CN104597163A - 一种采用气相色谱-质谱联用法测定卷烟主流烟气中呋喃的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用气相色谱-质谱联用法测定卷烟主流烟气中呋喃的方法，它是在卷烟抽吸过程中用滤片捕集主流烟气中的固相物，以N,N-二甲基甲酰胺为吸收液，用两个串联的吸收瓶捕集主流烟气气相物；抽吸完成后，分别从两个吸收瓶中准确移取相同量的吸收液至容量瓶后，用N,N-二甲基甲酰胺定容后进行GC/MS分析，测定结果应进行空白扣除。本发明用溶剂吸收主流烟气中的呋喃，采用GC/MS进行测定分析，方法准确度高，重复性好，具有操作简便、快速、可操作性强和重现性好的优点，尤其适合卷烟主流烟气中呋喃含量的快速测定。

Description

一种采用气相色谱-质谱联用法测定卷烟主流烟气中呋喃的方法

技术领域

本发明涉及理化分析检验领域，具体涉及卷烟烟气中呋喃的测定方法。

背景技术

呋喃（Furan）是一种具有高度挥发性和亲脂性的环状烯醚，沸点31℃，具有麻醉和弱刺激作用，吸入后可引起头晕、恶心、血压下降、呼吸衰竭等症状，进而对肝、肾造成损害，被国际癌症研究机构（IRAC）评估为人体2B类致癌物。2004年，美国食品药品监督管理局（FDA）研究结果显示食品经过加热处理会产生呋喃，随后，欧盟食品安全局（EFSA）在受检食品中也发现了呋喃。至此，食品中呋喃的研究引起国际社会的广泛关注。

国外对热加工食品中呋喃形成机理的研究结果表明，在食品加热过程中，糖和氨基酸的热降解、美拉德反应、不饱和脂肪酸的热氧化以及类胡萝卜素的氧化等是呋喃产生的主要途径。而糖类、氨基酸和类胡萝卜素等是烟草中重要的化学成分，在卷烟燃吸过程中，这些化合物经热降解、热氧化或参与非酶棕色化反应等均可能产生呋喃。因此，准确测定卷烟主流烟气中呋喃的含量，对卷烟安全性评价和减害降焦具有重要的现实意义。

目前，国内外对呋喃的定量检测研究主要针对固体和液体类热加工食品基质，采样方法集中于顶空法和固相微萃取法，其中顶空法具有快速经济，样品处理简单的特点，但存在着对复杂基体有较大干扰的问题；固相微萃取法与顶空法的区别在于进样方式的不同，在样品重复性测定上存在不足。以上两种方法均不适宜于直接用于卷烟烟气中呋喃的测定。

发明内容

本发明探索了用N,N-二甲基甲酰胺吸收、GC/MS测定主流烟气中呋喃的方法，旨在为卷烟危害性评价提供检测方法和参考依据。

为实现本发明目的，这种测定卷烟主流烟气中呋喃含量的方法包括以下步骤：

a. 主流烟气中呋喃的捕集：用吸烟机定量抽吸卷烟，在卷烟抽吸过程中，用玻璃纤维滤片捕集主流烟气中固相物，同时以N,N-二甲基甲酰胺为吸收液，用两个串联的吸收瓶捕集主流烟气中的气相物；

b. 空白实验：取相同卷烟，每支进行与a步骤对应量进行空吸，得到不点燃状态下的空白样品，处理后测定结果予于扣除，以抵消抽吸通道及环境可存在的本底污染；

c. 烟气样品的处理：抽吸完成后，分别从两个吸收瓶中准确移取相同量的吸收液至容量瓶后，用N,N-二甲基甲酰胺定容并震荡摇匀后进行色谱分析；

d. 标准工作液配制：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂配制呋喃浓度为1.0 mg/mL的标准储备液后，用N,N-二甲基甲酰胺稀释成呋喃浓度分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.5μg/mL的标准工作溶液；

e. 仪器测定条件：

（1）GC/MS分析条件为：

色谱柱：HP- PLOTQ毛细管色谱柱（30m×0.32mm×20μm）；载气：氦气，纯度≥99.999%；流速：1.3mL/min；进样口温度：250℃；进样模式：不分流；进样量：1μL；柱箱升温程序：初始温度55℃，保持1min，以10℃/min升至185℃，再以25℃/min升至260℃，保持8min；传输线温度：250℃；电离方式：EI源；电离能量：70ev；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；采集类型：选择离子监测（SIM）模式；采集离子：（m/z）68。

