CN112505201B - 一种同时测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同时测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法。该方法包括如下步骤：(1)抽吸以获得电子烟气溶胶；(2)捕集电子烟气溶胶中烟碱和无机元素；(3)检测电子烟气溶胶中烟碱和无机元素。本发明的方法具有高灵敏度，快速有效，节省成本的特点。

Description

一种同时测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，涉及新型烟草制品中烟气释放物的测定方法，具体涉及一种同时测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法。

背景技术

电子烟作为新型烟草制品中的一类产品，国内外都拥有广泛的市场，近年来在国外发展也十分迅速。电子烟气溶胶中烟碱释放量是满足消费者需求的重要指标，无机元素是电子烟气溶胶中的一类有害释放物质，两者都受到广泛的关注。

法国电子烟标准(NF XP D90-300-1-2015Electronic cigarettes and e-liquids-part1：requirements and test methods for electronic cigarette)对两者都有明确的测试要求，并且给出了相应的测试方法。该标准对气溶胶中烟碱和无机元素的分析测试是两个独立的方法，其中烟碱采用剑桥滤片捕集，然后对滤片进行萃取，萃取液采用气相色谱进行分析；对无机元素的分析使用2个含20mL硝酸溶液的吸收瓶进行捕集，因为使用吸收瓶所以要移除剑桥滤片固定装置，捕集液直接用ICP-OES进行测试。

使用法国标准需要两次抽吸才能完成对烟碱和无机元素释放量的测定，同时由于44mm滤片的载荷存在上限，故在55mL抽吸容量下，单个剑桥滤片捕集时都存在抽吸口数的上限。例如段沅杏等人在《电子烟抽吸参数、电池功率、雾化剂配比对气溶胶中烟碱释放量的影响研究》以及金吉琼等人《电子烟抽吸模式和参数对烟气总粒相物传输量的影响》研究中抽吸口数都是10口。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明使用2个串联吸收瓶对电子烟气溶胶进行捕集，每个吸收瓶中含有20mL异丙醇(含十七碳烷)，该捕集方法能够满足一次抽吸同时捕集气溶胶中烟碱和无机元素，而且当抽吸口数达20口时也不存在过载的问题。捕集后取部分溶液(例如1mL)可以直接使用气相色谱仪进行烟碱测试，剩余溶液经过简单处理后可以用ICP-MS进行无机元素测试。本发明实现了一次电子烟抽吸同时捕集和检测气溶胶中烟碱和无机元素释放量。

本发明的目的是提供一种同时测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法，该方法能够在一次抽吸中，同时对烟碱和无机元素进行捕集和测定。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种同时测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法，该方法包括如下步骤：

(1)抽吸以获得电子烟气溶胶；

(2)捕集电子烟气溶胶中烟碱和无机元素；

(3)检测电子烟气溶胶中烟碱和无机元素。

本发明的方法同时捕集电子烟气溶胶中烟碱和无机元素，并且进行了分析测试，通过一次电子烟抽吸，就可完成气溶胶中烟碱和无机元素释放量的测定。相比已有的方法，本发明的方法具有高效、操作简单，准确等优点。

优选地，该方法包括如下步骤：

(1)抽吸

对电子烟进行抽吸，以获得电子烟气溶胶；

(2)烟碱和无机元素的捕集

在不使用滤片的情况下，使用2个串联的含有吸收剂的捕集瓶对所述电子烟气溶胶中的烟碱和无机元素进行捕集，得到捕集液；

(3)检测

从2个串联的含有吸收剂的捕集瓶中各取0.5-2.0mL捕集液，优选为1mL捕集液，直接使用气相色谱法检测其中烟碱的含量；

取剩余的捕集液，在氮气吹扫下浓缩至0.3-1.0mL，优选浓缩至0.3mL，然后用超纯水定容到10-25mL，优选定容到10mL，使用ICP-MS检测其中无机元素的含量。

优选地，在上述步骤(1)中，所述抽吸参数为：抽吸曲线为方波，抽吸容量为55mL，抽吸时间为3s，抽吸间隔为30s。

优选地，在上述步骤(2)中，所述吸收剂选自含正十七碳烷的甲醇、乙醇和异丙醇等醇类溶剂，优选为含正十七碳烷的异丙醇。

优选地，在上述步骤(2)中，所述吸收剂的浓度为0.1-0.5mg/mL，优选为0.3mg/mL。

优选地，在上述步骤(2)中，所述吸收剂的体积为20-40mL，优选为20mL。

优选地，在上述步骤(2)中，所述2个串联的含有吸收剂的捕集瓶中均含有20mL的0.3mg/mL正十七碳烷的异丙醇。

优选地，在上述步骤(3)中，使用气相色谱法检测其中烟碱的含量时，气相色谱的条件为：色谱柱：HP-5，长度30m，内径0.25mm，膜厚0.25μm；柱箱温度：170℃(保持4min)，30℃/min速度升至250℃(保持6min)；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；载气：氮气；流量：0.5mL/min；进样体积：1μL；分流比：20∶1。

