靜態(tài)頂空-氣相色譜-質(zhì)譜法測定煙用絲束中丙酮殘留量

羅 熹， 云 雪， 王加忠， 姬厚偉， 賴東輝， 劉 劍

(貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心， 貴州 貴陽 550009)

丙酮作為一種常用的工業(yè)溶劑，在煙用二醋酸纖維絲束生產(chǎn)過程中主要被用來將二醋酸纖維素片溶解成漿液，經(jīng)過一系列工序加工成產(chǎn)品[1]。由于煙用二醋酸纖維絲束具有特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，使其完全去除殘留的丙酮較為困難，而煙用二醋酸纖維絲束作為卷煙濾嘴主要生產(chǎn)加工原料，其中的丙酮又具一定的危害[2]，其在絲束中的殘留會直接影響到卷煙的吸食安全。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 26-2008明確規(guī)定：殘留丙酮量應(yīng)≤0.3%[3]，但YC/T 169.10-2009所規(guī)定的殘留丙酮的檢測方法較為繁瑣、耗時，已不能滿足當(dāng)前檢測需求[4]，因此尋求快速、簡便、準(zhǔn)確的檢測方法尤為重要。目前丙酮含量的測定方法主要有氣相色譜[5-7]、氣相色譜-質(zhì)譜法[8-9]、高效液相色譜法[10-11]及激光光譜法[12]等。高效液相色譜法通常需要衍生化，較為繁瑣。目前使用較多的是氣相色譜法，因丙酮低沸點的特點，溶劑萃取的前處理方法逐漸被頂空[13-15]、吹掃捕集[16]、吸附管采集[17]、頂空固相微萃取[18-19]和頂空液相微萃取[20]等方法取代。而靜態(tài)頂空分析(Static headspace，SHS)是在密閉容器中和一定溫度下，試樣中的揮發(fā)性有機化合物在氣相和基質(zhì)(液相或固相)之間達(dá)到平衡時，將氣相部分導(dǎo)入儀器分析的一種前處理手段[21-22]，因其快速、高效及無需復(fù)雜的樣品前處理，近年來在食品、醫(yī)藥和化工等多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[23]。針對現(xiàn)有煙用絲束中殘留丙酮含量分析方法的不足，筆者等將SHS與氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)結(jié)合，以建立一種簡便、準(zhǔn)確、快速檢測煙用絲束中殘留丙酮含量的分析測定方法，旨在為煙用絲束的產(chǎn)品質(zhì)量安全提供技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1材料

試驗材料：煙用二醋酸纖維絲束，貴陽卷煙廠提供。

試劑：丙酮(99%，北京百靈威科技有限公司)，三乙酸甘油酯(AR，國藥集團化學(xué)試劑有限責(zé)任公司)，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(HPLC，北京百靈威科技有限公司)，二甲基亞砜(DMSO)(HPLC，北京百靈威科技有限公司)。

儀器：TriplusRSH-Trace1310-ISQLT型氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國thermofisher公司)，ML204型電子分析天平(感量：0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多公司)，Milli-Q Integral純水/超純水系統(tǒng)(德國默克公司)，移液槍1 000 μL(美國eppendorf公司)。

1.2方法

1.2.1標(biāo)準(zhǔn)溶液配制準(zhǔn)確稱取丙酮0.3 g(精確至0.1 mg)置于50 mL容量瓶中，再以三乙酸甘油酯配制定容，配制成濃度為6 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)儲備液。

系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液以三乙酸甘油為溶劑。分別取5 mL、2 mL、1 mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液儲備液于3個50 mL容量瓶中，用三乙酸甘油酯定容，搖勻，分別得到0.6 mg/mL、0.24 mg/mL、0.12 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。分別取5 mL、3 mL、1 mL的0.6 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液于3個50 mL的容量瓶中，用三乙酸甘油酯定容，搖勻。分別得到0.06 mg/mL、0.036 mg/mL、0.012 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.2.2儀器工作條件

1) SHS條件。樣品平衡溫度80℃，樣品環(huán)溫度160℃，傳輸線溫度180℃；樣品平衡時間20 min。樣品瓶加壓壓力130 Kpa，加壓時間0.20 min，充氣時間0.5min。樣品環(huán)平衡時間0.2 min，進樣時間1.0 min。