（2）定性及定量

采用全扫描（Scan）模式、保留时间比对及标准样品加入法定性，外标法定量，选择（m/z）68作为呋喃的定量离子。

本发明取得的技术进步：

1、采用N,N-二甲基甲酰胺为吸收液，经实验无本底干扰，且溶剂峰在呋喃色谱响应之后，因而更有利于呋喃的准确测定。

2、本发明采用两个串联的盛有20mLN,N-二甲基甲酰胺吸收液的吸收瓶即可实现对主流烟气中呋喃的有效捕集。

3、本发明检测的浓度范围为0.05～2μg/mL，回归方程y =2608329.94x+1768.95，相关系数R2=0.9999；检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.02μg/cig和0.06μg/cig。

4、样品在四个加标水平的平均回收率在93.3％～98.1％之间，平行测定结果之间的相对标准偏差（RSD）小于4%。由于呋喃易挥发，经实验，样品溶液应在处理后5h内测定完毕。

5、本发明采用GC/MS联用技术对卷烟主流烟气中的呋喃进行测定分析，方法准确度高，重复性好，具有操作简便、快速、可操作性强和重现性好的优点，尤其适合卷烟主流烟气中呋喃含量的快速测定。

附图说明

图1为标准样品离子流图。

图2为卷烟主流烟气样品离子流图。

图3为N,N-二甲基甲酰胺用量对测定结果影响示意图。

图4为12h内待测液测定结果变化示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

（1）主要仪器：英国CERULEAN公司生产的SM450型20孔道直线式吸烟机；美国Agilent公司生产的7890B/5977A 型气相色谱-质谱联用仪；瑞士Mettler公司生产的0.0001g感量的AB204-S型电子天平；美国Thermo Fisher公司生产的MaxQ 8000型叠放式低温落地摇床；德国Borgwaldt公司生产的Φ44 mm剑桥滤片；70mL气体吸收瓶。

（2）主要试剂与材料：99.7％质量浓度的呋喃（Sigma公司，-18℃保存）；色谱纯的甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺。

（3）吸收液与所用试剂：吸收液为N,N-二甲基甲酰胺。

购自本地市场的2014年度市售卷烟样品，其中烤烟型8种，混合型2种。

本发明卷烟主流烟气中呋喃含量的分析仪测定方法步骤如下：

a. 标准工作液配制：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂配制呋喃浓度为1.0 mg/mL的标准储备液，该储备液于4℃条件下储存。使用前分别准确移取一定量的储备液，用N,N-二甲基甲酰胺配制成呋喃浓度分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.5μg/mL的标准工作溶液。将各标准工作溶液分别进行GC/MS分析，以目标化合物定量离子的色谱峰面积为纵坐标、对应的含量为横坐标绘制标准工作曲线，得回归方程y =2608329.94x+1768.95，相关系数R²=0.9999。以3倍和10倍信噪比（S/N）计算得到方法的检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.02μg/cig和0.06μg/cig。

b. 主流烟气中呋喃的捕集、处理和分析：按照GB/T19609-2004规定的方法，用吸烟机抽吸卷烟，每轮抽吸4支，抽吸后空吸5口，抽吸过程中用剑桥滤片捕集主流烟气中的粒相物，用两个串联的吸收瓶捕集主流烟气中的气相物，每个吸收瓶装有20mLN,N-二甲基甲酰胺吸收液。捕集器与吸收瓶之间以及两吸收瓶之间的管路连接尽量短，以最大限度减小管线对目标化合物的吸附及死体积。同时做空白实验，即取相同卷烟，每支进行与上述步骤对应量进行空吸，得到不点燃状态下的空白样品，处理后测定结果予于扣除，以抵消抽吸通道及环境可存在的本底污染。抽吸完成后，分别从两个吸收瓶中准确移取5mL吸收液至25mL容量瓶，用N,N-二甲基甲酰胺定容并震荡摇匀。取适量液体尽量加至色谱瓶口位置，立即上机分析，测定结果应进行空白扣除。

