極性攪拌棒吸附萃取-熱脫附-氣相色譜/質(zhì)譜法測定主流煙氣捕集液中4種酚類物質(zhì)

李 晶, 劉 欣, 倪朝敏, 陳建華, 王曉輝, 耿永勤, 伊奧爾, 李雪梅*

(云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心,昆明云南 650106)

卷煙煙氣是個復(fù)雜的體系，成分大概有4 000多種[1]，卷煙抽吸時這些成分與口腔唾液相互作用，從而引起抽吸者感官反應(yīng)[2 - 3]。因此，對于唾液吸收的這部分化學(xué)物質(zhì)的分析具有重要的現(xiàn)實意義。已有研究表明，煙氣中部分酚類物質(zhì)對呼吸道具有刺激性，可造成辣味、澀味或不干凈等不良的抽吸感官感受[4 - 5]，因此研究煙氣捕集液中酚類物質(zhì)的含量可以為酚類物質(zhì)與卷煙抽吸品質(zhì)相關(guān)性研究，以及煙氣對抽吸者作用和感官刺激反應(yīng)提供數(shù)據(jù)支持。

攪拌棒吸附萃取(Stir Bar Sorptive Extraction,SBSE)是一種集攪拌和萃取于一體的固相萃取技術(shù)，具有富集倍數(shù)高、重復(fù)性好、溶劑消耗少和操作簡單等優(yōu)點[6 - 8]。SBSE作為新型的前處理方法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、水樣、農(nóng)藥殘留等方面的檢測[9 - 11]，目前暫未見利用極性攪拌棒應(yīng)用于煙氣成分分析的報道。常規(guī)卷煙煙氣中酚類物質(zhì)的檢測主要采用濾片捕集，液相色譜進(jìn)行檢測[12]，但是這樣的捕集方式與實際煙氣在口腔中的擴(kuò)散方式有很大區(qū)別，因此煙氣中的化學(xué)物質(zhì)與抽吸感受相關(guān)性不強(qiáng)。本實驗以模擬煙氣在吸煙者口腔擴(kuò)散吸附后的煙氣捕集液為研究對象，開展煙氣感官感受與化學(xué)成分相互作用的科學(xué)研究。但是由于采用模擬煙氣擴(kuò)散的過程，煙氣捕集液中的化學(xué)物質(zhì)含量大大降低，利用普通常規(guī)前處理及檢測方式具有較大的困難，因此采用富集倍數(shù)高、重復(fù)性好、溶劑消耗少的SBSE進(jìn)行樣品前處理，采用GC/MS進(jìn)行定性定量檢測。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

Gerstel TDS-2 熱脫附儀(德國，Gerstel公司)；TC2老化器(德國，Gerstel公司)；Gerstel 極性攪拌磁子(0.5×10 mm，EG -Silicone-SBSE)、熱脫附管(6.0 mm o.d.，4.5 mm i.d.)(德國,Gerstel公司)；Agilent 7890A 型氣相色譜儀，串聯(lián)具有電子轟擊離子源(EI源)的5975C質(zhì)譜檢測器(Agilent 公司)；IKA RH basic2磁力攪拌器(美國，IKA公司)；AE200分析天平(瑞士，METTLER公司)；SK5200型超聲波振蕩器(上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司)。

苯酚、鄰甲酚、間甲酚、對甲酚(純度>98%,美國Sigina公司)。4種標(biāo)準(zhǔn)儲備液濃度均為1 mg/mL,用甲醇配制，4 ℃避光保存。不同濃度工作溶液，用甲醇稀釋儲備液得到。內(nèi)標(biāo)丙酸苯乙酯(純度99.5%，美國Supelco公司)；甲醇(色譜純，Merch公司) ；其余試劑均為分析純，購自西隴化工廠。實驗用水均為Milli-Q純水儀(美國Millipore公司)制備的超純水。