优选地，在上述步骤(3)中，使用气相色谱法检测其中烟碱的含量时，烟碱标准工作溶液的配制方法为：将烟碱标准溶液母液溶解于含浓度0.3mg/mL的正十七碳烷的异丙醇溶液中，配制烟碱浓度为0.02mg/mL～2mg/mL标准工作溶液，制备7个点。

优选地，在上述步骤(3)中，使用ICP-MS检测其中无机元素的含量时，ICP-MS分析条件为：射频功率：1320kw；载气及流速：氩气，1.10mL/min；碰撞气及流速：氦气，4.5mL/min(He)；蠕动泵转速：0.1rps；积分时间：0.3s；分析质量数：52Cr、60Ni、64Cu、75As、111Cd和208Pb；

优选地，在上述步骤(3)中，在使用ICP-MS检测其中无机元素的含量前进行如下处理：将待测定的捕集液在氮吹下使溶液挥发至0.3mL，然后用2％硝酸溶液直接定容到10mL。

优选地，在上述步骤(3)中，使用ICP-MS检测其中无机元素的含量时，标准溶液工作溶液的配制方法为：用含有3％异丙醇的2％硝酸溶液配制系列标准工作溶液，浓度范围0.0-20μg/L。

优选地，所述无机元素为Cr、Ni、Cu、As、Cd和Pb。

在一个具体实施方案中，一种同时测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法包括如下步骤：

(1)抽吸

对电子烟进行抽吸，以获得电子烟气溶胶，其中，抽吸参数为：抽吸容量55mL，抽吸时间3s，抽吸间隔30s，总抽吸口数20口。

(2)烟碱和无机元素的捕集

配制含浓度0.3mg/mL的正十七碳烷(内标)的异丙醇溶液，取两个容量为50mL的玻璃捕集瓶，各加入已配制好的含浓度0.3mg/mL的正十七碳烷(内标)的异丙醇溶液20mL，然后把两个捕集瓶用乳胶软管串联后置于电子烟口含端和吸烟机抽吸系统之间，整个捕集过程不使用滤片(例如剑桥滤片)。连接示意图见附图1。

(2)检测

烟碱的测定

烟碱标准工作溶液的配制方法为：将烟碱标准溶液母液溶解于含浓度0.3mg/mL的正十七碳烷的异丙醇溶液中，配制烟碱浓度为0.02mg/mL～2mg/mL标准工作溶液，制备7个点。

烟碱的测定：分别从两个捕集瓶中的捕集液中各取1mL转移至色谱瓶中，用气相色谱仪进行烟碱释放量测定。烟碱色谱图见附图2。

气相色谱分析条件：色谱柱：HP-5，长度30m，内径0.25mm，膜厚0.25μm；柱箱温度：170℃(保持4min)，30℃/min速度升至250℃(保持6min)；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；载气：氮气；流量：0.5mL/min；进样体积：1μL；分流比：20∶1。

无机元素的测定

无机元素前处理：剩余捕集液在氮吹下使溶液挥发至0.3mL，然后用2％硝酸溶液直接定容到10mL，用ICP-MS对无机元素含量进行分析测试。

ICP-MS分析条件：射频功率：1320kw；载气流速：氩气1.10mL/min；碰撞气流速：氦气流速4.5mL/min(He)；蠕动泵转速：0.1rps；积分时间：0.3s；分析质量数：52Cr、60Ni、64Cu、75As、111Cd和208Pb；

标准工作溶液：用含有3％异丙醇的2％硝酸溶液配制系列标准工作溶液，浓度范围0.0-20μg/L。

本发明采用20mL两级串联溶液捕集气溶胶中烟碱和无机元素，捕集的气溶胶量可以从抽吸20口增加到60口，避免了现有直径44mm滤片超过抽吸20口会过载的问题。

上述测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法，还包括烟碱、无机元素系列标准溶液的配制，标准曲线的绘制。

