CN104655778B

CN104655778B - 一种用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法

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Publication number: CN104655778B
Application number: CN201510084273.3A
Authority: CN
Inventors: 韩书磊; 陈欢; 刘彤; 付亚宁; 任春雷; 侯宏卫; 胡清源
Original assignee: National Tobacco Quality Supervision and Inspection Center
Current assignee: National Tobacco Quality Supervision and Inspection Center
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2035-02-16
Also published as: CN104655778A

Abstract

一种用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：利用振荡萃取的方法，以甲醇为溶剂，提取烟液中的挥发及半挥发性有机物，利用一安装有转换连接装置的吸烟机对电子烟进行抽吸，采用剑桥滤片及冷肼捕集气溶胶中的挥发及半挥发性有机物，使用振荡萃取的方法提取滤片上的挥发及半挥发性有机物，利用气相色谱仪配质谱检测器进行分析，内标法定量。本发明的优点在于：此分析方法中样品前处理方法效率高，简单有效，易于操作，18种挥发及半挥发性有机物在线性范围内线性关系良好，且加标回收率好（95.1%~117.5%），相对标准偏差低于6.30%。特别适用于电子烟中挥发及半挥发有机物测定。

Description

一种用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法

技术领域

本发明涉及电子烟产品理化检验技术领域，具体涉及一种用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法。

背景技术

电子烟（electricalcigarette，e-cigarette）又名电子尼古丁传送系统（electronicnicotinedeliverysystems，ENDS），是一种外表类似于卷烟的新型烟碱摄入方式。多年来，电子烟以“保健”，“戒烟”，“清肺”等为宣传口号，以网络为主要营销途径，在中国地区销量大增。但是，针对电子烟烟液及气溶胶中有害成分测定等方面的研究还很少。

电子烟烟液会通过溶剂、烟草提取物、添加剂等带入一些挥发及半挥发性有机物，它们是潜在的电子烟气溶胶中的有害成分之一，电子烟烟液及气溶胶中的挥发及半挥发性有机物会影响电子烟的安全性，并可能对人体健康造成不利影响。目前，测定传统卷烟烟气中挥发及半挥发性有机物的方法主要是气相色谱-质谱联用法（韩冰等.中国烟草学报,2011,17(4):1-7.），但是，相对于传统卷烟，电子烟在重量、滤嘴、烟液及气溶胶成分等方面差异很大，所以，有必要建立测定电子烟烟液及气溶胶中挥发及半挥发性有机物的测定方法。但是，目前对电子烟气溶胶中挥发及半挥发性有机物的研究还很少（Goniewicz,ML,etal.Tobaccocontrol,2013,0:1-7.），而烟液中挥发及半挥发性有机物的测定尚未见报道。

发明内容

本发明的目的旨在克服以上技术缺陷，一种用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的气相色谱-质谱（GC-MS）方法。该方法具有前处理效率高，简单有效，易于操作，重复性好，灵敏度高及回收率好的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

1）标准工作溶液的制备：分别制备具有6级浓度梯度且含有内标的挥发及半挥发性有机物标准工作溶液，浓度范围约为：0.50~20.0μg/mL。

2）样品前处理，对电子烟烟液、电子烟抽吸气溶胶分别进行萃取：

a、利用振荡萃取的方法，以含有内标的甲醇为溶剂，提取烟液中的挥发及半挥发有机物，制得烟液待测样品溶液；

b、利用一安装有转换连接装置的吸烟机对电子烟进行抽吸，并用剑桥滤片及含有捕集液（含有内标的甲醇溶液）的冷肼（异丙醇-干冰）捕集电子烟气溶胶中的挥发及半挥发有机物，使用冷肼（异丙醇-干冰）捕集液提取剑桥滤片中的挥发半挥发性有机物，制得气溶胶待测样品溶液；