4種卷煙樣品于超市購買。

1.2 熱脫附-氣相色譜/質(zhì)譜分析條件

1.2.1熱脫附分析條件采用溶劑排空模式進(jìn)樣；升溫程序為：初始溫度40 ℃，以60 ℃/min的速度進(jìn)行加熱，加熱至220 ℃后保持3 min；傳輸線溫度為300 ℃；冷阱溫度為-50 ℃，以12 ℃/s的速度升至280 ℃，保持5 min。

1.2.2氣相色譜條件色譜柱：Agilent DB-WAX柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣：氦氣(He)，流速1.0 mL/min；程序升溫：初始溫度40 ℃，保持5 min，以5 ℃/min速度升至230 ℃；進(jìn)樣口溫度：230 ℃，不分流進(jìn)樣。

1.2.3質(zhì)譜條件離子源：EI；離子化能量：70 eV;離子源溫度：230 ℃；監(jiān)測方式：選擇離子模式(SIM)。

1.3 煙氣捕集液制備

(1)煙氣捕集液按照ISO/TR10271[13]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制。具體配制方法為：0.4 g/L NaCl，0.4 g/L KCl,0.795 g/L CaCl2·H2O,0.005 g/L Na2S·2H2O,0.78 g/L NaH2PO4·H2O,1 g/L尿素，溶液用水配制，最后用稀NaOH溶液將模擬唾液調(diào)至pH=6.8±0.5；(2)根據(jù)GB/T 16447-2004的條件[14]，對待測卷煙進(jìn)行平衡，平衡48 h的煙支按照標(biāo)準(zhǔn)抽吸條件進(jìn)行抽吸[15]，煙氣直接通過橡膠管通入實驗室自制煙氣吸收瓶中(煙氣捕集液為20 mL)，模擬人抽吸卷煙時煙氣在口腔中的擴(kuò)散過程，每次抽吸5支卷煙，抽吸完畢后將制備好的煙氣捕集液密封，備用。

1.4 煙氣捕集液的極性攪拌棒吸附萃取

攪拌棒使用前需進(jìn)行老化處理，即在高純氮氣保護(hù)下，將攪拌棒加熱到220 ℃，老化30～60 min，之后冷卻備用。取1 mL 煙氣捕集液于20 mL玻璃瓶中，加入5 μL 200 μg/L內(nèi)標(biāo)丙酸苯乙酯以及4 mL超純水；放入攪拌磁子，蓋好瓶蓋，于900 r/min攪拌吸附萃取60 min。萃取完成后，將攪拌磁子取出用超純水進(jìn)行清洗，利用無塵紙進(jìn)行干燥，待脫附進(jìn)樣。

2 結(jié)果與討論

2.1 SBSE萃取條件優(yōu)化

本實驗以加入4種酚類標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為50 μg/L)的空白收集液(沒收集煙氣)為考察對象，將萃取轉(zhuǎn)速保持為900 r/min，室溫下研究萃取時間對萃取效率的影響。萃取時間對萃取效率的影響見圖1，最佳萃取時間優(yōu)化為60 min。將萃取時間保持為60 min，室溫下研究萃取轉(zhuǎn)速對萃取效率的影響,見圖2，萃取轉(zhuǎn)速優(yōu)化為900 r/min。

圖1 萃取時間對萃取效率的影響圖Fig.1 Effect of extraction time on extraction efficiencya:phenol;b:o -cresol;c:m -cresol;d:p -cresol.

圖2 萃取轉(zhuǎn)速對萃取效率的影響圖Fig.2 Effect of rotation rate on extraction efficiencya:phenol;b:o -cresol;c:m -cresol;d:p -cresol.

