快速離子色譜法檢測卷煙主流煙氣中的氨釋放量

蔡潔云，李雪梅，陳新瑞，王惠平，劉 冰，張慶剛

（云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站煙氣室，云南昆明 650104）

快速離子色譜法檢測卷煙主流煙氣中的氨釋放量

蔡潔云，李雪梅，陳新瑞，王惠平，劉 冰，張慶剛

（云南省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站煙氣室，云南昆明 650104）

為了提高卷煙主流煙氣中氨（NH3）的測定效率，對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)離子色譜法進(jìn)行了改良，將標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的擬合方式由一次線性擬合變?yōu)槎吻€擬合，同時優(yōu)化了梯度洗脫程序，建立了卷煙主流煙氣中NH3的快速離子色譜檢測方法。結(jié)果表明：①采用快速梯度洗脫，15min即可完成單個卷煙樣品中NH3的測定，檢測效率提高了近一倍；②NH＋4在0.1～1.0mg／L內(nèi)二次回歸系數(shù)良好（r2＝0.9994）；檢出限（LOD）為0.013μg／mL，定量限（LOQ）為0.045μg／mL；方法重復(fù)性好，RSD為1.99%；NH3的加標(biāo)回收率為99.77%～102.29%；③該方法與現(xiàn)行煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC／T 377－2010的測定結(jié)果一致性較好。

氨；卷煙主流煙氣；離子色譜

氨是Hoffman名單中煙氣有害成分中的一種，也是中國卷煙安全性評價的重要指標(biāo)之一［1－2］。煙氣中的氨不僅影響卷煙的吃味，還會刺激人體的視覺及呼吸系統(tǒng)，長期吸入會對人體造成一定的危害［3－4］。氨含量的準(zhǔn)確測定，對正確評估卷煙危害性及卷煙質(zhì)量控制，保護(hù)人民群眾身體健康，具有重要的意義。離子色譜法（IC）具有選擇性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在卷煙主流煙氣中的氨釋放量檢測中得到了廣泛的應(yīng)用，也是煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC／T 377－2010采用的方法［5－12］。但該方法對單個樣品的測定時間較長，且樣品溶液穩(wěn)定性差，致使每日可檢測的樣品數(shù)量有限。因此，有必要對該方法的色譜條件進(jìn)行改進(jìn)，縮短樣品檢測所需的時間，從而提高卷煙主流煙氣中NH3的測定效率。

1 材料與方法

1.1 儀器、材料和試劑

ICS－5000離子色譜儀（美國ThermoFisher公司）；HY－8調(diào)速振蕩器（常州國華電器有限公司）；SM450直線型吸煙機(jī)（英國Cerulean公司）；M illi－Q超純水儀（美國Millipore公司）；G204電子天平（感量：0.000 1 g，瑞士METTLER TOLEDO公司）；定量加液器（德國Brand公司）；移液槍（德國Tripette公司）；實(shí)驗室常用玻璃儀器。

8種不同牌號的卷煙（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)）、監(jiān)控卷煙（國家煙草質(zhì)檢中心提供）。NH4

＋標(biāo)準(zhǔn)溶液［1000μg／mL，GBW（E）080525，中國計量科學(xué)院］；鹽酸（AR，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%～38%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；甲烷磺酸水溶液（MSA，100 mmol／L，甲烷磺酸淋洗液發(fā)生罐提供，美國ThermoFisher公司）；實(shí)驗用水均來自Milli－Q超純水系統(tǒng)，符合GB／T6682－2008的一級水要求。

1.2 樣品處理與分析

按照GB／T 16450－2004標(biāo)準(zhǔn)（卷煙用常規(guī)分析用吸煙機(jī)測定總粒相物和焦油）的規(guī)定，用直線型吸煙機(jī)在ISO模式下的抽吸4支卷煙，或在HC模式下抽吸2支卷煙；按照YC／T 377—2010［12］的方法捕集和萃取卷煙主流煙氣中的NH3，然后進(jìn)行離子色譜分析。分析條件為：色譜柱：IonPac CS12A陽離子分析柱（4×250 mm），配IonPac CG12A陽離子保護(hù)柱（4×50mm）（美