所述转换连接装置包括一个电子烟烟嘴插接密封机构和一个烟杆支撑机构，所述烟嘴插接密封机构由一个管径不同的两段式转接管和一个胶套构成，其中两段式转接管的一端管外径为8mm、与吸烟机卷烟夹持器相插接，另一端管外径为8±n（n=1-10）mm、与胶套插接，胶套的另一端为电子烟烟嘴插接端；所述烟杆支撑机构由一个适于套装在卷烟夹持器上的套环和固接在套环外环壁上的悬臂式支撑架，且在支撑架设置有可沿支撑架横杆平移的烟杆支撑托，烟杆支撑托高度可调。

3）样品检测及含量测定：利用气相色谱仪配质谱检测器分别对所制得的两种待测样品溶液和标准工作溶液进行分析，得到相关色谱图，将各种挥发及半挥发性有机物与内标的峰面积比分别带入相应标准曲线的回归方程中，即得到相应样品溶液中各挥发及半挥发性有机物的含量，再经过数据换算，即得到电子烟烟液及气溶胶中各挥发及半挥发性有机物的含量。

所述18种挥发及半挥发性有机物，包括异戊二烯，丙烯腈，2-甲基呋喃，2-丁酮，乙酸乙酯，氯仿，四氢呋喃，苯，2,5-二甲基呋喃，甲苯，乙苯，邻二甲苯，间（对）二甲苯，苯乙烯，D-柠檬烯，苯甲醛及环戊二烯。

所述内标为苯-d6。

本发明的测定方法还具体包括以下内容：

1、标准工作溶液的制备

准确称取500mg待测化合物标准品于100mL棕色容量瓶中，以甲醇溶解定容，制得混合标准储备溶液，再分别准确量取0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，2.0mL混合标准储备溶液于10mL棕色容量瓶中，再加入0.1mL内标储备液（0.4mg/mL苯-d6于甲醇中），以甲醇定容，即得6级浓度梯度的挥发及半挥发性标准工作溶液。

2、样品前处理Ⅰ-烟液

准确量取约0.5~1.5g电子烟烟液于25mL锥形瓶中，加入内标（0.4mg/mL苯-d6于甲醇）和5~7mL的甲醇后，具塞振荡萃取10min，转移至10mL容量瓶中，以甲醇洗涤及定容。萃取液经无水硫酸镁干燥剂除水后，过0.22μm有机相滤膜进行GC-MS分析。

3、样品前处理Ⅱ-气溶胶

1）夹持器选择

和传统卷烟相比，首先，电子烟重量相对较大，如传统卷烟重量一般不超过1g，而电子烟重量一般不低于10g，可充液的第二代电子烟产品重量甚至达到50g以上；其次，电子烟烟嘴型状各异，既有传统的圆柱型，也有鸭嘴型等异型结构，且粗细各不相同，利用传统卷烟夹持器不能满足要求。所以，应采用上述的适于与吸烟机连接的转换连接装置才能解决现有方法的不足，利用该转换连接装置可实现传统吸烟机与电子烟的完好对接，保证了电子烟抽吸时的气密性及夹持稳定性，进而实现电子烟气溶胶的无泄漏捕集。

该转换连接装置已同日申请了实用新型专利。

2）气溶胶捕集及处理

采用ISO，CanadaHealthIntense等抽吸模式对电子烟进行抽吸，采用剑桥滤片及加有10~15mL捕集液（含有内标的甲醇溶液）的2级串联冷肼（异丙醇-干冰）吸收瓶捕集气溶胶中的挥发及半挥发性有机物。然后将滤片取出，加入到100mL锥形瓶中，再加入2级串联冷肼（异丙醇-干冰）吸收瓶中的捕集液，具塞振荡萃取30min，再加入约1~2g无水硫酸镁做干燥剂除水，过0.22μm有机相滤膜后GC-MS分析。