2.2 熱脫附條件優(yōu)化

攪拌棒進(jìn)行吸附萃取后,通過熱脫附進(jìn)行目標(biāo)物的轉(zhuǎn)移。本實驗對熱脫附影響較大的因素進(jìn)行了優(yōu)化考察，包括熱脫附溫度、熱脫附時間以及冷阱溫度。采取正交試驗法，每個因素選取3個水平進(jìn)行考察，以加入4種酚類標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為50 μg/L)空白收集液(沒收集煙氣)為考察對象進(jìn)行萃取，采用不同熱脫附條件進(jìn)行分析，比較4種酚類物質(zhì)總峰面積大小以確定較優(yōu)的水平組合，正交試驗結(jié)果見表1。結(jié)果表明，3個因素對熱脫附結(jié)果的影響大小依次為：熱脫附溫度(A)>冷阱溫度(C)>熱脫附時間(B)。優(yōu)化的熱脫附條件為：萃取后的攪拌棒在220 ℃下脫附3 min，于-50 ℃下進(jìn)行收集。

表1 正交實驗方案及結(jié)果

圖3 攪拌棒吸附萃取-熱脫附-GC/MS分析4種酚類物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)樣品色譜圖Fig.3 Chromatograms of 4 phenols standards extracted by polar stir bar sorptive extraction and thermal desorption coupled with gas chromatography-mass spectrometryPeaks:1:internal standard(IS);2:phenol;3:o -cresol;4:p -cresol;5:m -cresol.

2.3 方法評價

利用優(yōu)化的條件，分別對所配制的系列濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行攪拌棒萃取，并通過熱脫附-GC/MS進(jìn)行分析測定，采用全掃模式進(jìn)行定性，選擇離子掃描方式進(jìn)行定量。表2匯總了4種目標(biāo)物質(zhì)的定量和定性選擇離子，4種酚類的標(biāo)準(zhǔn)色譜圖見圖3。

在樣品基質(zhì)中加入不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用優(yōu)化的條件進(jìn)行定量分析，以分析物峰面積(y)對其濃度(x)作圖，考察了方法的線性相關(guān)系數(shù)、檢出限和線性范圍，實驗結(jié)果見表3。實驗考察了的樣品溶液中添加低、中、高3種不同濃度(10、50、100 μg/L)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個添加水平平行測定5次，進(jìn)行加標(biāo)回收率和精密度的測定，結(jié)果詳見表4。

表2 4種目標(biāo)物質(zhì)GC-MS分析條件

表3 方法的線性實驗結(jié)果和檢出限

表4 4種酚類物質(zhì)的加標(biāo)回收率和精密度(n=5)

圖4 卷煙煙氣捕集液中4種酚類物質(zhì)色譜圖Fig.4 Chromatogram of 4 phenols in the mainstream smoke trapped solution Peaks:same as Fig.3.

2.4 實際樣品分析

選取市售的4種卷煙樣品，按照本文方法進(jìn)行熱脫附-GC/MS分析，其中某卷煙煙氣捕集液分析的色譜圖見圖4。對4種市售卷煙煙氣吸收液中4種酚類進(jìn)行計算，結(jié)果見表5。表5匯總了4種卷煙煙氣捕集液中4種酚類物質(zhì)的含量以及4種卷煙的抽吸感官評價結(jié)果，可以看出不同卷煙煙氣中的酚類含量不同，結(jié)合感官評價結(jié)果，發(fā)現(xiàn)苯酚、對甲酚和間甲酚的量與抽吸感官評價結(jié)果之間可能具有一定的相關(guān)性。

表5 4種市售卷煙煙氣捕集液中酚類含量及感官評價結(jié)果匯總表

3 結(jié)論

本研究利用極性攪拌棒SBSE萃取煙氣捕集液中的4種酚類物質(zhì)(苯酚、鄰甲酚、對甲酚、間甲酚)，進(jìn)行了萃取條件、熱脫附條件的優(yōu)化，采用優(yōu)化后的條件，可以較好地對煙氣捕集液中的4種酚類物質(zhì)進(jìn)行分析測定；結(jié)合卷煙感官評價結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)與口腔刺激可能存在相關(guān)性。建立的方法前處理操作簡便，溶劑消耗少，靈敏度高，可以用于煙氣捕集液中4種酚類物質(zhì)的檢測。

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