主流煙氣中三種稠環(huán)芳烴的同時(shí)測(cè)定

梅雅楠++李燕++單園園++趙銘欽++孔德輝++史龍飛++宋正熊

摘要：建立了氣相色譜三重串聯(lián)四極桿質(zhì)譜（GC-MS/MS）同時(shí)測(cè)定煙草主流煙氣中苯并[a]蒽、Chrysene和苯并[a]芘 3種稠環(huán)芳烴的方法。以吸煙機(jī)抽吸卷煙，并以劍橋?yàn)V片捕集卷煙主流煙氣，然后以含9-苯基蒽內(nèi)標(biāo)的環(huán)己烷溶液萃取濾片，萃取液經(jīng)針式過(guò)濾器過(guò)0.22 μm有機(jī)濾膜后以GC-MS/MS進(jìn)行分離測(cè)定。結(jié)果表明：3種稠環(huán)芳烴在濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好（R2≥0.9991），檢測(cè)限和定量限分別均在0.83～1.72 ng/支和2.77～5.82 ng/支之間，回收率為80.1%～106.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%。該方法前處理簡(jiǎn)單、靈敏度高、穩(wěn)定性好，適用于卷煙主流煙氣中稠環(huán)芳烴的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：主流煙氣；稠環(huán)芳烴；氣相色譜三重串聯(lián)四極桿質(zhì)譜（GC-MS/MS）

中圖分類號(hào)：S572文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）06-0135-05

AbstractA method of triple quadrupole mass spectrometer with gas chromatography （GC-MS/MS） was established to determine three polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs），including Benzo [a]anthracene， Chrysene and Benzo [a]pyrene，in mainstream cigarette smoke. After being pumped by smoking machine，the Cambridge filter pad was used to collect the mainstream cigarette smoke. Then the filter pad was extracted by cyclohexane solution containing 9-Phenylanthracene as the internal standard. The extract was filtrated by 0.22 μm organic syringe filters. Finally， the filtering medium was detected using GC-MS/MS. The results showed that three PAHs displayed good linearity （R2≥0.9991） in the concentration range. The limit of detection and limit of quantitation was 0.83～1.72 ng/cig and 2.77～5.82 ng/cig， respectively.The recovery rate ranged from 80.1% to 106.2% with the relative standard deviations （RSDs） of less than 5%. This method was simple， accurate and stable，which was suitable for the determination of PAHs in mainstream cigarette smoking.

KeywordsMainstream cigarette smoke； Polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs）； Triple quadrupole mass spectrometer with gas chromatography （GC-MS/MS）

稠環(huán)芳烴又稱多環(huán)芳烴，是一類存在于大氣、植物體、污水、汽車尾氣等中的常見(jiàn)化學(xué)物質(zhì)。卷煙煙氣中稠環(huán)芳烴的種類多達(dá)數(shù)百種，是煙草有機(jī)物在高溫缺氧條件下不完全燃燒的產(chǎn)物或高溫裂解的副產(chǎn)品。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（ IARC） 對(duì)卷煙煙氣中的稠環(huán)芳烴進(jìn)行動(dòng)物致癌試驗(yàn)表明， 以苯并[a]芘（Benzo[a]pyrene，BaP）為代表性的多環(huán)芳烴屬于完全致癌的化合物，苯并[a]蒽（Benzo[a]anthracene）和Chrysene屬于可能致癌的化合物，其中BaP是國(guó)家煙草專賣局重點(diǎn)關(guān)注的7種煙氣有害物之一[1-3]。

文獻(xiàn)報(bào)道的測(cè)定方法主要有紙層析法（PC）、薄層色譜法（TLC）、熒光分光光度法、氣相色譜法（GC）、高效液相色譜法（HPLC）和氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）。由于具有自動(dòng)、連續(xù)、聯(lián)用能力強(qiáng)等特點(diǎn)，HPLC[4，5]和GC-MS [6-9]是目前BaP分析檢測(cè)中最常用的兩種方法，其中GC-MS法是目前我國(guó)卷煙煙氣粒相物中BaP分析的標(biāo)準(zhǔn)方法[10]。隨著現(xiàn)代分析儀器的發(fā)展，在GC-MS的基礎(chǔ)上又衍生出測(cè)定BaP 的新方法。何智慧等[11]建立了用凝膠滲透色譜（GPC）聯(lián)用GC-SIM-MS法測(cè)定卷煙主流煙氣中BaP的方法。周仕祿等[12]采用程序升溫汽化（PTV）大體積進(jìn)樣與GC-MS-SIM聯(lián)用，檢測(cè)了卷煙主流煙氣中的BaP，并優(yōu)化了PTV-GC-MS-SIM檢測(cè)卷煙煙氣BaP的參數(shù)；樣品經(jīng)反相C18-SPE純化后的洗脫液不需濃縮，直接應(yīng)用PTV技術(shù)進(jìn)樣，可以提高洗脫液的利用率，縮短分析時(shí)間，提高靈敏度。

