離子色譜法同時(shí)測定卷煙主流煙氣中氨和煙堿的含量

王永梅，張昌壯，劉麗竹，張玉璞，高文全

(吉林省煙草產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，長春 130033)

氨是卷煙煙氣中一種主要化學(xué)成分，對控制卷煙吃味和勁頭有重要作用，但過量的氨會刺激人體的呼吸系統(tǒng)。氨既是霍夫曼清單44種煙氣有害成分之一，也是我國煙草行業(yè)評價(jià)卷煙危害性的重要指標(biāo)［1］。我國煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YC／T 377–2010 采用離子色譜法測定卷煙主流煙氣中的氨，但在實(shí)際樣品測試過程中，銨離子峰存在拖尾現(xiàn)象。馬雁軍等［2］采用CS16分析柱代替CS12A柱進(jìn)行測定，實(shí)現(xiàn)了實(shí)際樣品中銨離子與甲胺、乙胺離子峰的真正分離，得到了滿意的分析結(jié)果。煙堿是煙草中特有的物質(zhì)之一，卷煙煙氣中的煙堿與吸煙成癮性有重要關(guān)系［3］。目前國內(nèi)外測定煙堿主要采用液相色譜法［4–5］和氣相色譜法［6–7］，GB／T 23355–2009 采用氣相色譜法測定卷煙總粒相物中煙堿的含量。因?yàn)闊焿A由一個吡啶環(huán)和一個氫化吡咯環(huán)構(gòu)成，屬二級弱堿，可以捕獲兩個質(zhì)子［8–9］。Ayers等［10］采用離子色譜法測定了水中煙堿的含量，利用紫外檢測器進(jìn)行檢測。目前還沒有采用離子色譜和電導(dǎo)檢測器測定煙堿的報(bào)道，筆者首次采用離子色譜法同時(shí)測定卷煙主流煙氣中氨和煙堿的含量，不僅解決了氨測定中峰拖尾的問題，同時(shí)為煙堿的測定提供了一種新的參考方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要儀器與試劑

離子色譜儀：ICS 5000型，配有自動進(jìn)樣器，電導(dǎo)檢測器，陽離子抑制器，美國Dionex公司；

吸煙機(jī)：SM 450型，英國Cerulean公司；超純水器：Synergy UV型，法國Millipore公司；電 子 天 平：BS124S型，感 量 0.1 mg，德 國Sartorius公司；

回旋式振蕩器：HY–5型，江蘇省金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；

鹽酸：優(yōu)級純，北京化工廠；

銨離子標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 μg／mL，國防科技工業(yè)應(yīng)用化學(xué)一級計(jì)量站；

煙堿標(biāo)準(zhǔn)品：20 mg／支，國家煙草質(zhì)檢中心；卷煙樣品：市場隨機(jī)抽樣；

實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率為18 MΩ·cm)。

1．2 樣品處理方法

使用直線型吸煙機(jī)，每孔道抽吸4支卷煙，在捕集阱內(nèi)加入20 mL的10 mmol／L鹽酸，按照GB／T 19609規(guī)定要求進(jìn)行抽吸。抽吸完后，將44 mm濾片放入50 mL萃取瓶中，使用四分之一濾片(44 mm)擦拭捕集器，一起置于萃取瓶中，加入20 mL 的 10 mmol／L 鹽酸。以 160 r／min振蕩萃取30 min。萃取完成后，從捕集阱和萃取瓶中各移取5 mL溶液置于容量瓶中，定容至25 mL，取定容液過0.45 μm的水相濾膜，裝入色譜瓶待離子色譜分析?？瞻讟悠吠耆凑涨笆龇椒ㄖ苽?，抽吸時(shí)卷煙不點(diǎn)燃。

1．3 色譜條件

色譜柱：IonPac CS17陽離子分析柱(250 mm×4 mm，美國Dionex公司)，IonPac CG17陽離子保護(hù)柱(50 mm×4 mm，美國Dionex公司)；抑制電流：74 mA；流速：1.0 mL／min；流動相：梯度洗脫，0～13.5 min，1.5 mmol／L 甲磺酸 –0.5% 乙腈混合溶 液 (99.5∶0.5)，13.5～28 min，25 mmol／L甲 磺酸 –0.5% 乙腈 混合 溶 液 (99.5∶0.5)，28～30 min，1.5 mmol／L 甲 磺 酸 –0.5% 乙 腈 混 合 溶 液(99.5∶0.5)；柱溫：40℃；檢測器溫度：40℃；進(jìn)樣體積：25 μL。

