微波消解-ICP-MS法快速測(cè)定卷煙煙絲中鉀?鈣和鎂的含量

楊金龍 朱萍 程利俠 郝華玲 呂長(zhǎng)平

摘要 [目的]快速分析卷煙煙絲中鉀（K）、鈣（Ca）和鎂（Mg）的元素含量。[方法]建立微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法同時(shí)測(cè)定煙絲中K、Ca和Mg含量的方法。[結(jié)果]該方法對(duì)卷煙煙絲中K、Ca和Mg元素的校準(zhǔn)曲線(xiàn)相關(guān)系數(shù)r>0.999，回收率依次為97.84%、95.43%和89.80%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）分別為1.19%、1.46%和1.82%。[結(jié)論]該方法能快速準(zhǔn)確地測(cè)定卷煙煙絲中K、Ca和Mg的含量。

關(guān)鍵詞 ICP-MS;卷煙煙絲;鉀;鈣;鎂

中圖分類(lèi)號(hào) TS41+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）34-0164-02

眾多研究報(bào)道顯示，煙草中的鉀（K）、鈣（Ca）和鎂（Mg）含量是調(diào)節(jié)卷煙燃燒性能的一個(gè)重要參數(shù)。這是因?yàn)殁浀拇嬖诓粌H能有效降低卷煙燃燒溫度和提高燃燒效率，而且還能減少CO和焦油在煙氣中的釋放量;鈣是煙草中的主要礦物元素之一，它對(duì)于鉀離子的吸收有促進(jìn)作用;而鎂鹽則對(duì)于煙支的包灰性能有作用[1-4]。目前，煙草及煙用材料中K、Ca和Mg含量的測(cè)定方法主要有火焰原子吸收光譜法、連續(xù)流動(dòng)法和離子色譜法等[5-7]，但是這些方法往往前處理過(guò)程麻煩，檢測(cè)速度慢等。因此，如何更加準(zhǔn)確快速地測(cè)定煙草和煙草制品中的K、Ca和Mg含量就成為一項(xiàng)重要的工作。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）作為20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，具有靈敏度高、檢出限低、光譜干擾小和快速準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品和煙草等領(lǐng)域[8-10]。同時(shí)發(fā)現(xiàn)微波消解作為化學(xué)元素分析中最常用的前處理方式之一，其相對(duì)于濕法消解，具有能夠迅速加熱樣品，還能有效地防止樣品中元素的揮發(fā)和污染[11]。但是，目前采用ICP-MS法測(cè)定煙草中K、Ca和Mg含量的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。鑒于此，筆者建立了微波消解-ICP-MS法快速測(cè)定卷煙煙絲中的K、Ca和Mg含量的方法，以期達(dá)到快速、準(zhǔn)確測(cè)定的目的，也為科學(xué)合理地評(píng)價(jià)卷煙的理化特性提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Agilent 7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS），美國(guó)Agilent公司;Milli-Q超純水機(jī)，美國(guó)Millipore公司;微波消解儀（Multiwave 3000型），Anton Paar公司;電子分析天平（MSA224S-CE型），德國(guó)Sartorius公司。

硝酸（65%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，優(yōu)純級(jí)），德國(guó)默克公司;雙氧水（35%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，優(yōu)純級(jí)），美國(guó)Acros公司;多元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1 000 mg/L）購(gòu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心;超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）;高純氬氣（純度≥99.999%）。所有器皿均用20%硝酸浸泡24 h后用超純水沖洗備用。

1.2 分析方法

1.2.1 儀器工作條件。

采用10 μg/L的調(diào)諧液調(diào)試儀器，使電感耦合等離子體質(zhì)譜儀達(dá)到最佳工作條件，即靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率等各項(xiàng)參數(shù)都達(dá)到檢測(cè)要求，經(jīng)優(yōu)化的ICP-MS工作參數(shù)為：測(cè)量模式為He碰撞模式;射頻功率為1 550 W;等離子氣體流量為15.0 L/min;載氣流量為1.0 L/min;輔助氣流量為1.0 L/min;霧化室溫度為2 ℃;獲取模式為全定量分析;重復(fù)次數(shù)為3次。

1.2.2 樣品的制備與測(cè)定。

參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法《YC/T 380—2010 煙草及煙草制品鉻、鎳、砷、硒、鎘、鉛的測(cè)定 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀法》[12]進(jìn)行分析測(cè)試。準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2 g（精確至0.000 1 g）煙草樣品放置于微波消解罐中，依次加入5 mL 65%硝酸和2 mL 35%雙氧水，旋緊密封后進(jìn)行微波消解。消解程序如表1所示。冷卻至室溫后，將消解罐內(nèi)的試樣溶液用超純水沖洗2次，所得洗液一起合并于50 mL容量瓶中，超純水定容至50 mL，混合搖勻。用同樣的方法制備試劑空白溶液。

定容后的樣品經(jīng)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定，K、Ca和Mg元素選擇豐度較高、干擾較少的同位素為測(cè)量對(duì)象，對(duì)應(yīng)分別為39K、44Ca和24Mg。同時(shí)選擇45Sc為內(nèi)標(biāo)。通過(guò)內(nèi)標(biāo)法定量，以待測(cè)元素與相應(yīng)內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)值之比對(duì)待測(cè)元素濃度用最小二乘法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)擬合，再計(jì)算出卷煙煙絲樣品中的K、Ca和Mg元素的濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)試過(guò)程的干擾