4、气相色谱-质谱条件

色谱柱：InertCapforAQUATIC-2弹性毛细管色谱柱（60m×0.25mmid×1.40μmdf）；进样口温度：250℃；传输线温度：250℃；离子源温度：250℃；载气：氦气（纯度≥99.999%)，恒流流速：1.0mL/min；进样量：1μL，分流比：10:1；溶剂延迟：5min；升温程序：初始温度40℃，保持4min，以6℃/min的速率至180℃，保持1min，再以25℃/min的速度升至250℃，保持5分钟；选择离子模式（SIM）扫描，不同挥发及半挥发性有机物的保留时间及所采用的选择离子如表1所示。

表1.不同挥发及半挥发性有机物的保留时间及所采用的选择离子

序号	名称	保留时间	定量离子（m/z）	定性离子（m/z）
					1	异戊二烯	8.490	67	53, 68
2	丙烯腈	11.165	53	52, 51, 50
					3	2-甲基呋喃	12.563	82	81
4	2-丁酮	13.158	72	57
					5	乙酸乙酯	13.358	43	45, 61, 70
6	氯仿	13.753	83	85, 47, 48
					7	四氢呋喃	14.200	71	72
8	苯	15.366	78	77, 50, 51
					9	2,5-二甲基呋喃	16.623	96	53, 95
10	甲苯	19.450	91	92, 65, 63
					11	乙苯	22.909	91	106, 51, 65
12	间（对）二甲苯	23.110	91	106, 105, 51
					13	邻二甲苯	24.210	91	106, 105, 77
14	苯乙烯	24.350	104	78, 103, 51
					15	D-柠檬烯	27.754	68	93, 79
16	苯甲醛	27.953	106	105
					17	环戊二烯	28.670	66	65, 67, 132
18	苯-d6（内标）	15.25	84	52, 56, 54

5、方法验证

该方法工作曲线、检出限、平均加标回收率及平均相对标准偏差（RSD）如表2所示。在加标回收率测定时，分别按照低（约1μg/mL）、中（约2μg/mL）和高（约4μg/mL）3种水平加入18种化合物，每个添加水平重复测定7次。由表2可知，18种挥发及半挥发性有机物在线性范围内线性关系良好（R²>0.994），且加标回收率好（95.1%~117.5%），相对标准偏差（RSD）低（低于6.30%），适合电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的测定。

表2.工作曲线、检出限、平均加标回收率及平均相对标准偏差（RSD）

序号	名称	线性范围（μg/mL）	相关系数（R²）	检出限（LOD, μg/mL）	平均加标回收率（%）	平均RSD（%）
							1	异戊二烯	0.45~18.12	0.998	0.085	102.0	2.47
2	丙烯腈	0.48~19.20	0.998	0.090	116.2	3.12
							3	2-甲基呋喃	0.48~19.12	0.999	0.11	101.4	2.93
4	2-丁酮	0.46~19.34	0.999	0.36	116.1	2.57
							5	乙酸乙酯	0.48~19.00	0.996	0.071	100.5	5.99
6	氯仿	0.47~18.58	0.998	0.070	95.1	3.09
							7	四氢呋喃	0.46~18.40	0.998	0.20	117.5	2.603 -->
8	苯	0.53~21.36	0.995	0.032	102.6	4.62
							9	2,5-二甲基呋喃	0.46~18.48	0.999	0.023	102.3	3.29
10	甲苯	0.47~18.64	0.999	0.023	97.6	4.78
							11	乙苯	0.46~18.40	0.999	0.023	97.7	5.14
12	邻二甲苯	0.54~21.8	0.998	0.027	101.6	4.06
							13	间（对）二甲苯	1.07~42.96	0.999	0.032	96.4	4.60
14	苯乙烯	0.58~23.00	0.998	0.043	109.7	2.82
							15	D-柠檬烯	0.43~17.2	0.998	0.064	111.8	4.19
16	苯甲醛	0.50~19.92	0.994	0.030	115.2	5.88
							17	环戊二烯	0.43~17.12	0.998	0.032	104.4	6.26