目前，測(cè)定煙草中稠環(huán)芳烴的標(biāo)準(zhǔn)方法中，樣品需要凈化、富集、濃縮等過(guò)程，存在前處理繁瑣、耗時(shí)、有機(jī)溶劑使用量大等不足，且現(xiàn)有檢測(cè)方法的靈敏度較低，分析方法較為繁瑣冗長(zhǎng)，GC-MS/MS法可顯著提高稠環(huán)芳烴檢測(cè)的靈敏度。因此，本試驗(yàn)擬采用GC-MS/MS法，以9-苯基蒽作為內(nèi)標(biāo)，通過(guò)對(duì)樣品前處理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，探索一種快速、高效、準(zhǔn)確地測(cè)定卷煙主流煙氣中稠環(huán)芳烴的方法，為減害降焦提供技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1儀器

氣-質(zhì)聯(lián)用儀：氣相7890B系統(tǒng)，質(zhì)譜7000C Triple Quad（Agilent Technologies公司）；電子天平：New Classic MF型（瑞士Mettler Toledo公司），感量0.000 1 g；Milli-Q超純水儀（美國(guó)Millipore公司）；KQ-500GVDV型雙頻恒溫?cái)?shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；SM450直線型20孔道吸煙機(jī)（英國(guó)Cerulean公司）。

1.2材料與試劑

測(cè)試卷煙由中國(guó)煙草總公司青州煙草研究所對(duì)初烤煙葉進(jìn)行統(tǒng)一加工，統(tǒng)一編碼，不加香加料，單一原料卷制，不加濾嘴，煙支卷制規(guī)格為：長(zhǎng)度70 mm，直徑24. 5 mm。選取參比卷煙CM8作為對(duì)照樣品。

苯并[a]芘、苯并[a]蒽、Chrysene、9-苯基蒽標(biāo)樣（美國(guó) Accustandard 公司）；環(huán)己烷，色譜純?cè)噭绹?guó) Fisher 公司）。

1.3定量標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

內(nèi)標(biāo)工作溶液配制：準(zhǔn)確稱取3.2 mg 9-苯基蒽，用環(huán)己烷溶解并定容至100 mL棕色容量瓶中，配制成質(zhì)量濃度為32 μg/mL的9-苯基蒽溶液作為內(nèi)標(biāo)工作溶液，于4℃冰箱中存儲(chǔ)，備用。

標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制：準(zhǔn)確移取0.05 mL苯并[a]芘（規(guī)格為0.2 mg/mL）、0.125 mL苯并[a]蒽（規(guī)格為0.2 mg/mL）、0.5 mL Chrysene（規(guī)格為50 μg/mL）標(biāo)準(zhǔn)品，用環(huán)己烷定容至25 mL棕色容量瓶中，配制成濃度分別為400、1 000、1 000 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，于4℃冰箱中存儲(chǔ)。分別移取0.05、0.10、0.25、0.50、1.00、2.00 mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于10 mL棕色容量瓶中，準(zhǔn)確加入62.5 μL內(nèi)標(biāo)溶液，加環(huán)己烷定容，即得標(biāo)準(zhǔn)系列溶液（表1）。

1.4樣品處理與分析

1.4.1煙氣捕集方法和預(yù)處理抽吸前，卷煙煙支首先按照標(biāo)準(zhǔn)方法[13]進(jìn)行重量篩選和吸阻篩選。所用卷煙試驗(yàn)前在（22±1）℃、相對(duì)濕度（60±2）%條件下平衡48 h，然后經(jīng)重量及吸阻分選，挑出均勻一致的試驗(yàn)煙支，使用RM450型20孔道吸煙機(jī)，每口抽吸2 s，體積35 mL，每口間隔58 s，環(huán)境溫度（22±2）℃，相對(duì)濕度（60±5）%，用直徑44 mm劍橋?yàn)V片捕集5支卷煙的煙氣總粒相物，準(zhǔn)確在濾片上加入62.5 μL 9-苯基蒽內(nèi)標(biāo)溶液，然后加入10 mL環(huán)己烷，在室溫（30℃）條件下超聲萃取40 min[14]，靜置30 min后，經(jīng)0.22 μm針式過(guò)濾器過(guò)濾至棕色色譜瓶中，進(jìn)樣檢測(cè)，用內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線定量法定量。

1.4.2氣-質(zhì)分析條件色譜柱為HP-5MS Ultra Inert（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；程序升溫：初始溫度 150℃，升溫速率6℃/min，終了溫度280℃，保持 10 min；MMI進(jìn)樣口，不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣體積：1.0 μL；電離方式：EI；離子源溫度：230℃；傳輸線溫度：280℃；進(jìn)樣口溫度：280℃；MS1四級(jí)桿溫度：150℃，MS2四級(jí)桿溫度：150℃；離子化能：70 eV；He淬滅氣：2.25 mL/min；N2碰撞氣：1.5 mL/min；溶劑延遲：15 min。