c. 仪器分析条件：色谱柱：HP- PLOT Q毛细管色谱柱（30m×0.32mm×20μm）；载气：氦气，纯度≥99.999%；流速：1.3mL/min；进样口温度：250℃；进样模式：不分流；进样量：1μL；柱箱升温程序：初始温度55℃，保持1min，以10℃/min升至185℃后，再以25℃/min升至260℃，然后保持8min；传输线温度：250℃；电离方式：EI源；电离能量：70ev；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；采集类型：选择离子监测（SIM）模式；采集离子：（m/z）68。

d. 定性及定量：采用全扫描（Scan）模式、保留时间比对及标准样品加入法定性，外标法定量，选择（m/z）68作为呋喃的定量离子。

本发明卷烟主流烟气中呋喃含量测定条件分析

a. 吸收液的选择

呋喃不溶于水，易溶于有机溶剂。因此考察了甲醇、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺四种常用溶剂对呋喃测定的影响。试验发现，甲醇本底干扰虽小，但抽吸过程损失较多，且较强的挥发性导致抽吸管路死体积的增加；乙醇、异丙醇沸点相对较高，但不能实现与呋喃色谱峰的完全分离，影响呋喃定量测定； N,N-二甲基甲酰胺沸点高，无本底干扰，且溶剂峰在呋喃色谱响应之后。故采用N,N-二甲基甲酰胺作吸收液。

b. 色谱柱的选择

考察了呋喃在DB-WAX、HP-5和HP-PLOT Q色谱柱上的分离效果，呋喃在DB-WAX和HP-5柱上的保留时间较短，定性定量时易受卷烟烟气样品中其它强挥发性组分的干扰，而HP-PLOT Q为气体分析柱，对小分子组分有较强的保留，更适合呋喃及其它小分子组分的分离，因此选择HP-PLOT Q作为分析柱。如图1、图2所示分别为标准样品和主流烟气样品的离子流图。

c. 捕集效率

样品穿透率是表征吸收液对烟气成分捕集效率高低的重要指标，通常认为最后一个吸收装置中捕集目标组分的含量低于总量的5％即达到较好的吸收效果。因此试验用剑桥滤片捕集主流烟气粒相物中的呋喃，用3个串联的吸收瓶（分别装有20mL吸收液）捕集气相物中的呋喃，考察吸收装置各部分的捕集效率，抽吸结束后滤片用20 mL吸收液低温（4℃）振荡萃取20min，再分别测定各级吸收液和滤片中呋喃的含量。结果如表1表明，一级吸收瓶中呋喃含量可达95%，二级吸收瓶中低于5%，而三级吸收瓶和滤片中呋喃的检出总量不足0.5%。因此，采用两个串联的吸收瓶即可实现对主流烟气中呋喃的有效捕集。

表1 各吸收装置中呋喃的捕集效率

d. 吸收液体积的选择

为考察吸收液体积对呋喃捕集效率的影响，试验在两个吸收瓶中分别准确加入15、20、25、30mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液，其它条件不变，同时对两个卷烟样品进行处理和分析。结果如图3，其中“”为样品a曲线图，“”为样品b曲线图,图3表明，随着吸收液体积的增加，烟气中呋喃的测定结果并无明显变化，为保证捕集完全，最终选择N,N-二甲基甲酰胺用量为20mL。

