固相支持液液萃取氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定電子煙液中的16種多環(huán)芳烴

王 超，秦亞瓊，李河霖，蔡君蘭

(1.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130031；2.中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，河南鄭州 450001)

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固相支持液液萃取氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定電子煙液中的16種多環(huán)芳烴

王 超1，秦亞瓊2*，李河霖1，蔡君蘭2

(1.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，吉林長(zhǎng)春 130031；2.中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，河南鄭州 450001)

摘要[目的]建立固相支持液液萃取氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定電子煙液中的16種多環(huán)芳烴的方法。[方法]電子煙煙液樣品中加入少量水，振蕩均勻，充分分散在硅藻土固相支持液-液萃取柱中，用環(huán)己烷萃取，萃取液濃縮后，采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀實(shí)現(xiàn)電子煙煙液中16種多環(huán)芳烴的測(cè)定。[結(jié)果]試驗(yàn)表明，16種多環(huán)芳烴在0.02～1.00 mg/L范圍內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系良好(R2>0.999)，加標(biāo)回收率在91%～101%，日內(nèi)精密度(RSD)在2.74%～6.54%，日間精密度(RSD)在3.04%～7.56%，檢出限(LOD)為0.012～0.133 ng/g。[結(jié)論]與傳統(tǒng)方法相比，該方法檢測(cè)時(shí)間顯著縮短，有機(jī)溶劑消耗較少，更符合綠色分析的要求，并可降低分析成本。

關(guān)鍵詞硅藻土固相液-液萃??；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用；多環(huán)芳烴；電子煙液

隨著越來(lái)越嚴(yán)格的控?zé)煷胧┑膶?shí)施，低危害的煙草制品[1-2]的市場(chǎng)需求逐步增加。電子煙(electrical cigarette，e-cigarette)，又名電子煙堿傳送系統(tǒng)(electronic nicotine delivery systems，ENDS)，是一種通過(guò)電子加熱手段向呼吸系統(tǒng)傳送煙堿的電子裝置，是吸食煙堿的一種新方式。電子煙煙液主要由煙堿、丙二醇、甘油或聚乙二醇構(gòu)成，另外會(huì)添加少量的香精，配制出不同的口味以迎合消費(fèi)者的需求及愛(ài)好。多環(huán)芳烴是一類(lèi)典型的持久性有毒物質(zhì)，具有致癌、致畸以及致突變性，在卷煙煙氣研究中被廣泛關(guān)注。目前已發(fā)現(xiàn)的多環(huán)芳烴及其衍生物已超過(guò)400種，其中16種多環(huán)芳烴被美國(guó)環(huán)保署(US Environmental Protection Agency)列為優(yōu)先控制的有機(jī)污染物。這16種多環(huán)芳烴為常見(jiàn)的環(huán)境及食品污染物，其致癌性較強(qiáng)，即使是微量的，仍嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的健康，但其在電子煙煙液中的含量測(cè)定鮮有報(bào)道。

目前，分析檢測(cè)多環(huán)芳烴[3-4]的前處理大多采用固相萃取法(Solid-Phase Extraction)，其過(guò)程分為活化、淋洗、洗脫等步驟，繁瑣耗時(shí)。由于電子煙煙液基質(zhì)較為簡(jiǎn)單且主要為極性成分，筆者在傳統(tǒng)液液萃取的原理上，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化，前處理采用固相支持液液萃取技術(shù)(Supported Liquid Extraction)，即借助一種惰性多孔物質(zhì)——煅燒硅藻土為介質(zhì)，當(dāng)水溶性樣品經(jīng)過(guò)后，以一層薄薄的液膜形式分布在硅藻土填料表面，加入有機(jī)溶劑后，互不相溶的兩相在硅藻土表面接觸的同時(shí)萃取立即發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了高效、快速的萃取過(guò)程。筆者采用此技術(shù)建立了電子煙液中的16種多環(huán)芳烴的測(cè)定方法。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試樣品。試驗(yàn)樣品為13個(gè)不同品牌的市售電子煙液，分別編號(hào)為ES1～ES13。

1.1.2主要儀器。Clarus 500 GC/MS型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國(guó)TurboVap全自動(dòng)氮吹濃縮儀，ISOLUTE? SLE+硅藻土小柱(5 mL)。