2) GC-MS條件。色譜柱為TG-624 毛細(xì)管柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm)，進樣口溫度180℃，載氣為高純氦氣(99.999%)，流速1.0 mL/min(恒流模式)，分流比為10∶1。升溫程序：40℃保持2 min，以4℃/min的速率升溫至80℃，再以30℃/min的速率升溫至200℃，保持10 min。傳輸線溫度280℃，離子源溫度290℃，溶劑延遲5 min。電離方式為EI源，電離能量70 eV。掃描方式：全掃描(Scan)和選擇離子檢測(SIM)。

1.2.3目標(biāo)檢測物的定性與定量采用比較保留時間、標(biāo)樣加入法定性，SIM模式下外標(biāo)法定量。其中丙酮的保留時間為7.74 min，定量離子m/z為43，輔助定性離子m/z為58。

1.2.4基質(zhì)校正劑選擇為能有效地消除樣品的基質(zhì)效應(yīng)，準(zhǔn)確地進行定量分析，選擇定量分析樣品與標(biāo)準(zhǔn)溶液具有相同的基質(zhì)。試驗以水、三乙酸甘油酯、DMF和DMSO溶劑為基質(zhì)校正劑，考察不同基質(zhì)校正劑對氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀響應(yīng)面積的影響。

1.2.5頂空條件的優(yōu)化

1) 平衡時間的選擇。將0.12 mg/mL丙酮標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL加入到0.1 g絲束樣品中，平衡溫度為80℃，平衡時間分別為5 min、10 min、15 min、20 min和25 min，進色譜柱進行檢測，考察不同平衡時間對丙酮含量的影響。

2) 平衡溫度選擇。將0.12 mg/mL丙酮標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL加入到0.1 g絲束樣品中，平衡時間20 min，平衡溫度分別為50℃、60℃、70℃、80℃和90℃，進色譜柱進行檢測，考察不同平衡溫度對丙酮含量的影響。

1.2.6試樣重量選擇由于頂空瓶體積是固定的，樣品稱取量的大小決定其占有頂空瓶中的體積大小，其將直接影響待測組分的分配系數(shù)，也直接影響頂空分析靈敏度。樣品量越大待測組分的分配系數(shù)越小，則樣品體積波動所造成的結(jié)果誤差就越大；反之，影響就越小。因此通過不同稱樣量對比分析，確定最佳稱樣量。分別稱取0.05 g、0.1 g、0.15 g、0.2 g和0.3 g絲束樣品于頂空瓶中，加入1 mL三乙酸甘油酯，進行SHS-GC-MS分析，考察不同試樣重量對丙酮響應(yīng)面積的影響。

1.2.7方法學(xué)考察

1) 工作曲線及檢測限。分別對6個不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.6 mg/mL、0.24 mg/mL、0.12 mg/mL、0.06 mg/mL、0.036 mg/mL和0.012 mg/mL)進行SHS-GC/MS分析，采用外標(biāo)法定量，用丙酮色譜峰面積對其質(zhì)量濃度進行回歸分析，得到回歸方程及其相關(guān)系數(shù)，其中y為目標(biāo)化合物色譜峰峰面積，x為相應(yīng)目標(biāo)化合物質(zhì)量濃度。檢出限(LOD)和定量限(LOQ)分別是采用3倍信噪比和10倍信噪比計算。

2) 回收率和重復(fù)性。在已知濃度樣品(0.06 mg/mL)中分別加入0.01 mL、1.2 mg/mL、3.6 mg/mL、6 mg/mL的丙酮溶液，采用SHS-GC-MS法測定相應(yīng)的丙酮并進行回收率和重復(fù)性測定，每個質(zhì)量濃度水平測定6次(n=6)，并根據(jù)測定量、加標(biāo)量和原含量計算回收率。

1.2.8樣品的測定選取不同的5種樣品進行檢測，稱取一定量的樣品置入20 mL頂空瓶中，在篩選的最佳條件下進行測定。

式中:X為試樣中丙酮殘留量(mg/g)，C為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線上讀取的試樣溶液中丙酮的濃度(mg/mL)，C0為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線上讀取的空白試驗中丙酮的濃度(mg/mL)，V為基質(zhì)校正劑的體積(mL)，m為試樣的質(zhì)量(g)。

2結(jié)果與分析

2.1煙用絲束中的丙酮色譜形態(tài)