掃描方式：MRM，選擇離子為苯并[a]芘、苯并[a]蒽、Chrysene、9-苯基蒽（表2），每個(gè)離子的監(jiān)測(cè)時(shí)間為100 ms。

2結(jié)果與分析

2.1色譜條件的選擇

傳統(tǒng)分析檢測(cè)方法用HP-5MS和DB-5MS色譜柱作為分析柱，本試驗(yàn)選擇超高惰性毛細(xì)管色譜柱HP-5MS Ultra Inert作為分析柱，取得了較好的保留效果，樣品的提取離子色譜圖見(jiàn)圖1。

2.2前處理方式的選擇

稠環(huán)芳烴的前處理方法主要有以下三種：一是溶劑提取[15]，即煙草樣品經(jīng)溶劑萃取后過(guò)濾膜直接進(jìn)樣；二是固相萃取[16，17]，即煙草樣品經(jīng)溶劑提取后，冷卻至室溫，取適量用硅膠固相萃取小柱凈化；三是凝膠滲透色譜凈化[11，14，18，19]，即卷煙煙氣樣品經(jīng)劍橋?yàn)V片捕集、環(huán)己烷超聲萃取、凝膠（GPC）系統(tǒng)分離純化、濃縮后，用氣-質(zhì)聯(lián)用分析測(cè)定或直接進(jìn)行在線凝膠色譜-氣質(zhì)聯(lián)用（在線GPC-GC/MS）測(cè)定。

考慮到稠環(huán)芳烴為弱極性化合物，為降低溶劑使用成本，同時(shí)避免樣品處理過(guò)程中的濃縮、轉(zhuǎn)移、定容等前處理步驟，減少誤差，本試驗(yàn)用10 mL環(huán)己烷在室溫（30℃）條件下超聲萃取40 min，靜置30 min后，用針式過(guò)濾器過(guò)0.22 μm有機(jī)濾膜至棕色色譜瓶中，直接進(jìn)樣檢測(cè)。

2.3工作曲線、定量限、回收率和精密度

對(duì)最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行6次測(cè)定，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為檢出限（LOD），10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為定量限（LOQ），苯并[a]蒽分別為1.72 ng/支和5.78 ng/支，Chrysene分別為0.83 ng/支和2.77 ng/支，苯并[a]芘分別為1.37 ng/支和5.82 ng/支，且在試驗(yàn)范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.9991以上（表3）。

參比卷煙CM8樣品4份，其中1份為參比，另3份分別加入低、中、高不同濃度水平的稠環(huán)芳烴標(biāo)準(zhǔn)樣品，樣品按選定的前處理?xiàng)l件處理，選定色譜條件進(jìn)樣分析，得到苯并[a]蒽的回收率在82.3%～89.7%之間，Chrysene的回收率在81.3%～89.8%之間，苯并[a]芘的回收率在80.1%～106.2%之間（表4），說(shuō)明方法回收率較好。將參比卷煙CM8的3個(gè)不同加入量的樣品分別重復(fù)分析10次，測(cè)得3種稠環(huán)芳烴含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在0.8%～4.8%之間（表4），表明方法的重復(fù)性良好，滿足日常煙氣樣品的檢測(cè)。

2.4實(shí)際樣品分析及其與標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)比

本試驗(yàn)采用ISO標(biāo)準(zhǔn)抽吸模式抽吸10個(gè)不同產(chǎn)區(qū)的卷煙樣品，主流煙氣中3種PAHs的分析結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可以看出，苯并[a]蒽的含量在30.40～63.97 ng/支，Chrysene的含量在40.26～79.95 ng/支，苯并[a]芘的含量在38.21～62.20 ng/支。

所測(cè)3種稠環(huán)芳烴的含量與市售成品卷煙相比均偏高，可能是由于測(cè)試卷煙為無(wú)濾嘴單料煙，煙葉原料沒(méi)有經(jīng)過(guò)醇化處理及配方設(shè)計(jì)，且缺少了濾嘴對(duì)煙氣有害物質(zhì)的截留作用[20-22]。

3結(jié)論

本研究建立了GC-MS/MS法測(cè)定煙草中稠環(huán)芳烴的分析方法，以9-苯基蒽為內(nèi)標(biāo)，環(huán)己烷溶液超聲萃取后經(jīng)針式過(guò)濾器過(guò)0.22 μm有機(jī)濾膜后直接進(jìn)樣，3種目標(biāo)物的檢測(cè)限和定量限分別在0.83～1.72 ng/支和2.77～5.82 ng/支之間，回收率為80.1%～106.2%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.8%～4.8%之間。本方法操作簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確、回收率高、靈敏度高、重復(fù)性好，可用于分析卷煙煙氣中稠環(huán)芳烴。

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