无机元素系列标准工作溶液配制：aiglent混合环境标准溶液(10mg/L)，用5％硝酸溶液稀释到100μg/L，得到标准储备液，然后用3％异丙醇、2％硝酸稀释标准储备液得到系列标准工作溶液。3％异丙醇用来消除分析测试时样品含有有机物带来的基体效应，同时由于含有异丙醇可以提高仪器的灵敏度。

与现有技术比较，本发明具有如下效果：

(1)一次抽吸可同时获得电子烟气溶胶中烟碱和无机元素两类指标，提高了实验效率，对可填充式电子烟节省烟液使用量，对一次性电子烟减少实验样品量。

(2)克服单个滤片捕集烟碱时存在载荷上限的限制，可以保证40口气溶胶烟碱捕集不会过载，不产生剑桥滤片固体废弃物。

(3)捕集液直接取样进行烟碱测试，不再需要样品前处理。

(4)无机元素分析由于含有少量异丙醇，由于仪器增敏作用，进一步降低了方法检出限，提高了痕量分析的准确性。

附图说明

图1为捕集瓶和电子烟吸烟机连接示意图；

其中：1.第一个吸收瓶(捕集瓶)，2.第二个吸收瓶(捕集瓶)，3.托盘，4.电子烟固定皮带，5.电子烟，6.聚四氟乙烯短管，7.吸烟机抽吸器。

图2为烟碱释放量的色谱图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

其中，气相色谱仪操作参数为：色谱柱：HP-5，长度30m，内径0.25mm，膜厚0.25μm；柱箱温度：170℃(保持4min)，30℃/min速度升至250℃(保持6min)；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；载气：氮气；流量：0.5mL/min；进样体积：1μL；分流比：20∶1；

ICP-MS操作参数为：发射功率：1320kw；载气流速：1.10mL/min(Ar)；碰撞气流速：4.5mL/min(He)；蠕动泵转速：0.1rps；积分时间：0.3s；分析质量数：52Cr、60Ni、64Cu、75As、111Cd和208Pb；

电子吸烟机抽吸参数为：抽吸容量55mL，抽吸时间3s，抽吸间隔30s，总抽吸口数20口。

烟碱和无机元素标准溶液采用如下步骤的方式进行配制：

烟碱标准工作溶液：从烟碱标准母液(国家烟草质量监督检验中心，GB(E)083345)中分别移取一定体积的烟碱标准溶液，用带有含浓度0.3mg/mL十七碳烷的异丙醇溶液中，配制烟碱浓度为0.02mg/mL～2mg/mL标准工作溶度，制备7个点。

无机元素标准工作溶液：分别取一定体积的无机元素混合标准溶液(获自agilent公司)，用含有3％异丙醇的2％硝酸溶液进行稀释配制标准工作溶液。

烟碱和无机元素标准工作溶液浓度见表1。

表1烟碱和无机元素标准工作溶液

实施例1不同吸收剂的捕集效率

本实施例测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素含量是对续液式电子烟气溶胶中烟碱和无机元素含量的测定，包括以下步骤：

吸收剂：含有浓度0.3mg/mL的正十七碳烷的甲醇、正十七碳烷的乙醇和正十七碳烷的异丙醇溶液

步骤1：向吸收瓶中加入20mL含有浓度0.3mg/mL正十七碳烷的捕集液。

步骤2：按照附图1在电子烟吸烟机上连接好管路，按照吸烟机设定参数：抽吸容量55mL，抽吸时间3s，抽吸间隔30s，抽吸口数20口进行抽吸。

步骤3：抽吸结束后，分别从两级吸收瓶中各取1mL溶液转移至色谱瓶中，得到烟碱待测试样。

步骤4：吸收瓶中溶液在氮吹下浓缩至0.3mL，然后用2％硝酸溶液定容至10mL，得到无机元素待测试样。

步骤5：使用气相色谱对烟碱待测试样进行分析测试，色谱条件：色谱柱：HP-5，长度30m，内径0.25mm，膜厚0.25μm；柱箱温度：170℃(保持4min)，30℃/min速度升至250℃(保持6min)；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；载气：氮气；流量：0.5mL/min；进样体积：1μL；分流比：20∶1。

步骤6：使用ICP-MS对无机元素待测试样进行分析测试，仪器参数：发射功率：1320kw；载气流速：1.10mL/min(Ar)；碰撞气流速：4.5mL/min(He)；蠕动泵转速：0.1rps；积分时间：0.3s；分析质量数：⁵²Cr、⁶⁰Ni、⁶⁴Cu、⁷⁵As、¹¹¹Cd和²⁰⁸Pb。测试结果见表2。

