熒光法研究不同殼聚糖及大孔樹脂對香煙煙氣中多環(huán)芳烴的清除作用

杜瑋，張海容

（忻州師范學(xué)院 生化分析技術(shù)研究所，山西 忻州 034000）

熒光法研究不同殼聚糖及大孔樹脂對香煙煙氣中多環(huán)芳烴的清除作用

杜瑋，張海容*

（忻州師范學(xué)院 生化分析技術(shù)研究所，山西 忻州 034000）

用熒光法研究了不同甲殼胺及大孔樹脂對香煙煙氣中多環(huán)芳烴的去除作用.通過有機(jī)溶劑萃取不同香煙煙氣焦油中有機(jī)物，同時(shí)以多環(huán)芳烴芘作為參比，定量分析了各種品牌香煙在保留過濾嘴條件下使用不同的大孔樹脂對烤煙中焦油多環(huán)芳烴的吸附率，從而測量煙氣在溶劑中多環(huán)芳烴的去除率.實(shí)驗(yàn)得出D-3520對五種不同品牌的烤煙煙氣中焦油多環(huán)芳烴的去除率為：46.3%～94.4%，殼聚糖（醫(yī)藥）為：91.9%～99.1%，為卷煙煙氣中有害物質(zhì)的去除提供了一種新方法.

香煙煙氣；過濾煙嘴；大孔樹脂；多環(huán)芳烴；芘

香煙煙霧中的有害成分包括一氧化碳、尼古丁等生物堿、胺類、腈類、醇類、酚類、烷烴、烯烴、羰基化合物、氮氧化物、多環(huán)芳烴、雜環(huán)族化合物等［1］.他們具有多種生物學(xué)作用.吸煙時(shí)，香煙煙霧大部分吸入肺部，小部分與唾液一起進(jìn)入消化道.煙中有害物質(zhì)部分停留在肺部，部分進(jìn)入血液循環(huán)，流向全身.在致癌物和促癌物協(xié)同作用下，損傷正常細(xì)胞，可形成癌癥.對呼吸道粘膜產(chǎn)生炎癥刺激；對細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用；使人產(chǎn)生成癮作用［2-3］.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

F-4500熒光儀（日本日立公司）；熒光參數(shù)：激發(fā)／發(fā)射狹縫：5 nm／5 nm，

SY電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津三水科學(xué)儀器有限公司）；

SHB-ⅢA循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）

1.2 煙氣吸收裝置

本實(shí)驗(yàn)裝置見（圖1）

1.3 試劑與材料

芘，分析純；

紅旗渠，烤煙型，河南中煙工業(yè)有限公司出品，焦油含量：12 mg；

北戴河，烤煙型，河北中煙工業(yè)有限公司出品，焦油含量：11 mg；

猴王，烤煙型，陜西中煙工業(yè)有限公司出品，焦油含量：13 mg；

“地排球”是在空閑的場地上，采用合理、合規(guī)的接觸“地面”的一項(xiàng)新興拍球運(yùn)動，它在一定程度上可以與“空中排球(如硬式排球、軟式排球等)”相區(qū)別，它將乒乓球與排球規(guī)則協(xié)調(diào)發(fā)展，降低難度，激發(fā)了更多不同年齡階段人群參與此項(xiàng)體育創(chuàng)意項(xiàng)目。通過改變排球運(yùn)動的規(guī)則與移動軌跡，降低排球運(yùn)動的難度系數(shù)，增加游戲回合，提高了群眾參與此項(xiàng)運(yùn)動的熱情，獲得了廣大群眾的認(rèn)可。

圖1 煙氣吸收裝置Fig.1 Absorption equipment of cigarette smog

廬山，烤煙型，江西中煙工業(yè)有限公司出品，焦油含量：11 mg；

芙蓉，烤煙型，湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司出品，焦油含量：12 mg.

以上五種煙品均從忻州本地?zé)煵輰Ｙu店購買.

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 芘的工作曲線

本文選擇多環(huán)芳烴芘作參照品［11］.芘的儲備液：準(zhǔn)確稱取芘0.103 1 g，用甲醇溶解，再用甲醇定容到100 m L容量瓶中，配成5×10-3mol／L儲備液；芘的工作液：取0.16 m L儲備液，用甲醇定容到100 m L容量瓶中，配成1.0×10-5mol／L工作液.取工作液稀釋定容成一系列不同濃度的溶液，測熒光光譜.求相應(yīng)回歸方程Lg If＝5.658＋0.509Lg C，R＝0.998.

多環(huán)芳烴（芘）的量由下式計(jì)算：m＝V·M·C／n

注：式中m為每支烤煙煙氣中所含多環(huán)芳烴的量（mg），V為抽煙所需溶劑的體積（L），C為校準(zhǔn)曲線相應(yīng)熒光強(qiáng)度計(jì)算得到芘的濃度（mol／L），n為使用溶劑體積中抽煙的支數(shù)，M為芘的相對分子量.