1.1.3主要試劑。環(huán)己烷(色譜純)，美國(guó)Sigma-Aldrich 公司；丙二醇(色譜純)、甘油(色譜純)，美國(guó)Sigma-Aldrich 公司；超純水( 18.2 MΩ·cm)，由美國(guó)Millipore公司超純水器制備；D8-奈(內(nèi)標(biāo)，純度≥99.5%)、D10-菲(內(nèi)標(biāo)，純度≥99.5%)、D12-苯并[a]芘(內(nèi)標(biāo)，純度≥99.5%)，加拿大 C/D/N Isotopes 公司；萘、芴、菲、蒽、熒蒽、苯并(a)蒽、苯并(b)熒蒽、苯并(k)熒蒽、苯并(a)芘、二苯并(a，h)蒽、苯并(g，h，i)苝、苊、苊烯、芘、屈、茚酚[1，2，3-cd]芘，以上標(biāo)準(zhǔn)品純度≥99.5%，購(gòu)自德國(guó) Dr.Ehrenstorfer 公司。

1.2標(biāo)準(zhǔn)溶液和工作溶液配制

1.2.1混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。分別準(zhǔn)確稱(chēng)取10 mg 16種多環(huán)芳烴于100 mL棕色容量瓶中，用環(huán)己烷溶解定容。

1.2.2混合內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備溶液。分別準(zhǔn)確稱(chēng)取10 mg D8-奈、D10-菲、D12-苯并[a]芘于100 mL棕色容量瓶中，用環(huán)己烷溶解定容。

1.2.3混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。分別準(zhǔn)確加入5、10、20、40、80 μL混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液和40 μL混合內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備溶液于50 mL容量瓶中，用環(huán)己烷定容。

1.3樣品處理準(zhǔn)確稱(chēng)取約1 g電子煙液于錐形瓶中，加入D8-奈、D10-菲、D12-苯并[a]芘內(nèi)標(biāo)和11 mL水，振蕩5 min后全部轉(zhuǎn)入固相支持液液萃取柱中，加壓使待測(cè)樣品溶液在柱填料中充分?jǐn)U散，靜置5 min，加入20 mL環(huán)己烷洗脫，洗脫速度控制在1滴/s以?xún)?nèi)，收集洗脫液，用氮吹儀濃縮至約0.2 mL，用GC-MS檢測(cè)。

1.4色譜質(zhì)譜條件GC-MS分析條件：進(jìn)樣口溫度280 ℃；進(jìn)樣量1 μL，無(wú)分流進(jìn)樣；載氣為氦氣，恒流流速1 mL/min；色譜柱為DB-5MS，規(guī)格30 m×0.25 mm×0.25 μm；程序升溫：60 ℃保持1 min，然后以20 ℃/min的速率升至110 ℃，再以5 ℃/min的速率升至280 ℃，保持10 min。電離方式：EI；傳輸線(xiàn)溫度：280 ℃；離子源溫度：230 ℃。掃描方式：SIM，選擇離子參數(shù)見(jiàn)表1，對(duì)每個(gè)離子的監(jiān)測(cè)時(shí)間為50 ms。

表116種多環(huán)芳烴和3種內(nèi)標(biāo)的質(zhì)譜分析參數(shù)

Table 1Mass spectrometry parameters of 16 PAHs and 3 internal standard

化合物Compounds保留時(shí)間Retentiontimemin定性離子Qualitativeion定量離子QuantitativeionD8-萘*D8-naphthalene6.74134136萘Naphthalene6.86129,127128苊烯Acenaphthylene11.78151,153152苊Acenaphthene12.47154,152153芴Fluorene14.44165,167166D10-菲*D10-phenanthrene18.66184188菲Phenanthrene18.71179,176178蒽Anthracene18.93179,176178熒蒽Fluoranthene24.17200,203202芘Pyrene25.15200,203202苯并[a]蒽Benzo[a]anthracene30.81229,226228屈Flexion30.87229,226228苯并[b]熒蒽Benzo[b]flu-oranthene35.46253,250252苯并[k]熒蒽Benzo[k]fluoran-thene35.58253,250252D12-苯并[a]芘*D12-benzo[a]pyrene36.50263264苯并[a]芘D12-benzo[a]py-rene36.61253,250252茚酚[1,2,3-cd]芘Indenol-[1,2,3-cd]pyrene41.53277,138276二苯并[a,h]蒽Dibenzo[a,h]anthracene41.78276,139278苯并[g,h,i]苝Benzo[g,h,i]perylene42.77277,138276

注：*為內(nèi)標(biāo)。

Note：*stands for internal standard.