2 結(jié)果與討論

2．1 樣品處理方法的優(yōu)化

2.1.1 煙氣捕集效率

為驗(yàn)證主流煙氣中氨和煙堿的捕集效率，串聯(lián)三只捕集瓶，每瓶中加入20 mL的10 mmol／L鹽酸，抽吸結(jié)束后，分別取三只捕集瓶中溶液，用離子色譜法測定銨和煙堿含量。由于分布在氣相中的氨比例很低，而煙堿主要存在于粒相物中［11］，因此不經(jīng)稀釋直接對捕集液進(jìn)行測定，平行測定了3個樣品，均只在第一個捕集瓶中有氨檢出，含量分別為0.28，0.30，0.27 μg／cig，而煙堿在所有捕集瓶中含量均低于檢測限。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在系統(tǒng)中串接1個捕集瓶能夠完全捕集主流煙氣氣相中的氨和煙堿。

2.1.2 鹽酸濃度對萃取效率的影響

使用酸性溶液提取時(shí)，萃取液中煙堿存在狀態(tài)更為穩(wěn)定［4］，而 YC／T 377–2010 中使用鹽酸溶液提取主流煙氣粒相物中的銨，因此選擇鹽酸溶液作為銨和煙堿的萃取試劑。分別用濃度為1，5，10，15，20 mmol／L的鹽酸溶液進(jìn)行試驗(yàn)，考察其對氨和煙堿萃取效率的影響，其它條件不變，每種鹽酸濃度下平行測定3次，結(jié)果見表1。由表1可知，鹽酸濃度對煙堿的萃取效率無明顯影響，而鹽酸濃度從1 mmol／L增大到10 mmol／L時(shí)，氨萃取效率呈增大趨勢，鹽酸濃度進(jìn)一步增加時(shí)，氨萃取效率無明顯改善，因此本方法采用10 mmol／L鹽酸作為萃取液。2.1.3 萃取時(shí)間對萃取效率的影響

表1 不同濃度鹽酸對萃取效率的影響

總粒相物中氨和煙堿的萃取一般采用振蕩萃取的方式，其含量隨萃取時(shí)間增大而升高。分別考察了 10，20，30，60，120 min 振蕩萃取時(shí)間下，氨和煙堿濃度的變化情況，結(jié)果見表2。由表2可知，氨和煙堿萃取量隨時(shí)間增加而升高，但在20 min以后變化趨于平緩，故選擇萃取時(shí)間為30 min。

表2 不同萃取時(shí)間對萃取效率的影響

2．2 色譜條件優(yōu)化

2.2.1 色譜柱和淋洗液的選擇

卷煙煙氣組成成分復(fù)雜，常見陽離子鈉、鉀、鈣含量較高且響應(yīng)靈敏，容易干擾氨和煙堿測定，烷基胺如甲胺、乙胺等干擾銨離子測定。根據(jù)文獻(xiàn)［12］，選擇IonPac CS17陽離子分析柱，在甲磺酸梯度淋洗條件下，能有效分離銨、烷基胺、生物堿和堿金屬、堿土金屬離子。由于銨離子保留較弱，淋洗液濃度較低時(shí)分離度較好，煙堿離子保留較強(qiáng)，需要較高的淋洗液濃度，因此選用梯度洗脫，為改善色譜峰形，在淋洗液中添加0.5%乙腈作為基體改進(jìn)劑，同時(shí)乙腈還具有清洗色譜柱的作用。

2．2．2 色譜分離和檢測溫度

溫度對離子色譜分離選擇性有明顯影響，IonPac CS17陽離子分析柱推薦在較高溫度下(40℃)使用。固定淋洗液濃度及淋洗程序，改變柱溫和檢測溫度，進(jìn)樣測定混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中銨和煙堿的保留時(shí)間、峰面積、峰寬和塔板數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)檢測溫度從20℃升高到40℃時(shí)，銨和煙堿的保留時(shí)間、峰寬和峰面積均有減小的趨勢，銨和鈉離子的分離度明顯增大，煙堿峰的理論塔板數(shù)明顯增大。這說明升高溫度會改善色譜分離情況，但會犧牲目標(biāo)峰響應(yīng)靈敏度，因此本實(shí)驗(yàn)未對40℃以上情況進(jìn)行考察，最終選擇柱溫和檢測溫度均為40℃條件下進(jìn)行分離測定。

