卷煙主流煙氣中半揮發(fā)性物質(zhì)吡啶苯乙烯喹啉的測(cè)定氣相

卷煙主流煙氣中半揮發(fā)性物質(zhì)(吡啶、苯乙烯、喹啉)的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法研究報(bào)告鄭州煙草研究院2010年1月卷煙主流煙氣中半揮發(fā)性物質(zhì)(吡啶、苯乙烯、喹啉)的測(cè)定氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法研究報(bào)告概述半揮發(fā)性物質(zhì)是卷煙煙氣的重要組成部分，在主流煙氣粒相物和氣相物中均有分布，其中吡啶、苯乙烯和喹啉是最受關(guān)注的半揮發(fā)性有機(jī)化合物，這些物質(zhì)危害性較大，是Hoffman清單[1]和加拿大政府檢測(cè)名單中[2]的重要有害成分。國(guó)際癌癥研究署對(duì)加拿大政府名單中的有害成分的毒性評(píng)價(jià)結(jié)果表明有27種化學(xué)成分為致癌物、可疑致癌物或致癌性不明確的化合物。其中，苯乙烯為人體可能的致癌物，吡啶為致癌性不明確的化合物，因此，這兩種化合物應(yīng)當(dāng)為卷煙煙氣中毒性較大的有害成分。此外，吡啶、苯乙烯和喹啉還是美國(guó)環(huán)保署（EPA）所規(guī)定的有害化學(xué)成分之一[3]，加拿大政府也把這三種物質(zhì)作為煙草制品管制成分和必須披露含量的化學(xué)成分。隨著人們對(duì)煙氣中這些化合物毒性認(rèn)識(shí)的深入和《煙草控制框架公約》的實(shí)施，預(yù)計(jì)不久的將來，許多國(guó)家將制訂相關(guān)的法律法規(guī)來限制卷煙主流煙氣中吡啶、苯乙烯和喹啉的釋放量，并對(duì)卷煙主流煙氣中這些化合物的釋放量進(jìn)行披露。目前，許多國(guó)家都建立了這些化合物的測(cè)定方法，包括冷溶劑吸收法、熱脫附法和吸附劑法等[4-7]。半揮發(fā)性物質(zhì)在卷煙主流煙氣的粒相物和氣相物中均有分布，所以傳統(tǒng)的濾片和靜電捕集方法都不能完全有效地捕集煙氣中的這些半揮發(fā)性有機(jī)化合物。以往的文獻(xiàn)主要采用劍橋?yàn)V片捕集煙氣粒相、低溫冷阱捕集煙氣氣相中的半揮發(fā)性成分，然后采用氣相色譜-質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè)，該方法也為加拿大政府方法所采用。但在該方法中，為了有效捕集卷煙主流煙氣氣相物中的半揮發(fā)性成分，往往需要將兩個(gè)低溫冷卻（≤-70℃）的溶劑瓶串聯(lián)起來進(jìn)行捕集，該裝置死體積較大，需要使用干冰進(jìn)行冷卻，操作十分繁瑣。上海煙草公司在國(guó)家煙草專賣局資助項(xiàng)目《采用熱脫附技術(shù)和GC/MS方法測(cè)定卷煙煙氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物》中，分析了卷煙主流煙氣氣相中的吡啶、苯乙烯、喹啉等化合物，該方法具有較好的靈敏度。但存在許多問題，例如煙氣粒相物對(duì)冷阱（熱脫附儀關(guān)鍵部件）產(chǎn)生污染，只能采用溶劑萃取和氣質(zhì)聯(lián)用法進(jìn)行分析，煙氣氣相物則采用熱脫附－氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法進(jìn)行測(cè)定，其次，熱脫附法穩(wěn)定性不好，并需要對(duì)熱脫附儀設(shè)定多個(gè)參數(shù)，且吸附采樣管對(duì)吸煙實(shí)驗(yàn)中的吸阻影響較大。盡管目前已經(jīng)建立了多種分析半揮發(fā)性物質(zhì)的分析方法，然而還都沒有形成統(tǒng)一的ISO標(biāo)準(zhǔn)方法。因此，該項(xiàng)目擬建立和制定一種重復(fù)性好、穩(wěn)定性高的卷煙主流煙氣中這些半揮發(fā)性物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法，這對(duì)適應(yīng)我國(guó)履行煙草框架公約的形勢(shì)需要，監(jiān)測(cè)這些物質(zhì)的釋放量和保障人身健康安全等方面都具有重要意義。2.實(shí)驗(yàn)2.1.儀器與試劑Agilent6890－5975氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀（Agilent公司）；DB-WAXETER（30m×0.25mm×0.25μm）氣相色譜柱（Agilent公司）；KQ-300DE超聲波清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）；SM450二十孔道吸煙機(jī)（CERULEAN公司）；SartoriusBP121S分析天平（感量：0.1mg）。