煙氣中多環(huán)芳烴去除率＝（m-m1）／m

m為煙嘴中不加吸附劑如（樹脂）時(shí)烤煙煙氣中所含多環(huán)芳烴的量（mg）

m1為煙嘴中加樹脂或吸附性物質(zhì)時(shí)烤煙煙氣中所含多環(huán)芳烴的量（mg）

取稀釋后濃度分別為6×10-7、8×10-7、1×10-6、2×10-6、4×10-6、6×10-6、8×10-6、1×10-5、2×10-5（mol／L）的工作液，測其相應(yīng)的熒光強(qiáng)度，如圖2所示.

圖2 不同濃度芘溶液的熒光圖Fig.2 Fluorescence spectra of pryene at different concentrations Concentrations of 1～9（mol／L）：［1］.6×10-7；［2］.8×10-7；［3］.1×10-6；［4］.2×10-6；［5］.4×10-6；［6］.6×10-6；［7］.8×10-6；［8］.1×10-5；［9］.2×10-5，respectively.

依據(jù)測得不同濃度芘工作液的熒光度，以lgC為橫坐標(biāo)，lgIf為縱坐標(biāo)繪制芘的工作曲線，如圖3所示.

圖3 芘的工作曲線Fig.3 Working curve of pryene

1.4.2 吸附性物質(zhì)的選擇

以芙蓉烤煙作為樣品，分別用10種樹脂（活化后）S-8、AB-8、NAK-9、X-5、D-3520、D4006、H103、NKAII、NKA、D4020及活性炭、殼聚糖、蔗糖、氯化鈉對芙蓉烤煙煙氣進(jìn)行測定，每次隨機(jī)抽取芙蓉烤煙樣品2支，在圖1的d、e中分別加入30 m L甲醇.控制抽氣速度，每支煙燃燒3 min，連續(xù)抽氣.合并2個(gè)廣口瓶中的溶液并將溶液定容在100 m L容量瓶中.取以上樣品溶液，測定其熒光強(qiáng)度.

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂的選擇

大孔樹脂屬于具有立體結(jié)構(gòu)的多孔性、海綿狀熱固性高分子聚合物，靠它和被吸附的分子（吸附質(zhì)）之間的范德華力，通過巨大的比表面積進(jìn)行物理吸附而工作的，它具有與無機(jī)吸附劑（如活性炭）相同的物理吸附作用.選擇S-8、AB-8等11種大孔樹脂并測其對香煙煙氣中多環(huán)芳烴的去除率.

表1 11種不同樹脂（未活化／活化）對芙蓉?zé)煔舛喹h(huán)芳烴去除率Table 1 Removal rates of PAHs from somg of Fu Rong brand with 11 different resins

由表1可知，10種不同樹脂在活化前后對煙氣的吸收有所不同.活化后比活化前的去除率大.活化后D-3520是去除率最佳的樹脂，去除率達(dá)95%比過濾煙嘴中自帶樹脂的去除率高.

2.2 其他具有吸附性物質(zhì)的選擇

活性炭、殼聚糖是良好的吸附劑.因其表面積大可以吸附很多種物質(zhì).同時(shí)對比研究了蔗糖和氯化鈉這類表面積較大的物質(zhì)來研究其吸附作用.測定結(jié)果見圖4（P80）.

圖4 不同介質(zhì)對芙蓉?zé)煔舛喹h(huán)芳烴的去除率Fig.4 Removal rate of PAHs from somg of Fu Rong brand with different media

由圖4可知，不同吸附性物質(zhì)對煙氣的去除率有所不同.殼聚糖（醫(yī)藥級）對煙氣的去除效果最好.

2.3 不同烤煙樣品多環(huán)芳烴的去除率

在選擇不同吸附樹脂的基礎(chǔ)上，我們選擇吸附性能較好的D-3520及殼聚糖對5種不同品牌的香煙進(jìn)行測定.D-3250和殼聚糖對五種不同烤煙中多環(huán)芳烴的去除率見表2.