2結(jié)果與分析

2.1分散劑的優(yōu)化經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料[5-16]，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)室常用溶劑進(jìn)行比較，選取了水、乙醇、乙腈和異丙醇作為萃取劑來(lái)確定分散溶劑。稱(chēng)取1.0 g的電子煙液樣品，加入不同的分散溶劑進(jìn)行振蕩萃取并觀察，結(jié)果表明，當(dāng)樣品中加入乙醇、乙腈和異丙醇時(shí)樣品溶液中有絮狀物出現(xiàn)，振蕩后不能溶解，對(duì)樣品進(jìn)行離心發(fā)現(xiàn)溶液仍然呈現(xiàn)渾濁狀，并且用0.45 μm有機(jī)相濾膜過(guò)濾阻力極大，無(wú)法濾出溶液，因此不能選用這3種溶劑進(jìn)行提取。

然后考察采用水作為分散溶劑時(shí)樣品量對(duì)萃取的結(jié)果，考察了水的體積為5、7、9、11和15 mL時(shí)的萃取效果。如圖1所示，發(fā)現(xiàn)樣品含量隨著水體積的增加而增加，當(dāng)水體積為11 mL時(shí)樣品含量達(dá)到最大，隨著水體積的進(jìn)一步增加，樣品含量沒(méi)有更大的增加，因此選擇水體積為11 mL。

圖1　水體積的優(yōu)化Fig.1　Optimization of water volume

2.2萃取方式的選擇試驗(yàn)考察了超聲(2 min)和振蕩(2 min)2種萃取方式對(duì)樣品中多環(huán)芳烴的萃取效率，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2　萃取方式的比較Fig.2　Comparison of extraction methods

由圖2可以看出，振蕩處理樣品測(cè)得的多環(huán)芳烴含量略高于超聲法，因此選擇振蕩的處理方式。

2.3固相支持液液萃取條件的優(yōu)化

2.3.1洗脫溶劑的選擇。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的洗脫溶劑一般有環(huán)己烷、正己烷、乙腈和乙醇+乙醚混合溶劑等，該試驗(yàn)考察了乙腈和環(huán)己烷、正己烷、二氯甲烷、氯仿等洗脫多環(huán)芳烴的效果[17]。結(jié)果顯示，在洗脫條件相同的情況下，乙腈和環(huán)己烷的萃取回收率分別為72.34%和95.63%，環(huán)己烷的萃取效率明顯高于乙腈，故選用環(huán)己烷作萃取溶劑，繼續(xù)進(jìn)行萃取溶劑的用量試驗(yàn)。

2.3.2洗脫體積的優(yōu)化。環(huán)己烷的體積會(huì)影響到樣品中含量的測(cè)定，因此分別選取10、15、20、25、30 mL的環(huán)己烷淋洗體積考察萃取效果。結(jié)果如圖3所示，發(fā)現(xiàn)樣品含量隨著萃取液體積的增加而增加，當(dāng)萃取體積為20 mL時(shí)樣品含量達(dá)到最大，萃取體積進(jìn)一步增加，樣品含量沒(méi)有更大的增加，反而會(huì)因?yàn)轶w積太大在濃縮時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)造成目標(biāo)物的損失，因此選擇萃取體積為20 mL。

圖3　洗脫體積的優(yōu)化Fig.3　Optimization of elution volume

2.4選定色譜條件下的分離效果經(jīng)過(guò)對(duì)色譜條件優(yōu)化，選擇合適的色譜柱和程序升溫條件，最終確定“1.4”節(jié)中所示的色譜條件。此條件下實(shí)際樣品中16種多環(huán)芳烴目標(biāo)物能與雜質(zhì)有效分離(圖4、5)。

注：1.D8-萘；2.萘；3.苊烯；4.苊；5.芴；6.D10-菲；7.菲；8.蒽；9.熒蒽；10.芘；11.苯并[a]蒽；12.屈；13.苯并[b]熒蒽；14.苯并[k]熒蒽；15.D12-苯并[a]芘；16.苯并[a]芘；17.茚酚-[1，2，3-cd]芘；18.二苯并[a，h]蒽；19.苯并[g，h，i]苝。Note：1.D8-naphthalene；2.Naphthalene；3.Acenaphthylene；4.Acenaphthene；5.Fluorene；6.D10-phenanthrene；7.Phenanthrene；8.Anthracene；9.Fluoranthene；10.Pyrene；11.Benzo [a]anthracene；12.Flexion；13.Benzo [b] fluoranthene；14.Benzo [k] fluoranthene；15.D12- benzo [a] pyrene；16.Benzo[a] pyrene；17.Indenol-[1，2，3-cd] pyrene；18.Dibenzo[a，h] anthracene；19.Benzo [g，h，i] perylene.圖4　優(yōu)化條件下混標(biāo)溶液的色譜Fig.4　Chromatogram of mixed standard solution under the optimized conditions