附图说明

图1为方法流程图

图2为标准曲线色谱图,

图2中：1：异戊二烯；2：丙烯腈；3：2-甲基呋喃；4：2-丁酮；5：乙酸乙酯；6：氯仿；7：四氢呋喃；8：苯；9：2,5-二甲基呋喃；10：甲苯；11：乙苯；12：间（对）二甲苯；13：邻二甲苯；14：苯乙烯；15：D-柠檬烯；16：苯甲醛；17：环戊二烯；18：苯-d6（内标）。

图3为适用于吸烟机上抽吸电子烟的转换连接装置的示意图，

图中：1.吸烟机；2.卷烟夹持器；3.套环；4.两段式转接管；5.胶套；6.电子烟；7.烟杆支撑托，8.悬臂式支撑架

具体实施方式

本发明通过以下具体实施例作进一步描述，但不限制本发明。

1.仪器、试剂及仪器工作条件

1）仪器

SCIONSQ气相色谱-质谱联用仪(美国BrukerDaltonic公司)；AE163电子天平（感量：0.0001g，瑞士Mettler公司）；直线型吸烟机（英国Cerulin公司）；HY-8调速振荡器（常州国华电器有限公司）。

2）试剂

异戊二烯，丙烯腈，2-甲基呋喃，2-丁酮，乙酸乙酯，氯仿，四氢呋喃，苯，2,5-二甲基呋喃，甲苯，乙苯，邻二甲苯，间（对）二甲苯，苯乙烯，D-柠檬烯，苯甲醛，环戊二烯，皆为标准品，Dr.EhrenstorferGmbH公司；甲醇（色谱纯，美国TEDIA公司）。

3）仪器工作条件

色谱柱：InertCapforAQUATIC-2弹性毛细管色谱柱（60m×0.25mmid×1.40μmdf）；进样口温度：250℃；传输线温度：250℃；离子源温度：250℃；载气：氦气（纯度≥99.999%)，恒流流速：1.0mL/min；进样量：1μL，分流比：10:1；溶剂延迟：5min；升温程序：初始温度40℃，保持4min，以6℃/min的速率至180℃，保持1min，再以25℃/min的速度升至250℃，保持5分钟；选择离子模式（SIM）扫描，不同挥发及半挥发性有机物的保留时间及所采用的选择离子：

序号	名称	保留时间	定量离子（m/z）	定性离子（m/z）4 -->
					1	异戊二烯	8.490	67	53, 68
2	丙烯腈	11.165	53	52, 51, 50
					3	2-甲基呋喃	12.563	82	81
4	2-丁酮	13.158	72	57
					5	乙酸乙酯	13.358	43	45, 61, 70
6	氯仿	13.753	83	85, 47, 48
					7	四氢呋喃	14.200	71	72
8	苯	15.366	78	77, 50, 51
					9	2,5-二甲基呋喃	16.623	96	53, 95
10	甲苯	19.450	91	92, 65, 63
					11	乙苯	22.909	91	106, 51, 65
12	间（对）二甲苯	23.110	91	106, 105, 51
					13	邻二甲苯	24.210	91	106, 105, 77
14	苯乙烯	24.350	104	78, 103, 51
					15	D-柠檬烯	27.754	68	93, 79
16	苯甲醛	27.953	106	105
					17	环戊二烯	28.670	66	65, 67, 132
18	苯-d6（内标）	15.250	84	52, 56, 54

2、标准工作溶液的制备

准确称取约500mg待测化合物标准品于100mL棕色容量瓶中，以甲醇溶解定容，制得混合标准储备溶液，再分别准确量取0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，2.0mL混合标准储备溶液于10mL棕色容量瓶中，再加入0.1mL内标储备液（0.4mg/mL苯-d6于甲醇中），以甲醇定容，即得6级浓度梯度的挥发及半挥发性标准工作溶液。

3、样品前处理Ⅰ-烟液

准确量取约0.5~1.5g电子烟烟液于25mL锥形瓶中，加入内标和5~7mL的甲醇后，具塞振荡萃取10min，转移至10mL容量瓶中，以甲醇洗涤及定容。萃取液经无水硫酸镁干燥剂除水后，过0.22μm有机相滤膜进行GC-MS分析。