表2 D-3250和殼聚糖對五種不同品牌的烤煙煙氣的熒光強(qiáng)度Table 2 Fluoresence intensity of 5 different cigarette somg by using D-3250 and chitosan

由表2可知，D-3520對5不同品牌的烤煙煙氣中焦油多環(huán)芳烴的去除率不同，去除率變化范圍46.3%～94.4%，由小到大的順序?yàn)椋簭]山＜猴王＜北戴河＜紅旗渠＜芙蓉；殼聚糖對5種不同品牌烤煙煙氣中焦油多環(huán)芳烴的去除率變化91.9%～99.1%，由小到大的順序?yàn)椋杭t旗渠＜北戴河＜猴王＜廬山＜芙蓉.據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，其吸附機(jī)理［12］為大孔樹脂對煙氣中多環(huán)芳烴的吸附主要是物理吸附，依靠的是它們結(jié)構(gòu)大小不一的孔徑分布、非常高的比表面積、靜電吸引力和色散力；而殼聚糖對它們的吸附主要是化學(xué)吸附，依靠分子框架上的氨基和羥基與煙氣中的多環(huán)芳烴發(fā)生反應(yīng)或形成氫鍵.化學(xué)吸附的作用遠(yuǎn)大于物理吸附，因此殼聚糖對多環(huán)芳烴的吸附作用較好.

3 結(jié)論

不同吸附性物質(zhì)對煙氣的去除率有所不同.殼聚糖（醫(yī)藥級）對煙氣的去除效果最好，對多環(huán)芳烴的去除率為91.9%～99.1%；10種不同樹脂在活化前后對煙氣的吸收有所不同；活化后比活化前的去除率大；活化后D-3520是去除率最佳的樹脂，對多環(huán)芳烴去除率46.3%～94.4%；實(shí)驗(yàn)表明殼聚糖及大孔樹脂D-3520可大大減少焦油中多環(huán)芳烴的含量，在提高煙草制品安全性的要求下，可合理添加或綜合使用這些吸附劑以達(dá)到減害及保證吸煙品質(zhì)的目的.

［1］ World Health Organization Environmental Criteria 89［M］.World Health Organization，1989：255.

［2］ Andersen L G，John A L.Sources and Sinks of Formaldehyde and Actealdehyde：An Analysis of Denver’s Ambient Con-centration Data［J］.AtmosphericsEnvironment，1996，30（12）：113-123.

［3］ Wynder E L，Hoffman D.Tobacoo Smoke［M］.New York：Academic Press，1967：255，413.

［4］ 雍克嵐，呂敬慈.煙草三維熒光特征和品質(zhì)評吸的關(guān)系［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，1998，10（5）：494-497.

［5］ 李八方，于廣利，梁平方.甲殼素及其衍生物降低香煙焦油及煙堿含量研究 ［J］.中國海洋藥物，1996（1）：48-52.

［6］ 崔學(xué)文.一種新型低毒安全香煙添加劑［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，1996，8（1）：131-134.

［7］ 李暉，盧萬新，丁利華.抽吸過程中尼古丁在煙絲和濾嘴中分布的研究［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，2000，12（6）：680-682.

［8］ 趙賢四，趙懷鑫.不同品牌香煙煙氣中有機(jī)成分的分析［J］.上海環(huán)境科學(xué)，1998，17（6）：21-22.

［9］ 張海容，宋浩斌.熒光法測定香煙煙氣中總的多環(huán)芳烴的含量［J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，2004，21（6）1186-1188.

［10］ 宋丹丹，于穎.減少香煙毒性的研究進(jìn)展［J］.環(huán)境污染與防治，2003，25（3）：142-144.

［11］ 張海容，郎建平，陳金娥.β-環(huán)糊精對燃煤焦油和煙氣中多環(huán)芳烴的清除作用［J］.應(yīng)用化學(xué)，2011，28（3）：364-366.

［12］ 王凱，龔為民，秦云華，等.幾種吸附材料去除主流煙氣中的揮發(fā)性醛酮化合物［J］.光譜實(shí)驗(yàn)室，2011，28（3）：1244-1248.

Elimination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Cigarette Smog with Different Chitosan and Macroporous Resin by Fluorescence

DU Wei，ZHANG Hai-rong
（LaboratoryofBiochemicalAnalysis，XinzhouTeachersUniversity，Xinzhou034000，China）

The removal rate of polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in cigarette smog was investigated with different chitosan and macroporous resin by fluorescence.Through the organic solvent extracted different organic compounds in the cigarette smog tar，the absorption rates of PAHs in the cigarette smog were quantitatively determined with chitosan and macroporous resin by using pyrene as control，and the removal rates of PAHs in the cigarette smog were obtained for different brand cigarettes.The result indicated that the removal rates of chitosan（medical grade）and D-3250 resin were up 91.9%～99.1%，and 46.3%～94.4%respectively.A new way was provided for removing harmful substances in cigarette smog.

cigarette smog；filter；macroporous resin；polycyclic aromatic hydrocarbons；pyrene

O657.3

A

0253-2395（2011）S2-0077-05

2011-09-25

山西省國際科技合作項(xiàng)目（2010081020）；山西省自然科學(xué)基金（2011011007-1）

杜瑋（1988-），女，山西太原人，本科在讀.*通訊聯(lián)系人：張海容（1958-），男，教授，研究領(lǐng)域：發(fā)光分析.E-mail：hairong1015＠163.com