2 結(jié)果與討論

2.1 卷煙主流煙氣中NH3測定條件的優(yōu)化

2.1.1 離子色譜工作曲線擬合方式的優(yōu)化

近年來，受煙草行業(yè)降焦減害的發(fā)展趨勢，以及《控?zé)熆蚣芄s》持續(xù)推進(jìn)的國內(nèi)外形勢的影響，低焦油及低煙氣危害性指數(shù)的卷煙產(chǎn)品所占比例持年增多，且有持續(xù)上升的趨勢。同時，“世界衛(wèi)生組織煙草制品管制研究小組”（WHO TobReg）認(rèn)為“無論目的是管制或使用，采用現(xiàn)行ISO方法來比較不同卷煙品牌的煙氣釋放量，以及吸煙者對其感受量都不是有效手段”［14］。因此，使用HC抽吸模式（Health Canada smoking regime，加拿大衛(wèi)生部提出的深度抽吸模式）協(xié)同ISO抽吸模式（ISO regime，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織煙草技術(shù)委員會（ISO／TC126）規(guī)定的吸煙機(jī)抽吸條件）共同對同一產(chǎn)品質(zhì)控指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，也是未來的發(fā)展方向。上述趨勢，會在越來越多的情況下，要求現(xiàn)行行標(biāo)規(guī)定的氨檢測工作曲線范圍（0.1～1.0μg／mL）分別向低濃度和高濃度方向擴(kuò)展。

但是，離子色譜儀配置用抑制型電導(dǎo)時，NH4＋在0～5μg／mL范圍內(nèi)是非線性的，即NH4＋濃度的增加不能導(dǎo)致其峰面積成比例的增加，這是因為NH4＋的濃度較高時，在抑制器形成的NH4OH較其在低濃度時的離解程度低，因此得到低的電導(dǎo)響應(yīng)值［13］。

本文也表明，同一系列標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，選取不同的濃度范圍，并采用不同的擬合方式時，擬合結(jié)果相差很大，尤其是濃度范圍向高濃度（如2.0μg／m L）擴(kuò)展時，一次線性擬合相關(guān)系數(shù)比二次曲線擬合相關(guān)系數(shù)的小很多（如0.997 4＜0.999 5，0.996 2＜0.999 7）；且當(dāng)NH4＋質(zhì)量濃度大于0.5μg／mL的點(diǎn)越多，一次線性擬合相關(guān)系數(shù)與二次曲線擬合相關(guān)系數(shù)的差距也越大，即非線性趨勢越明顯（如表1所示）。

表1 不同濃度范圍及擬合方式的氨標(biāo)準(zhǔn)工作曲線參數(shù)Tab.1 Parameters of calibration curves of ammonia with different concentration ranges as well as curve fitting methods.

基于上述考慮，認(rèn)為二次曲線擬合比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中采用的一次線性擬合更符合NH＋4離子的實(shí)際響應(yīng)。因此，選擇二次曲線擬合方式更合理。

2.1.2 離子色譜檢測中梯度洗脫程序的優(yōu)化

為考察MSA濃度對NH＋4分離情況的影響，分別取10、16、22、28 mmol／L中4個MSA濃度數(shù)值進(jìn)行實(shí)驗，結(jié)果表明：隨著流動相濃度的增加，NH＋4保留時間減小，而NH＋4與干擾離子分離度也減小。綜合考慮分離度、分析時間、系統(tǒng)壓力等因素，在NH＋4與高濃度的Na＋能達(dá)到較好分離的情況下，選定了NH＋4保留時間適中的16 mmol／L MSA作為流動相，目標(biāo)分析物NH＋4在4.95～4.97 min出峰。為了縮短分析時間，在NH＋4出峰后，采用高濃度梯度洗脫，將殘留雜質(zhì)快速從色譜柱洗脫下來?；谝陨纤悸?，設(shè)計了4種不同的梯度洗脫程序，對同一個樣品進(jìn)行色譜分析，其對應(yīng)的離子色譜圖如圖1所示。分析可知，方法3既能保證雜質(zhì)洗脫完全，又能滿足快速檢測的要求，為最優(yōu)洗脫方案。優(yōu)化后的梯度洗脫程序如表2所示。

圖1 不同梯度洗脫程序下的第三級標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.5μg／m L）的離子色譜圖Fig.1 Ion chromatograms of the third level standard solution by different gradient elution programs.

表2 優(yōu)化后的離子色譜法測定氨的梯度洗脫程序Tab.2 Parameters of optimized gradient elution program of ammonia detection by ion chromatography method.

現(xiàn)行煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC／T 377—2010的離子色譜法檢測需時28 min，與之相比，本方法僅需15min，檢測效率提高了近一倍。

2.2工作曲線、檢測限與重復(fù)性

用1 000μg／m L的NH＋4標(biāo)準(zhǔn)溶液配置質(zhì)量濃度為0.1、0.3、0.5、0.7、1.0μg／m L的系列NH4＋標(biāo)準(zhǔn)溶液。按照2.1中所述方法對其進(jìn)行測定，并以NH4＋色譜峰面積（Y，μS·min）對其質(zhì)量濃度（X，μg／mL）進(jìn)行二次曲線擬合，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y＝－0.009 1 X2＋0.2471X＋0.0010，相關(guān)系數(shù)0.999 4。取最低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.1μg／m L），平行測定10次，計算測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）為0.004 481，方法檢測限（3SD）為0.013μg／m L（等同于煙氣NH3含量0.32 μg／cig），定量限（10SD）為0.045μg／mL（等同于煙氣NH3含量1.06μg／cig）。