表2烟碱和无机元素测量结果

上述实验结果表明，对于烟碱，含有浓度0.3mg/mL的正十七碳烷的异丙醇捕集烟碱效果最好；针对Cr、As、Cd和Pb 4种元素，上述三种捕集液的捕集效果基本一致(极差小于1.0ng/20口)，Ni、Cu两种元素采用含有浓度0.3mg/mL的正十七碳烷的异丙醇捕集效果最好。

实施例2本发明的方法与现有技术方法的检出限和重复性的比较

本发明的方法：按照实施例1中所述方测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素含量方法。

现有技术的方法：法国标准方法(NF XP D90-300-1-2015)

本实施例采用上述本发明的方法和现有技术的方法测定烟碱和无机元素。

1、检出限的测定

烟碱的检出限和无机元素的检出限的测定方法如下：

烟碱检出限：以空白试样的色谱图噪声的3倍为烟碱分析方法检出限，为0.0003mg/mL。

无机元素检出限：在不点燃电子烟状态下，在吸烟机上对同一电子烟进行10次平行测试，分别用5％的硝酸溶液捕集(法国标准方法)和含浓度0.3mg/mL的正十七碳烷(内标)的异丙醇捕集(本发明的方法)，其中，采用5％硝酸溶液进行捕集，得到的即是待测试样；采用含浓度0.3mg/mL的正十七碳烷(内标)的异丙醇进行捕集后，捕集液需在氮吹下浓缩至0.3mL，然后用2％硝酸稀释到10mL，得到待测试样。对待测试样进行测试以得到无机元素，记录其cps计数，可以计算得到cps计数的标准偏差(SD)，如果标准曲线以浓度作为x，cps为y，按照公式

若标准曲线以cps计数为x，浓度为y，按照公式LOD＝3×SD×a，式中a是标准曲线斜率，可以得到方法检出限(单位μg/L)，然后按照公式LOD×10得到检出限，单位为纳克每20口(ng/20口)。无机元素分析方法检出限见表3。

由上表可知，与现有技术相比较，本发明的方法检出限更低，电子烟气溶胶中无机元素释放量都是纳克级，提高了痕量分析的准确性。

2、方法重复性

对样品进行重复测试考察方法重复性。结果如表4所示。

表4

实施例3本发明的方法与现有技术方法的一致性和烟碱最大抽吸口数的比较

本实施例通过分别采用本发明的方法和法国标准方法对续液式和一次性电子烟产品气溶胶中烟碱和无机元素进行分别测试，主要考察不同测试方法的一致性和烟碱的最大抽吸口数。

本发明的方法：分析测试步骤同实施例1，抽吸口数依次设置为20、40、60口。

法国标准方法：气溶胶中烟碱采用剑桥滤片捕集，电子烟抽吸口数依次设置为20、40、60口，然后用含0.3mg/mL的正十七碳烷(内标)的异丙醇溶液20mL对剑桥滤片进行超声振荡萃取，萃取时间30min，取萃取液1mL，使用气相色谱仪进行分析。

气溶胶中无机元素采用2个串联吸收瓶(5％硝酸20mL)捕集，抽吸口数依次设置为20、40、60口，抽吸结束后捕集液直接用ICP-MS进行分析。

表5不同方法测试结果

对于无机元素，本发明的方法的测试结果和法国标准方法的测试结果各元素相对标准偏差都在10％以内，但是对于烟碱，抽吸口数20口时，测试数据标准偏差在10％以内，抽吸口数40以上时，采用法国标准方法的测试结果显著低于本发明的方法，主要是44mm剑桥滤片存在载荷上限所致，增加抽吸口数就必须更换剑桥滤片。

Claims (15)