4、样品前处理Ⅱ-气溶胶

采用ISO，CanadaHealthIntense等抽吸模式对电子烟进行抽吸，采用剑桥滤片及加有10~15mL萃取液（含有内标的甲醇溶液）的2级串联冷肼（异丙醇-干冰）吸收瓶捕集气溶胶中的挥发及半挥发性有机物。然后将滤片取出，加入到100mL锥形瓶中，再加入2级串联冷肼（异丙醇-干冰）吸收瓶中的捕集液，具塞振荡萃取30min后，再加入约1g无水硫酸镁做干燥剂除水，过0.22μm有机相滤膜后进行GC-MS分析。

5、数据处理

1）按照仪器测试条件测定样品，每个样品重复测定2次。每进行20次样品测定后，应加入一个中等浓度的工作标准溶液，如果测到的值与原值相差超过5%，则应重新进行整个标准曲线的制作。

2）电子烟烟液中目标物含量以如下公式所示：

式中：

X_i——电子烟烟液中目标化合物含量，单位为微克每克（μg/g）；

C_i——萃取液中目标化合物浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）；

C₀——空白实验萃取液中目标化合物浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）；

V——萃取液定容体积，单位为毫升（mL）；

m——待测烟液质量，单位为克（g）；

以2次平行测定的平均值为最终测定结果，精确至0.001μg/g。

3）气溶胶中目标物含量以如下公式所示：

X_i=(C_i－C₀)×V

式中：

X_i——电子烟气溶胶中目标化合物质量，单位为微克（μg）；

V——萃取液体积，单位为毫升（mL）；

以2次平行测定的平均值为最终测定结果，精确至0.001μg。

实施例1

根据上述方法，选择一种电子烟产品A，在CanadaHealthIntense抽吸模式下抽吸250口，测得其烟液及气溶胶中待测化合物含量：

序号	名称	烟液（μg/g）	气溶胶（μg）
				1	异戊二烯	未检出	未检出
2	丙烯腈	未检出	未检出
				3	2-甲基呋喃	未检出	未检出
4	2-丁酮	4.120	0.890
				5	乙酸乙酯	未检出	未检出
6	氯仿	未检出	未检出
				7	四氢呋喃	未检出	未检出
8	苯	3.303	0.750
				9	2,5-二甲基呋喃	未检出	未检出
10	甲苯	2.99	0.860
				11	乙苯	2.575	1.080
12	间（对）二甲苯	6.54	1.020
				13	邻二甲苯	3.366	0.570
14	苯乙烯	2.622	0.450
				15	D-柠檬烯	7.459	1.280
16	苯甲醛	1.530	0.300
				17	环戊二烯	未检出	未检出

实施例2

根据上述方法，选择一种电子烟产品B，在CanadaHealthIntense抽吸模式下抽吸250口，测得其烟液及气溶胶中待测化合物含量：

序号	名称	烟液（μg/g）	气溶胶（μg）
				1	异戊二烯	未检出	未检出
2	丙烯腈	未检出	未检出
				3	2-甲基呋喃	未检出	未检出
4	2-丁酮	2.640	0.820
				5	乙酸乙酯	未检出	未检出
6	氯仿	未检出	未检出
				7	四氢呋喃	未检出	未检出
8	苯	0.161	0.089
				9	2,5-二甲基呋喃	未检出	未检出
10	甲苯	0.102	0.024
				11	乙苯	未检出	未检出
12	间（对）二甲苯	0.662	0.312
				13	邻二甲苯	0.417	0.138
14	苯乙烯	未检出	未检出
				15	D-柠檬烯	未检出	未检出
16	苯甲醛	未检出	未检出
				17	环戊二烯	未检出	未检出

