求1或2所述的测定方法，其特征在于：配制的标准系列溶液浓度为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0和15.0 ng/mL，且标准系列溶液中内标浓度为8.125 ng/mL。

4.如权利要求1或2所述的测定方法，其特征在于第四步的具体操作过程为：以标准系列溶液中苯并[a]芘峰面积和内标峰面积之比为纵坐标，苯并[a]芘标准系列溶液的浓度为横坐标，绘制工作曲线；根据样品溶液中苯并[a]芘峰面积和内标峰面积之比，依据工作曲线，得到样品中苯并[a]芘的含量。