GC-TCD 法同時(shí)檢測(cè)加熱不燃燒卷煙氣溶膠水分，及煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的釋放量

王 康，柳 均，肖少紅*，黃 龍，陳 慧，張 婷

1. 湖北省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站，武漢市硚口區(qū)寶豐路6 號(hào) 430030

2. 湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，武漢市東西湖區(qū)金山大道1355 號(hào) 黃鶴樓科技園 430014

近年來，在日趨嚴(yán)峻的控?zé)煭h(huán)境下，加熱不燃燒（Heat-not-burn）卷煙產(chǎn)品正在快速興起［1]。相比于傳統(tǒng)卷煙，其外觀和煙氣產(chǎn)生機(jī)制均有較大不同［2-4]。加熱不燃燒卷煙產(chǎn)品是基于蒸餾技術(shù)，利用外部熱源加熱煙草而不直接燃燒煙支，抽吸間歇煙絲處于非燃燒狀態(tài)，因此因煙草高溫燃燒裂解產(chǎn)生的有害成分大幅降低［5-7]。有研究表明，加熱不燃燒型卷煙產(chǎn)品的安全性高于傳統(tǒng)卷煙［8]。

加熱不燃燒型卷煙產(chǎn)品的氣溶膠組成也和傳統(tǒng)卷煙不同［9]。根據(jù)文獻(xiàn)［10-12]報(bào)道，加熱不燃燒卷煙氣溶膠的主要成分包含水、丙三醇、煙堿以及低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的潛在有害成分等，其中水、丙三醇、1,2-丙二醇所占的比例相比于傳統(tǒng)卷煙煙氣變化較大，CO、多環(huán)芳烴、TSNAs 和酚類化合物等的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大幅下降。目前，國(guó)內(nèi)專門針對(duì)加熱不燃燒型卷煙煙氣組分檢測(cè)方法的報(bào)道較少，相關(guān)文獻(xiàn)中涉及的內(nèi)容大多是參照傳統(tǒng)卷煙煙氣組分的檢測(cè)方法。對(duì)于加熱不燃燒型卷煙，這些傳統(tǒng)方法不僅針對(duì)性不強(qiáng)，而且需對(duì)水分、煙堿、多元醇類等組分進(jìn)行分類檢測(cè)，相對(duì)費(fèi)時(shí)耗力且成本高［13-16]。因此，針對(duì)加熱不燃燒型卷煙氣溶膠組分，開發(fā)了一種能對(duì)加熱不燃燒卷煙氣溶膠中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)的方法，旨在為加熱不燃燒型卷煙氣溶膠主要成分的快速測(cè)定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

編號(hào)為1#、2#、3#和4#的4 個(gè)IQOS 系列加熱不燃燒型卷煙樣品（美國(guó)Philip Morris International 公司），其中2#和3#樣品為薄荷口味。

煙堿標(biāo)準(zhǔn)品（≥99%，國(guó)家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心提供）；丙三醇、1,2-丙二醇、薄荷醇，1,3-丁二醇、正丁醇（內(nèi)標(biāo)）（≥99%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；三乙酸甘油酯［≥99.5%，阿拉丁試劑（上海）有限公司]；異丙醇（色譜純，德國(guó)CNW 科技公司）。

加熱不燃燒型卷煙的加熱裝置（美國(guó)Philip Morris International 公司）；7890A 氣相色譜儀（配有熱導(dǎo)檢測(cè)器），DB-1701 型（30 m×0.32 mm，1.0 μm）、DB-5 型（30 m×0.32 mm，1.0 μm）、DB-1 型（30 m×0.32 mm，1.0 μm）、DB-INNOWAX 型（30 m×0.32 mm，1.0 μm）彈性石英毛細(xì)管色譜柱（美國(guó)Agilent 公司）；HY-5 調(diào)速回旋振蕩器（常州國(guó)華電器有限公司）；AL204 電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；200 μL、1 000 μL、10 mL移液器（美國(guó)Gilson Inc.公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

按照加拿大深度抽吸模式進(jìn)行卷煙抽吸。將捕集了3 支卷煙樣品總粒相物的劍橋?yàn)V片放入萃取瓶中，加入20 mL 含內(nèi)標(biāo)的異丙醇萃取劑（萃取劑中內(nèi)標(biāo)物正丁醇、1,3-丁二醇的濃度分別為2.0、0.2 mg/mL），振蕩40 min 后，取1 mL 萃取液至色譜瓶中，進(jìn)行GC-TCD 分析。分析條件：