XAD-4樹脂吸附管（SUPELCO公司）；甲醇（色譜純，F(xiàn)isher公司）；三乙胺（SIGMA公司）；吡啶、苯乙烯、喹啉、D5－吡啶、D8-苯乙烯、D7－喹啉（ACROS公司）；2.2煙氣捕集及樣品處理將樣品卷煙在（22±1）℃、相對(duì)濕度60%±2%條件下平衡48h，然后根據(jù)重量及吸阻選出合適煙支。在溫度(22±2)℃、相對(duì)濕度60%±5%條件下，用JJ-3A十孔道吸煙機(jī)按照GB/T19609-2004規(guī)定的條件抽吸卷煙，每個(gè)孔道抽吸4支煙，用劍橋?yàn)V片捕集卷煙主流煙氣粒相物，在捕集器后接一個(gè)XAD-4樹脂吸附管來捕集主流煙氣氣相物。將1張捕集有粒相物的劍橋?yàn)V片折疊放入50mL錐形瓶中，將XAD-吸附管中的吸附劑也轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，準(zhǔn)確加入20mL含有一定量?jī)?nèi)標(biāo)（D5-吡啶，D8-苯乙烯，D7－喹啉）的0.01%三乙胺/甲醇萃取液，室溫下超聲萃取30min，靜置5min。取2mL萃取液，用0.45μm微孔濾膜過濾，濾液進(jìn)行GC-MS分析。2.3標(biāo)準(zhǔn)曲線配制及樣品中半揮發(fā)性物質(zhì)的含量測(cè)定2.3.1內(nèi)標(biāo)溶液的配制分別準(zhǔn)確稱量約0.5g、0.5g、0.05g的D5-吡啶、D8-苯乙烯、D7-喹啉標(biāo)樣置于25ml棕色容量瓶中，用0.01％三乙胺/甲醇溶液稀釋至刻度，準(zhǔn)確移取2.0mL的D5-吡啶、D8-苯乙烯、D7-喹啉內(nèi)標(biāo)溶液至100mL棕色容量瓶中，用0.01％三乙胺/甲醇溶液稀釋至刻度制備一級(jí)混合內(nèi)標(biāo)溶液，再將一級(jí)混合內(nèi)標(biāo)溶液稀釋10倍，制備二級(jí)混合內(nèi)標(biāo)溶液。2.3.2吡啶、苯乙烯、喹啉工作標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制分別準(zhǔn)確稱量1g、1g和0.05g的吡啶,苯乙烯、喹啉標(biāo)樣于100ml容量瓶中，用三乙胺/甲醇溶液稀釋至刻度，該溶液為標(biāo)樣儲(chǔ)備液。準(zhǔn)確移取2.0mL的標(biāo)樣儲(chǔ)備液至100mL棕色容量瓶中，用三乙胺/甲醇溶液稀釋至刻度，制備一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溶液。準(zhǔn)確移取5ml一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溶液至100ml容量瓶中，用三乙胺/甲醇溶液稀釋至刻度，該溶液為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別準(zhǔn)確移取0.1ml、0.2ml、0.5ml、1ml、2ml和5ml的吡啶、苯乙烯、喹啉的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溶液至10mL棕色容量瓶中，再準(zhǔn)確加入0.5mL二級(jí)混合內(nèi)標(biāo)溶液，最后用甲醇稀釋至刻度，此6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液為系列工作標(biāo)準(zhǔn)溶液。2.3.3氣相色譜－質(zhì)譜分析條件采用DB-WAXETR（30m×0.25mm×0.25μm）毛細(xì)管色譜柱分離，進(jìn)樣量1μL，分流比5:1，柱流量1.2mL/min。升溫程序：50℃（2min）5℃/min200℃(20min)。質(zhì)譜條件：EI源，電離電壓70eV，掃描方式：SIM。各化合物的定量特征離子和保留時(shí)間見表1：表1半揮發(fā)性物質(zhì)的定量定性離子化合物保留時(shí)間（min）定量離子(m/z)定性離子（m/z）吡啶7.407952D5-吡啶7.448456苯乙烯9.2810478D8-苯乙烯9.27112喹啉25.12129102D7-喹啉25.151363.結(jié)果與討論3.1卷煙煙氣樣品中色譜峰的定性為了對(duì)煙氣中的半揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性分析，采用下面幾種方法確認(rèn)吡啶、苯乙烯和喹啉的色譜峰：①比較標(biāo)樣和樣品色譜峰的保留時(shí)間，并通過NIST庫(kù)進(jìn)行匹配，；②加標(biāo)使色譜峰增高；③比較標(biāo)樣和樣品色譜峰定量、定性離子的豐度比。圖1為吡啶、苯乙烯、喹啉的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)色譜圖和煙氣樣品色譜圖。