1.一种同时测定电子烟气溶胶中烟碱和无机元素释放量的方法，该方法包括如下步骤：

（1）抽吸

对电子烟进行抽吸，以获得电子烟气溶胶；

（2）烟碱和无机元素的捕集

在不使用滤片的情况下，使用2个串联的含有吸收剂的捕集瓶对所述电子烟气溶胶中的烟碱和无机元素进行捕集，得到捕集液；

（3）检测

从2个串联的含有吸收剂的捕集瓶中各取0.5-2.0mL捕集液，直接使用气相色谱法检测其中烟碱的含量；

取剩余的捕集液，氮吹下浓缩至0.3-1.0mL，然后用超纯水定容到10-25mL，使用ICP-MS检测其中无机元素的含量；

在步骤（2）中，所述吸收剂选自含正十七碳烷的甲醇、乙醇和异丙醇的醇类溶剂，所述吸收剂的浓度为0.1-0.5mg/mL，体积为20-40mL。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（1）中，所述抽吸参数为：抽吸曲线为方波，抽吸容量为55mL，抽吸时间为3s，抽吸间隔为30s。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述吸收剂为含正十七碳烷的异丙醇溶液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述吸收剂的浓度为0.3mg/mL。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述吸收剂的体积为20mL。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述2个串联的含有吸收剂的捕集瓶中均含有20mL的0.3mg/mL正十七碳烷的异丙醇。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，使用气相色谱法检测其中烟碱的含量时，气相色谱条件为：色谱柱：HP-5，长度30m，内径0.25mm，膜厚0.25µm；柱箱温度：170℃下保持4min，30℃/min速度升至250℃，保持6 min；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；载气：氮气；流量：0.5mL/min；进样体积：1µL；分流比：20:1。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，使用气相色谱法检测其中烟碱的含量时，烟碱标准工作溶液的配制方法为：将烟碱标准溶液母液溶解于含浓度0.3 mg/mL的正十七碳烷的异丙醇溶液中，配制烟碱浓度为0.02mg/mL～2 mg/mL标准工作溶液，制备7个点。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，使用ICP-MS检测其中无机元素的含量时，ICP-MS分析条件为：射频功率：1320kw；载气及流速：氩气，1.10mL/min；碰撞气及流速：氦气，4.5mL/min；蠕动泵转速：0.1rps；积分时间：0.3s；分析质量数：52Cr、60Ni、64Cu、75As、111Cd和208Pb。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，在使用ICP-MS检测其中无机元素的含量前进行如下处理：将待测定的捕集液在氮吹下使溶液挥发至0.3mL，然后用2%硝酸溶液直接定容到10mL。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，使用ICP-MS检测其中无机元素的含量时，标准溶液工作溶液的配制方法为：用含有3%异丙醇的2%硝酸溶液配制系列标准工作溶液，浓度范围0.0-20µg/L。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，从2个串联的含有吸收剂的捕集瓶中各取1mL，直接使用气相色谱法检测其中烟碱的含量。

13.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，取剩余的捕集液，氮吹下浓缩至0.3mL，然后用超纯水定容到10mL，使用ICP-MS检测其中无机元素的含量。

14.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述无机元素为Cr、Ni、Cu、As、Cd和Pb。

15.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

（1）抽吸

对电子烟进行抽吸，以获得电子烟气溶胶，其中，抽吸参数为：抽吸容量55mL，抽吸时间3s，抽吸间隔30s，总抽吸口数20口；

（2）烟碱和无机元素的捕集

配制含浓度0.3 mg/mL的正十七碳烷的异丙醇溶液，取两个容量为50mL的玻璃捕集瓶，各加入已配制好的含浓度0.3 mg/mL的内标正十七碳烷的异丙醇溶液20mL，然后把两个捕集瓶用乳胶软管串联后置于电子烟口含端和吸烟机抽吸系统之间，整个捕集过程不使用滤片；

（3）检测

烟碱的测定

烟碱标准工作溶液的配制方法为：将烟碱标准溶液母液溶解于含浓度0.3 mg/mL的正十七碳烷的异丙醇溶液中，配制烟碱浓度为0.02mg/mL～2 mg/mL标准工作溶度，制备7个点；

烟碱的测定：分别从两个捕集瓶中的捕集液中各取1mL转移至色谱瓶中，用气相色谱仪进行烟碱释放量测定；

气相色谱分析条件：色谱柱：HP-5，长度30m，内径0.25mm，膜厚0.25 µm；柱箱温度：170℃下，保持4min，30℃/min速度升至250℃，保持6 min；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；载气：氮气；流量：0.5mL/min；进样体积：1µL；分流比：20:1；

无机元素的测定

无机元素前处理：剩余捕集液在氮吹下使溶液挥发至0.3mL，然后用2%硝酸溶液直接定容到10mL，用ICP-MS对无机元素含量进行分析测试；

ICP-MS分析条件：射频功率：1320kw；载气流速：氩气1.10mL/min；碰撞气流速：氦气流速4.5mL/min；蠕动泵转速：0.1rps；积分时间：0.3s；分析质量数：52Cr、60Ni、64Cu、75As、111Cd和208Pb；

标准溶液工作溶液：用含有3%异丙醇的2%硝酸溶液配制系列标准工作溶液，浓度范围0.0-20µg/L。

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