ICP-MS在測(cè)試過(guò)程中的干擾主要有質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾。質(zhì)譜干擾通常多有雙電荷離子和多原子等造成，多通過(guò)采用碰撞/反應(yīng)池技術(shù)，氦碰撞模式、干擾校正方程以及優(yōu)化儀器條件來(lái)消除，如雙電荷和氧化物干擾降到3%以下。在該試驗(yàn)中，雙電荷為1.24%，氧化物為0.9%，以及用純度達(dá)到99.999%的高純度氬氣作為ICP-MS的碰撞反應(yīng)氣體。而針對(duì)ICP-MS測(cè)定過(guò)程中由樣品基體造成的非質(zhì)譜干擾，通常采用在線(xiàn)加入內(nèi)標(biāo)和樣品稀釋的方法來(lái)改善由信號(hào)漂移和基體效應(yīng)對(duì)測(cè)定產(chǎn)生的影響[13]。

2.2 工作曲線(xiàn)和檢出限

分別移取一定量的多元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，以5%硝酸稀釋?zhuān)渲茲舛忍荻确謩e為0.5、1、10、20、50、100 mg/L的K、Ca和Mg的多元素混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。在線(xiàn)加入內(nèi)標(biāo)溶液，然后用ICP-MS測(cè)定，測(cè)得K、Ca和Mg元素的線(xiàn)性回歸方程和相關(guān)系數(shù)，詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)表2。同時(shí)，取最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析，重復(fù)測(cè)定10次，以測(cè)定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的檢出限，結(jié)果見(jiàn)表2。

2.3 精密度和回收率

稱(chēng)取同一樣品6份，采用該方法進(jìn)行微波消解和ICP-MS分析測(cè)定，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。如表3顯示，各元素測(cè)定結(jié)果的精密度RSD在1.19%～1.82%，滿(mǎn)足分析要求，說(shuō)明該方法重復(fù)性較好，精密度較高。

以已知K、Ca和Mg含量的樣品為本底，在樣品中準(zhǔn)確加入一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行回收率試驗(yàn)。然后根據(jù)樣品原含量、加標(biāo)量和加標(biāo)后樣品含量計(jì)算回收率。結(jié)果表明，K、Ca和Mg的加標(biāo)回收率分別為97.84%、95.43%、89.80%，能夠滿(mǎn)足分析要求。

2.4 應(yīng)用

任意選取市面2種牌號(hào)（標(biāo)記為A和B）的卷煙，采用該方法進(jìn)行卷煙煙絲中K、Ca和Mg含量的測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，不同牌號(hào)卷煙的煙絲中K、Ca和Mg含量都有差異，這主要是由于不同牌號(hào)卷煙的葉組配方不同造成的。

3 結(jié)論

采用了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定卷煙煙絲中K、Ca和Mg的含量。經(jīng)方法精密度和回收率試驗(yàn)證明，該方法具有操作簡(jiǎn)單、分析快速、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，適合卷煙煙絲中K、Ca和Mg含量的同時(shí)測(cè)定。

參考文獻(xiàn)

[1]周順，王孝峰，寧敏，等.鉀鹽對(duì)煙草燃燒熱解特性的作用機(jī)制[J].煙草科技，2016，49（11）：33-41.

[2]葉靈，李超，李穎，等.鉀鹽對(duì)煙草燃燒特性及煙氣成分的影響研究[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，38（1）：105-111.

[3]邱軍，王允白，付秋娟，等.近紅外光譜法快速測(cè)定煙草中的鈣[J].煙草科技，2006（2）：31-3 36.

[4]斯文，林墾，朱書(shū)秀，等.微波消解動(dòng)態(tài)反應(yīng)池模式電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定卷煙紙中助燃劑含量[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，32（4）：589-592.

[5]王穎，張威，李雪，等.干法灰化-離子色譜法測(cè)定煙草中的鉀、鈣和鎂[J].煙草科技，2012（1）：43-46.

[6]王洪波，郭軍偉，彭斌，等.超聲提取-連續(xù)流動(dòng)法快速測(cè)定卷煙紙中鉀、鈉和鈣的含量[J].煙草科技，2011（11）：30-3 35.

[7]國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局.卷煙紙中鉀、鈉、鈣、鎂的測(cè)定 火焰原子吸收光譜法：YC/T 274—2008[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[8]石杰，李力，胡清源，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜及其在煙草分析中的應(yīng)用進(jìn)展[J].煙草科技，2006（8）：46-50.

[9]胡清源，李力，石杰，等.微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定煙草中27中元素[J].光譜學(xué)與光譜分析，2007，27（6）：1210-1213.

[10]李業(yè)軍，張青，李永太.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定土壤中重金屬元素[J].當(dāng)代化工，2015，44（4）：864-867.

[11]劉賢杰，張亮，王穎，等.微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)試煙用香精及料液中6項(xiàng)重金屬[J].廣東化工，2013，40（9）：144，153.

[12]國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局.煙草及煙草制品 鉻、鎳、砷、硒、鎘、鉛的測(cè)定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法：YC/T 380—2010[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[13]王洪波，郭軍偉，王曉瑜，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法快速測(cè)定新鮮煙葉中的9中營(yíng)養(yǎng)元素[J].煙草科技，2014（6）：41-44.