2．2．3 干擾試驗(yàn)

分別在樣品中添加了5.0 μg／mL的Na+，K+，Ca2+，Mg2+，其中Na+在氨之前出峰，K+在煙堿之前出峰，Ca2+和Mg2+均在煙堿之后出峰，均不干擾測定。根據(jù)文獻(xiàn)［12］，在選定的色譜條件下，甲胺、乙胺均在銨離子以后出峰，不影響檢測。標(biāo)準(zhǔn)溶液、典型樣品溶液色譜圖分別見圖1、圖2。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液離子色譜圖

圖2 樣品溶液離子色譜圖

2．3 方法學(xué)考察

2.3.1 方法的線性范圍、檢出限和定量限

銨系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度分別為0.1，0.3，0.5，0.7，1.0 μg／mL，煙堿系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度分別為 20，60，100，140，200 μg／mL。用色譜峰面積(Y)對濃度(x，μg／mL)進(jìn)行線性擬合，結(jié)果見表3。依據(jù)YC/T377-2010，以濃度最低的標(biāo)準(zhǔn)溶液，重復(fù)進(jìn)樣10次，計(jì)算測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法的檢出限、以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法的定量下限，結(jié)果見表3。由表3可知，方法的線性和檢出限完全滿足卷煙主流煙氣中氨和煙堿釋放量的檢測要求。

表3 銨、煙堿的線性方程、相關(guān)系數(shù)和檢測限、定量限

2.3.2 方法的回收率

方法的回收試驗(yàn)采用基質(zhì)加標(biāo)法，以10 mmol／L HCl做溶劑，配制銨含量分別為0.5，1.0，1.5和煙堿含量分別為60，120，180 μg／mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液作為加標(biāo)萃取液，將標(biāo)樣加在樣品萃取液中進(jìn)行回收試驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表4可知，方法的加標(biāo)回收率為96.7%～104.9%，說明該方法具有良好的準(zhǔn)確度。

表4 方法的加標(biāo)回收率

2.3.3 精密度試驗(yàn)

按照1.2方法對樣品進(jìn)行前處理，按1.3色譜條件直接在離子色譜儀上進(jìn)樣分析，外標(biāo)法定量。對典型的卷煙樣品溶液重復(fù)處理5次，分別進(jìn)樣測定，結(jié)果見表5。由表5可知，銨和煙堿相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.86%和2.23%，表明方法具有良好的重現(xiàn)性。

表5 精密度試驗(yàn)結(jié)果

2．4 實(shí)際樣品測試結(jié)果

選用10種市售卷煙，涵蓋了烤煙型和混合型及不同焦油含量，采用本方法(N)和標(biāo)準(zhǔn)方法(S)同時(shí)進(jìn)行測定，其中，卷煙主流煙氣中氨的測定采用YC／T 377–2010標(biāo)準(zhǔn)方法，煙堿的測定采用GB／T 23355–2009標(biāo)準(zhǔn)方法(氣相色譜法)，測試結(jié)果見表6。由表6可知，采用本方法同時(shí)測定卷煙主流煙氣中氨和煙堿的含量，其測試結(jié)果與采用標(biāo)準(zhǔn)方法分別測定氨和煙堿的含量無顯著性差異，說明本方法準(zhǔn)確、可靠。

表6 實(shí)際樣品含量測定結(jié)果 μg／cig

3 結(jié)語

建立了卷煙主流煙氣中銨和煙堿的離子色譜測定方法，相較于標(biāo)準(zhǔn)YC／T 377–2010，在測定主流煙氣中氨的含量時(shí)，使用CS17陽離子分析柱代替CS12A色譜柱，采用更低的流動相濃度和更高的檢測溫度，取得了更好的分離效果；相較于傳統(tǒng)測定主流煙氣中煙堿的方法，該方法檢測過程中幾乎不使用有機(jī)試劑。對市售卷煙樣品的測定結(jié)果表明，優(yōu)化的樣品前處理方法和檢測方法能有效去除干擾。該方法便捷、靈敏、準(zhǔn)確可靠，可同時(shí)測定多種組分，實(shí)用性強(qiáng)。

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