對同一卷煙樣品按1.2所述方法進(jìn)行樣品處理后，采用2.1所述條件，每天重復(fù)測定3次，連續(xù)測定3天，其重復(fù)性與穩(wěn)定性測定結(jié)果見表3。其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.99%，說明該方法重復(fù)性與穩(wěn)定性較好。

表3 氨的重復(fù)性及穩(wěn)定性測定結(jié)果（n＝9）Tab.3 Repeatability and stability of NH3（n＝9）

采用標(biāo)樣加入法［3］考察方法的回收率：以10 mmol／L鹽酸溶液作為空白萃取液，以NH4＋濃度為0.1、0.5、1.0μg／mL的10 mmol／L鹽酸溶液分別作為低、中、高質(zhì)量濃度加標(biāo)萃取液，按照2.1所述方法對其進(jìn)行測定，得到空白、低、中、高4個水平下的NH4＋含量，每個濃度水平平行測定3次，根據(jù)測定量平均值和加標(biāo)量的比值計算加標(biāo)回收率（見表4）。低、中、高3個水平下的加標(biāo)回收率分別為99.77%、102.29%和100.33%，相對平均標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）＜5%，說明該方法的準(zhǔn)確性較高。

表4 氨的加標(biāo)回收率（n＝3）Tab.4 Recoveries of NH3（n＝3）

2.3 卷煙樣品的分析測定

分別采用本方法和現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法測定了8種不同牌號的卷煙樣品主流煙氣中NH3的釋放量，每個樣品分別用兩種方法重復(fù)測定2次（見表5）。兩種方法檢測結(jié)果的相對偏差均在±5%以內(nèi)，說明該方法與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)方法所得的檢測結(jié)果具有較好的一致性。

表5 不同牌號卷煙樣品主流煙氣中氨釋放量的測定結(jié)果（n＝2）Tab.5 M easurement resu lts of NH3by YC／T 377－2010 and optimized method（n＝2）

3 結(jié)論

對現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（YC／T 377—2010）方法中測定卷煙主流煙氣中NH3含量的離子色譜法進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化了工作曲線擬合方式，選擇了更符合NH4

＋離子實(shí)際響應(yīng)的二次曲線擬合方式；優(yōu)化了梯度洗脫的條件，15 min即完成一個樣品中NH3釋放量的測定，在確保檢測準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，提高檢測效率近一倍。綜上所述，經(jīng)過優(yōu)化的離子色譜法可作為一種精確、快速的檢測主流煙氣中氨含量的新方法，具有較好的應(yīng)用前景。

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Fast Determ ination of Ammonia in Mainstream Cigarette Smoke by Ion Chrom atography

CAI Jie－yun，LI Xue－mei，CHEN Xin－rui，WANG Hui－ping，LIU Bin，ZHENG Q ing－gang

（Department of Cigarette Smoke，Yunnan Tobacco Quality Supervision＆Test Station，Kunming 650104，China）

In order to improve the determination efficiency of ammonia（NH3）inmainstream cigarette smoke，ion chromatography（IC）method which described in the current standard（YC／T 377—2010）was improved by Quadratic curve fittingmethod together with optimized gradient elution program.The results indicated that：1）It takes only 15minutes to determine the NH3in one single sample by optimized method and the efficiency raised by nearly two times.2）The calibration curve of ammonia was Quadratic in the range of 0.1－1.0mg／L with the correlation coefficient of0.9994，the limit of detection of 0.013μg／mL，and the limit of quantitation of 0.045μg／mL.The method achieved excellent repeatability and stability with RSD was1.99%.The recovery of NH3ranged from 99.77%to 102.29%.3）The test data of the same simples by this optimized method showed no significant difference compared with those by the standard method of tobacco industry YC／T 377－2010.

ammonia；mainstream cigarette smoke，ion chromatography

TS411.2

A

1004-275X（2015）06-0048-05

10.3969／j.issn.1004-275X.2015.06.012國ThermoFisher公司）；檢測器：電導(dǎo)檢測器；抑制器：CSRS－II；抑制器電流：90mA；流速：1.2mL／min；進(jìn)樣量：25μL；洗脫液：100 mmol／L MSA（A相），水（B相）；洗脫方式：梯度洗脫；采集時間：15min。

收稿：2015－10－13

蔡潔云（1984－），女，江蘇常熟人，碩士，助理工程師，主要研究方向：煙草化學(xué)及煙草制品成分分析.