Claims

1.一种用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法，所述18种挥发及半挥发性有机物包括：异戊二烯，丙烯腈，2-甲基呋喃，2-丁酮，乙酸乙酯，氯仿，四氢呋喃，苯，2,5-二甲基呋喃，甲苯，乙苯，邻二甲苯，间二甲苯，对二甲苯，苯乙烯，D-柠檬烯，苯甲醛及环戊二烯，该方法包括以下步骤：

1）标准工作溶液的制备：分别制备具有6级浓度梯度且含有内标的挥发及半挥发性有机物标准工作溶液，浓度范围为：0.50~20.0μg/mL；

b、利用一安装有转换连接装置的吸烟机对电子烟进行抽吸，并用剑桥滤片及含有捕集液的异丙醇-干冰冷肼捕集电子烟气溶胶中的挥发及半挥发有机物，使用异丙醇-干冰冷肼捕集液提取剑桥滤片中的挥发半挥发性有机物，制得气溶胶待测样品溶液，所述转换连接装置包括一个电子烟烟嘴插接密封机构和一个烟杆支撑机构，所述烟嘴插接密封机构由一个管径不同的两段式转接管和一个胶套构成，其中两段式转接管的一端管外径为8mm、与吸烟机卷烟夹持器相插接，另一端与胶套插接，胶套的另一端为电子烟烟嘴插接端；所述烟杆支撑机构由一个适于套装在卷烟夹持器上的套环和固接在套环外环壁上的悬臂式支撑架，且在支撑架设置有可沿支撑架横杆平移的烟杆支撑托，烟杆支撑托高度可调；

3）样品检测及含量测定：利用气相色谱仪配质谱检测器分别对所制得的两种待测样品溶液和标准工作溶液进行分析，得到相关色谱图，将各种挥发及半挥发性有机物与内标的峰面积比分别带入相应标准曲线的回归方程中，即得到相应样品溶液中各挥发及半挥发性有机物的含量，再经过数据换算，即得到电子烟烟液及气溶胶中各挥发及半挥发性有机物的含量；

气相色谱-质谱条件为：色谱柱：InertCapforAQUATIC-2弹性毛细管色谱柱，规格60m×0.25mmid×1.40μmdf；进样口温度：250℃；传输线温度：250℃；离子源温度：250℃；载气：氦气，纯度≥99.999%，恒流流速：1.0mL/min；进样量：1μL，分流比：10:1；溶剂延迟：5min；升温程序：初始温度40℃，保持4min，以6℃/min的速率至180℃，保持1min，再以25℃/min的速度升至250℃，保持5分钟。

2.根据权利要求书1所述的用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法，其特征在于：标准工作溶液的制备方法为：准确称取一定量待测化合物标准品于100mL棕色容量瓶中，以甲醇溶解定容，制得混合标准储备溶液，再分别准确量取0.05，0.1，0.2，0.5，1.0，2.0mL混合标准储备溶液于10mL棕色容量瓶中，再加入0.1mL内标储备液，以甲醇定容，该内标储备液为0.4mg/mL苯-d6于甲醇中，即得6级浓度梯度的挥发及半挥发性标准工作溶液。

3.根据权利要求书1所述的用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法，其特征在于：在步骤a中，准确量取0.5~1.5g电子烟烟液于25mL锥形瓶中，加入内标和5~7mL的甲醇后，具塞振荡萃取10min，转移至10mL容量瓶中，以甲醇洗涤及定容，萃取液经无水硫酸镁干燥除水后，过0.22μm有机相滤膜进行GC-MS分析。

4.根据权利要求书1所述的用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法，其特征在于：在步骤b中，捕集有待测物的剑桥滤片的处理方法为：将滤片取出，加入到100mL锥形瓶中，再加入2级串联异丙醇-干冰冷肼吸收瓶中的捕集液，振荡萃取30min，再加入1~2g无水硫酸镁做干燥剂除水，过0.22μm有机相滤膜后进行GC-MS分析。

5.根据权利要求书1所述的用于测定电子烟烟液及气溶胶中18种挥发及半挥发性有机物含量的方法，其特征在于：所述内标为苯-d6。