色譜柱：DB-1701 型毛細(xì)管柱；升溫程序：80 ℃（2.5 min）250 ℃（3 min）；進(jìn)樣口溫度：260 ℃；TCD 檢測(cè)器溫度：260 ℃；載氣：氦氣，恒流模式，1.5 mL/min；尾吹氣氦氣流速：30 mL/min；進(jìn)樣體積：1 μL；進(jìn)樣模式：分流進(jìn)樣；分流比：5∶1。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制

分別稱取一定量的水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇，加入異丙醇中，配制成標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，其中水和丙三醇的濃度分別為60 和30 mg/mL，其余化合物的濃度均為6 mg/mL。取5 個(gè)萃取瓶，分別加入0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 mL標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液后，再分別加入20 mL 含內(nèi)標(biāo)的異丙醇溶液，配制成5 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 內(nèi)標(biāo)的選擇

選擇與目標(biāo)物理化性質(zhì)相近的物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)，可以修正進(jìn)樣誤差，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于總粒相物中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異較大，因此，本研究中采用雙內(nèi)標(biāo)進(jìn)行定量測(cè)定。根據(jù)文獻(xiàn)［15, 17-19]的報(bào)道和本課題組前期實(shí)驗(yàn)篩查結(jié)果，最終選擇以正丁醇為內(nèi)標(biāo)對(duì)水分進(jìn)行定量，以1,3-丁二醇為內(nèi)標(biāo)對(duì)煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇進(jìn)行定量測(cè)定。正丁醇和1,3-丁二醇的保留時(shí)間分別為3.6 和5.7 min，與樣品中的其他成分無重疊，峰形對(duì)稱性較好（圖1），適合用作內(nèi)標(biāo)。

2.2 色譜柱的選擇

圖1 DB-1701 色譜柱分離標(biāo)樣的色譜圖Fig.1 Chromatogram of reference standards separated by DB-1701 column

先 后 考 察 了DB-1、DB-5、DB-1701 和DBINNOWAX 共4 種不同極性色譜柱的分離效果。采用DB-1 和DB-5 色譜柱，1,2-丙二醇和丙三醇的峰形變寬，這可能是因?yàn)?,2-丙二醇和丙三醇的極性較強(qiáng)，在非極性和弱極性的色譜柱中分離效果較差，容易因吸附而引起色譜峰拖尾［17,20]。煙堿和1,2-丙二醇在強(qiáng)極性的DB-INNOWAX 色譜柱中保留時(shí)間較長(zhǎng)，因此分析時(shí)間較長(zhǎng)，不利于大批量樣品的測(cè)定。相比之下，采用DB-1701 色譜柱分離6 種目標(biāo)物的效果較理想，色譜峰分離完全，峰型較好，尖銳對(duì)稱無拖尾，出峰快，僅需10 min即可完成一次分析；既能滿足低濃度組分檢測(cè)靈敏度的要求，又對(duì)高濃度組分的進(jìn)樣量不過載。故選擇采用DB-1701 色譜柱進(jìn)行樣品分析。

2.3 色譜峰定性

利用保留時(shí)間定性是GC 分析中最常用的方法。當(dāng)色譜條件相同時(shí)，同一物質(zhì)具有相同的保留時(shí)間。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)溶液中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的GC 保留時(shí)間與氣溶膠萃取液中組分的GC 保留時(shí)間確定目標(biāo)物。同時(shí)利用峰高加入法確認(rèn)目標(biāo)物：將標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)加入到萃取液中后，與未加標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的試樣色譜圖進(jìn)行比較，如果峰高增加，即認(rèn)為加入的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與試樣中的待測(cè)組分為同一化合物。

2.4 萃取時(shí)間的比較

根據(jù)文獻(xiàn)［21-22]報(bào)道，選用異丙醇作為萃取溶劑?？疾炝?0、20、30、40、50 和60 min 6 個(gè)不同時(shí)間條件下6 種目標(biāo)物的萃取結(jié)果。結(jié)果（表1）表明，隨振蕩萃取時(shí)間的延長(zhǎng)，測(cè)定值總體上呈增大的趨勢(shì)；不同組分達(dá)到平衡所需要的時(shí)間不同，但是在40 min 后，6 種組分的量均逐漸達(dá)到平衡。因此，選擇振蕩萃取時(shí)間為40 min。