e. 线性范围、检出限与定量限

以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂配制呋喃浓度为1.0 mg/mL的标准储备液，该储备液于4℃条件下储存。使用前分别准确移取一定量的储备液，用N,N-二甲基甲酰胺配制成呋喃浓度分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.5μg/mL的标准工作溶液。将各标准工作溶液分别进行GC/MS分析，以目标化合物定量离子的色谱峰面积为纵坐标、对应的含量为横坐标绘制标准工作曲线，得回归方程y =2608329.94x+1768.95，相关系数R²=0.9999。以3倍和10倍信噪比（S/N）计算得到方法的检测限（LOD）和定量限（LOQ）分别为0.02μg/cig和0.06μg/cig。试验表明，呋喃在0.05～2.5μg/mL的浓度范围内，色谱峰面积与其对应浓度呈良好的线性关系。

f. 方法的回收率、精密度和稳定性

选择某已知呋喃含量的卷烟样品，在第一个串联吸收瓶中分别加入四个不同浓度水平的呋喃标准溶液，按上述实施例所述方法进行抽吸处理和分析，根据测定值、原含量和加标量计算回收率。结果如表2表明，样品在四个加标水平的平均回收率在93.3％～98.1％之间，平行测定结果之间的相对标准偏差（RSD）小于4%，说明方法准确度高，重复性好。对不同呋喃含量的样品溶液连续测定12h，考察样品溶液中呋喃的稳定性，结果如图4，其中“”为样品c曲线图，“”为样品d曲线图，图4表明，随着样品溶液放置时间的延长，呋喃含量呈下降趋势，放置5h时测定结果降低5.12%，待放置12h下降率超过15 %，因此样品溶液应在处理后5h内测定完毕。

表2 方法的精密度和回收率（n=6）

g. 实际样品测定

应用上述方法对10个市售卷烟样品的主流烟气进行了检测，结果如表3表明，所选卷烟样品主流烟气中均有呋喃检出，检出量在7.57～21.15μg/cig之间。

表3 卷烟主流烟气样品测定结果

样品名称	类型	焦油量	呋喃含量（μg/cig）
				A	混合型	5	8.12
B	混合型	8	11.49
				C	烤烟型	6	7.57
D	烤烟型	8	18.30
				E	烤烟型	10	17.27
F	烤烟型	10	17.69
				G	烤烟型	10	18.16
H	烤烟型	11	21.15
				I	烤烟型	11	19.98
J	烤烟型	11	19.54

Claims (1)

1.一种采用气相色谱-质谱联用法测定卷烟主流烟气中呋喃的方法，其特征在于包括以下步骤：

a. 主流烟气中呋喃的捕集：用吸烟机定量抽吸卷烟，在卷烟抽吸过程中，用玻璃纤维滤片捕集主流烟气中固相物，同时以N,N-二甲基甲酰胺为吸收液，用两个串联的吸收瓶捕集主流烟气中的气相物；

b. 空白实验：取相同卷烟，每支进行与a步骤对应量进行空吸，得到不点燃状态下的空白样品，处理后测定结果予于扣除，以抵消抽吸通道及环境可存在的本底污染；

c. 烟气样品的处理：抽吸完成后，分别从两个吸收瓶中准确移取相同量的吸收液至容量瓶后，用N,N-二甲基甲酰胺定容并震荡摇匀后进行色谱分析；

d. 标准工作液配制：以N,N-二甲基甲酰胺为溶剂配制呋喃浓度为1.0 mg/mL的标准储备液后，用N,N-二甲基甲酰胺稀释成呋喃浓度分别为0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.5μg/mL的标准工作溶液；

e. 仪器测定条件：

GC/MS分析条件为：

色谱柱：HP- PLOTQ毛细管色谱柱（30m×0.32mm×20μm）；载气：氦气，纯度≥99.999%；流速：1.3mL/min；进样口温度：250℃；进样模式：不分流；进样量：1μL；柱箱升温程序：初始温度55℃，保持1min，以10℃/min升至185℃，再以25℃/min升至260℃，保持8min；传输线温度：250℃；电离方式：EI源；电离能量：70ev；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；采集类型：选择离子监测（SIM）模式；采集离子：（m/z）68；

f. 定性及定量

采用全扫描（Scan）模式、保留时间比对及标准样品加入法定性，外标法定量，选择（m/z）68作为呋喃的定量离子。