注：1.D8-萘；2.萘；3.D10-菲；4.菲；5.熒蒽；6.芘。Note：1.D8-naphthalene；2.Naphthalene；3.D10-phenanthrene；4.Philippines；5.Fluoranthene；6.Pyrene.圖5　電子煙煙液的色譜Fig.5　The chromatogram of e-cigarette liquid

2.5方法重現(xiàn)性、線(xiàn)性關(guān)系和檢出限配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，以標(biāo)準(zhǔn)系列峰面積對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液濃度建立線(xiàn)性回歸方程。根據(jù)普查樣品中目標(biāo)物的實(shí)際含量，對(duì)樣品進(jìn)行高、中、低不同濃度水平的標(biāo)準(zhǔn)溶液加標(biāo)回收率試驗(yàn)，每個(gè)樣品分別測(cè)定5次，計(jì)算該方法電子煙液16種多環(huán)芳烴的回收率及加標(biāo)后測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差；逐級(jí)稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液，按信噪比S/N=3計(jì)算方法的檢出限(LOD)。由表2可知，16種物質(zhì)在0.02～1.00 mg/L范圍內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系良好(R2>0.999)，在3個(gè)加標(biāo)水平上，16種物質(zhì)的加標(biāo)回收率在91%～101%，日內(nèi)精密度(RSD)在2.74%～6.54%，日間精密度(RSD)在3.04%～7.56%，檢出限在0.012～0.133 ng/g。說(shuō)明該方法的回收率較高，重復(fù)性較好。

2.6樣品測(cè)定采用該試驗(yàn)建立的方法測(cè)定了13個(gè)電子煙液樣品中16個(gè)多環(huán)芳烴的含量，發(fā)現(xiàn)僅有萘、1-甲基萘、2-甲基萘、芴、菲和蒽有檢出，檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。

圖6　樣品中多環(huán)芳烴的檢測(cè)結(jié)果Fig.6　Test results of PAHs in samples

3結(jié)論

該試驗(yàn)建立了固相支持液液萃取氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定電子煙液中的16種多環(huán)芳烴的方法，實(shí)現(xiàn)了電子煙煙液中16種多環(huán)芳烴的測(cè)定。16種多環(huán)芳烴在0.02～1.00 mg/L范圍內(nèi)線(xiàn)性關(guān)系良好(R2>0.999)，加標(biāo)回收率在91%～101%，日內(nèi)精密度(RSD)在2.74%～6.54%，日間精密度(RSD)在3.04%～7.56%，檢出限(LOD)為0.012～0.133 ng/g。與傳統(tǒng)方法相比，該方法檢測(cè)時(shí)間顯著縮短，有機(jī)溶劑消耗較少，更符合綠色分析要求，并可降低分析成本，

能夠較好地應(yīng)用于電子煙液中16種多環(huán)芳烴的測(cè)定，實(shí)際應(yīng)用價(jià)值高。

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Determination of 16 PAHs in E-cigarette by Supported Liquid Extraction Gas Chromatography Mass Spectrometry

WANG Chao1, QIN Ya-qiong2*, LI He-lin1et a

(1. Jilin Tobacco Industrial Co. Ltd., Changchun, Jilin 130031; 2. Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC, Zhengzhou, Henan 450001)

Abstract[Objective] The aim was to use supported liquid extraction gas chromatography - mass spectrometry for determination of 16 PAHs in e-cigarette liquid. [Method] Adding a small amount of water into e-cigarette liquid samples, homogeneous oscillatory fully decentralized in diatomite solid phase supported liquid-liquid extraction column, extraction with cyclohexane and after concentration by GC-MS realizes the e-cigarette liquid of 16 kinds of PAHs determination. [Result] 16 PAHs had good linear relationshp (R2>0.999) within the range of 0.02-1.00 mg/L, the standard recovery rate was 91%-101%, intra day precision(RSD) was 2.74%-6.54%, precision day to day(RSD) was 3.04%-7.56%. The detection limit ranged from 0.012 to 0.133 ng/g. [Conclusion] Compared with traditional method, this method can significantly shorten detection time, reduce consumption of organic solvent, decrease analysis cost, which meets the requirements of green analysis.

Key wordsDiatomite solid liquid extraction; Gas chromatography-mass spectrometry; Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs); E-cigarette

基金項(xiàng)目國(guó)家青年自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21305159)。

作者簡(jiǎn)介王超(1987- )，女，吉林長(zhǎng)春人，助理工程師，碩士，從事煙草化學(xué)檢測(cè)研究。*通訊作者，工程師，碩士，從事煙草化學(xué)研究。

收稿日期2016-03-16

中圖分類(lèi)號(hào)TS 41+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)10-098-03