BBAAA圖1標(biāo)準(zhǔn)樣品(A）和煙氣樣品(B)色譜圖:1：吡啶＋D5-吡啶；2：苯乙烯＋D8-苯乙烯；3：喹啉＋D7-喹啉3.2主流煙氣樣品的捕集效率XAD-4是一種大孔吸附樹脂，此類吸附劑對(duì)C5以上的化合物有比較好的吸附效果，在環(huán)境煙草煙氣分析中常常被用作煙堿等化合物的采樣捕集。在采用吸附劑捕集氣相中的半揮發(fā)性化合物時(shí)，樣品的穿透率是表征吸附劑對(duì)煙氣成分捕集效率高低的一個(gè)重要指標(biāo)。所謂的樣品穿透率就是將兩個(gè)吸附管串連起來捕集煙氣氣相成分，后面一個(gè)吸附管所吸附化合物的含量在兩個(gè)吸附管總量中所占的百分比，通常這一比例在5％以下就可以認(rèn)為是達(dá)到了比較好的吸附效果。表2為3種半揮發(fā)性成分的穿透率結(jié)果。結(jié)果表明本項(xiàng)目所采用的XAD-4樹脂可以比較完全的捕集主流煙氣粒相物中的半揮發(fā)性成分。表2主流煙氣氣相中3種半揮發(fā)性成分的捕集效率化合物校正面積穿透率吸附管1吸附管2總和吡啶1.06E+014.62E-011.10E+014.2%苯乙烯1.55E+016.11E-021.56E+010.4%喹啉1.21E-0301.21E-030.0%3.3樣品萃取溶劑的優(yōu)化為考察不同萃取溶劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，分別用20ml甲醇、二氯甲烷、乙酸乙酯在相同條件下對(duì)同一卷煙煙氣樣品進(jìn)行萃取和GC-MS分析，結(jié)果（圖2）表明，這3種溶劑對(duì)目標(biāo)化合物的萃取效率都比較接近，相比之下，甲醇的萃取效率略高。圖2萃取溶劑對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響3.4萃取時(shí)間的影響為確定適宜的萃取時(shí)間，用20ml甲醇對(duì)同一種卷煙煙氣樣品分別萃取10，20，30，40min，而后進(jìn)行GC-MS分析。結(jié)果（圖3）顯示，30min已經(jīng)達(dá)到萃取完全。圖3萃取時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響3.5樣品的穩(wěn)定性AAAABABA圖4：樣品的穩(wěn)定性，A：:低溫放置；B：常溫放置煙氣萃取樣品在低溫（－4℃）以及室溫下保存一周，檢測(cè)結(jié)果的變化如圖4所示，結(jié)果表明：煙氣萃取樣品比較穩(wěn)定，在考察的時(shí)間段內(nèi)，測(cè)定結(jié)果變化不明顯。3.6工作曲線與檢測(cè)限將6個(gè)不同濃度的混合標(biāo)樣分別進(jìn)行GC-MS分析，并用各種目標(biāo)化合物定量離子色譜峰的面積與內(nèi)標(biāo)面積比值與化合物濃度進(jìn)行回歸分析，得回歸方程及其相關(guān)參數(shù)。將最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定5次，所得測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍即為測(cè)定方法的檢測(cè)限（表3）。結(jié)果表明，在卷煙煙氣中半揮發(fā)性物質(zhì)的含量范圍內(nèi)，質(zhì)譜檢測(cè)器響應(yīng)與3種化合物的濃度呈良好的線性關(guān)系，并且3種成分的檢測(cè)限均在ng級(jí)的水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于卷煙煙氣中這些成分的實(shí)際含量。表3分析方法的線性范圍和檢測(cè)限化合物濃度范圍（μg/mL）回歸方程相關(guān)系數(shù)檢測(cè)限(ng/cig)定量限(ng/cig)吡啶0.12－4.80Y=1.0394x+0.00120.999824.8882.93苯乙烯0.10－4.00Y=1.0903x+0.00860.99989.3431.13喹啉0.007－0.28Y=10.776x+0.01820.99954.0513.503.7重復(fù)性和回收率對(duì)同一煙氣樣品進(jìn)行5次日內(nèi)和日間平行測(cè)定（表4，表5），考察了方法的重復(fù)性，并在高、中、低三個(gè)含量水平上進(jìn)行了回收率的測(cè)定（樣品加標(biāo)法，表6）。結(jié)果表明3種半揮發(fā)性成分日內(nèi)、日間測(cè)定結(jié)果的變異系數(shù)在2.3％-6.0％之間，平均回收率的結(jié)果在96.6%～107.4%之間，因此該方法重復(fù)性較好，回收率較高。