表1 萃取時(shí)間對(duì)加熱不燃燒型卷煙氣溶膠6 種組分萃取量的影響Tab.1 Effects of extraction times on extraction efficiencies of six components in aerosol of heat-not-burn product （mg·支-1）

2.5 方法學(xué)考察

2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線與檢測(cè)限

將配制的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行GC-TCD 分析，采用內(nèi)標(biāo)法定量。以各目標(biāo)物濃度與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)標(biāo)濃度之比為縱坐標(biāo)，各個(gè)目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)的峰面積比值為橫坐標(biāo)，得到各個(gè)目標(biāo)物的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)；將最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)進(jìn)樣8 次，分別以測(cè)定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3 倍和10倍確定方法的檢出限和定量限。結(jié)果（表2）顯示，6 種目標(biāo)物的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999；各目標(biāo)物的定量限遠(yuǎn)低于煙氣萃取液中目標(biāo)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，滿足加熱不燃燒卷煙氣溶膠成分分析的檢測(cè)要求。

表2 目標(biāo)化合物的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限Tab.2 Calibration curves, regression coefficients, LODs and LOQs of target components

2.5.2 精密度和回收率

將氣溶膠萃取液均分為4 份，以其中1 份為參比，向另外3 份中分別添加不同體積的水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成高、中、低3 個(gè)濃度水平的樣品，每個(gè)添加水平重復(fù)實(shí)驗(yàn)3 次。按照本方法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，并根據(jù)參比樣中目標(biāo)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、加標(biāo)量和加標(biāo)后檢測(cè)值計(jì)算方法的加標(biāo)回收率。結(jié)果（表3）表明，水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的加標(biāo)回收率分別在95.1%～107.7%、96.0%～108.0%、98.5%～109.2%、96.1%～104.2%、96.3%～104.3%和101.4%～103.9%之間。將添加中等濃度水平的樣品重復(fù)測(cè)定6 次，計(jì)算得到水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）分別為1.77%、2.87%、3.37%、4.13%、4.28%和2.26%。因此，本方法重復(fù)性較好，回收率較高。

表3 方法的加標(biāo)回收率Tab.3 Spiked recoveries of this method

2.6 方法比較

為驗(yàn)證本方法，采用本方法和國(guó)標(biāo)中主流煙氣煙堿［21]和水分檢測(cè)方法［23]同時(shí)測(cè)定了8 個(gè)含有不同濃度煙堿和水分的萃取液樣品。結(jié)果（表4）表明，本方法與國(guó)標(biāo)方法所得結(jié)果的一致性較好。

表4 采用本方法和國(guó)標(biāo)方法對(duì)樣品中煙堿和水分的測(cè)定結(jié)果Tab.4 Test results of nicotine and moisture obtained by this method and the standard method（mg·支-1）

2.7 實(shí)際樣品分析

圖2 為經(jīng)色譜柱分離后加熱不燃燒卷煙氣溶膠樣品的色譜圖。應(yīng)用本方法對(duì)4 個(gè)樣品進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表5 所示。可知，所有樣品中均檢出了1,2-丙二醇、丙三醇、三乙酸甘油酯，在兩個(gè)薄荷口味卷煙氣溶膠樣品中均檢出了薄荷醇。

圖2 加熱不燃燒卷煙氣溶膠樣品的色譜圖Fig.2 Chromatogram of aerosol of heat-not-burn sample

表5 4 個(gè)加熱不燃燒卷煙樣品氣溶膠分析結(jié)果Tab.5 Results of aerosol analysis of four heat-not-burn tobacco product samples （mg·支-1）

3 結(jié)論

①建立了采用劍橋?yàn)V片捕集加熱不燃燒卷煙的氣溶膠，雙內(nèi)標(biāo)物定量，同時(shí)測(cè)定氣溶膠萃取液中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的氣相色譜-熱導(dǎo)檢測(cè)器（GC-TCD）方法。②本方法前處理簡(jiǎn)單、分析速度快、定量準(zhǔn)確、靈敏度高、重復(fù)性好，適用于加熱不燃燒卷煙氣溶膠主要成分的快速定量檢測(cè)。