表4方法的日內(nèi)重復(fù)性測(cè)定結(jié)果（μg/支）化合物12345平均值RSD吡啶4.904.974.844.955.184.972.6%苯乙烯5.415.795.285.625.595.543.6%喹啉0.240.230.240.230.240.242.3%表5方法的日間重復(fù)性測(cè)定結(jié)果（μg/支）化合物12345averageRSD吡啶4.904.845.185.325.015.054.0%苯乙烯5.414.935.595.755.195.386.0%喹啉0.240.210.240.240.230.235.6%表6方法的回收率化合物回收率低濃度中濃度高濃度吡啶103.9%102.0%99.2%苯乙烯104.6%107.4%107.3%喹啉96.6%97.7%101.4%3.8樣品測(cè)定結(jié)果應(yīng)用該方法對(duì)20個(gè)煙氣樣品進(jìn)行了測(cè)定，其中烤煙型卷煙13個(gè)，混合型卷煙7個(gè)。測(cè)定結(jié)果見表7：表7樣品測(cè)定結(jié)果（μg/支）吡啶苯乙烯喹啉烤煙型卷煙13.854.970.26烤煙型卷煙22.803.970.24烤煙型卷煙35.827.360.33烤煙型卷煙44.757.550.18烤煙型卷煙58.788.980.31烤煙型卷煙614.1711.250.53烤煙型卷煙714.3510.070.31烤煙型卷煙812.4511.500.31烤煙型卷煙97.766.580.39烤煙型卷煙106.805.510.19烤煙型卷煙115.944.970.21烤煙型卷煙127.025.230.20烤煙型卷煙139.627.990.36混合型卷煙18.409.000.48混合型卷煙221.2714.760.59混合型卷煙33.421.370.06混合型卷煙45.426.290.19混合型卷煙51.202.410.08混合型卷煙61.041.070.07混合型卷煙75.996.580.423.9不同實(shí)驗(yàn)室之間實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較為了驗(yàn)證本方法在不同實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用情況，本項(xiàng)目組織了6個(gè)實(shí)驗(yàn)室采用該方法對(duì)不同類型的卷煙煙氣樣品進(jìn)行了分析測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表8。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法，不同實(shí)驗(yàn)室得到了較為一致的分析結(jié)果，對(duì)不同類型卷煙樣品同樣有良好的測(cè)試效果。表8各實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果(μg/支)樣品化合物實(shí)驗(yàn)室平均值SDRSD1#2#3#4#5#6#A吡啶4.384.144.654.903.964.094.350.368.33%苯乙烯5.655.995.454.605.145.285.350.478.85%喹啉0.230.240.230.270.240.270.250.027.55%B吡啶4.884.744.304.574.023.964.410.388.61%苯乙烯3.293.302.683.052.923.243.080.258.01%喹啉0.300.280.290.350.310.330.310.038.41%C吡啶6.005.746.537.335.896.146.270.589.31%苯乙烯7.947.957.467.187.217.837.600.364.71%喹啉0.260.280.270.300.290.310.290.026.56%D吡啶3.783.113.283.823.073.393.410.329.53%苯乙烯4.694.164.384.353.814.414.300.296.84%喹啉0.150.170.170.150.150.180.160.018.22%3.10測(cè)試數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的比較采用該方法對(duì)肯塔基參比卷煙1R5F和2R4F樣品進(jìn)行了測(cè)定，并將測(cè)定結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果進(jìn)行了比較。由表9可以看出，三種半揮發(fā)性有機(jī)化合物的測(cè)定結(jié)果與文獻(xiàn)一致。表9測(cè)定值與文獻(xiàn)結(jié)果比較化合物1R5F2R4F測(cè)定值文獻(xiàn)報(bào)道值[8]測(cè)定值文獻(xiàn)報(bào)道值[8]吡啶1.041.195.526.32苯乙烯1.381.425.805.12喹啉0.070.060.310.31

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