由圖1可知，待測物的色譜峰峰形良好，無干擾峰，達(dá)到基線分離，能滿足定量分析的要求。

圖1標(biāo)準(zhǔn)樣品(A)和試驗樣品(B)選擇離子色譜圖

Fig.1 Selected ion chromatogram of standard sample (A) and test sample (B)

2.2不同基質(zhì)校正劑對氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀響應(yīng)面積的影響

從圖2可知，在頂空溫度為80℃，三乙酸甘油酯作為基質(zhì)校正劑時，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀響應(yīng)面積最大，水作為基質(zhì)校正劑的響應(yīng)面積最低?？赡苁窃?0℃下水不能溶解絲束形成均勻液體，而三乙酸甘油酯、DMF和DMSO均可在平衡溫度下將絲束溶解并形成均勻液體，使丙酮更容易擴散出來形成氣液平衡，而三乙酸甘油酯作為校正劑待測物的響應(yīng)面積略高于DMF和DMSO的響應(yīng)面積。因此，選用三乙酸甘油酯作為基質(zhì)校正劑。

圖2 不同頂空校正劑的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的響應(yīng)面積

Fig.2 Response area of SHS-GC-MS under different matrix correction agents

2.3不同頂空條件對丙酮含量的影響

2.3.1平衡溫度從圖3可知，丙酮的響應(yīng)隨平衡溫度的升高而增大。為避免溫度越高對色譜柱造成的負(fù)擔(dān)和其他揮發(fā)性成分的干擾，同時保證目標(biāo)分析物的靈敏度，選擇80℃作為頂空平衡溫度。

圖3不同頂空條件下的丙酮含量

2.3.2平衡時間從圖3可知，在試驗條件下，丙酮響應(yīng)色譜圖峰面積平衡時間10～20 min略有上升，20～25 min略有下降。由于丙酮沸點較低，易揮發(fā)，相對平衡時間影響較小，當(dāng)平衡時間為20 min時，即可在氣相和基質(zhì)之間達(dá)到平衡。因此，選擇平衡時間為20 min。

2.4不同試樣質(zhì)量的丙酮響應(yīng)面積

由圖4可知，當(dāng)稱樣量由0.05 g增加到0.15 g時，丙酮的響應(yīng)面積呈線性增加，而0.15 g增加到0.3 g時，丙酮的響應(yīng)面積增加趨緩，主要是由于隨著稱樣量增加，待測組分的分配系數(shù)越小，丙酮氣液分布逐漸達(dá)到飽和所導(dǎo)致。因此，選擇0.1 g稱樣量較為合適。

圖4 不同試樣質(zhì)量的丙酮響應(yīng)面積

2.5工作曲線及方法的檢測限、回收率和精密度

2.5.1工作曲線及方法的檢測限經(jīng)檢測與計算，煙用絲束中丙酮的線性回歸方程為y=-126 470+192 812 000x相關(guān)系數(shù)r=0.999 8，檢出限(LOD)為0.12 μg/g，定量限(LOQ)為0.4 μg/g，測定方法具有較好的線性關(guān)系和較高的靈敏度。

2.5.2加標(biāo)回收率、精密度從表1可知，在已知濃度樣品中加入低(0.012 mg)、中(0.036 mg)、高(0.06 mg)濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的加標(biāo)回收率為102.22%～120.56%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為2.03%～4.13%，表明測定方法的準(zhǔn)確性和精密度較好。

表1丙酮的加標(biāo)回收率和精密度(n=6)

2.6樣品中的丙酮含量

隨機抽取5個樣本進行測定，其丙酮含量分別為0.37 mg/g、0.46 mg/g、0.20 mg/g、0.10 mg/g和0.41 mg/g?？梢?，被檢測樣品均未超標(biāo)，滿足生產(chǎn)需求。

3結(jié)論

試驗通過對頂空基質(zhì)校正劑、頂空平衡溫度和時間、試樣重量等條件的優(yōu)化選擇，建立了煙用絲束中殘留丙酮含量的靜態(tài)頂空-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用方法。最終確定以三乙酸甘油酯作為基質(zhì)校正劑，樣品經(jīng)80 ℃、20 min靜態(tài)頂空后，采用TG-624柱，GC-MS/選擇離子監(jiān)測(SIM)模式檢測，外標(biāo)法定量。該方法加標(biāo)回收率為102.22%～120.56%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD<4.13%，具有重復(fù)性好、準(zhǔn)確性高、快速靈敏等特點，同時該方法避免了低沸點待測物溶劑萃取步驟繁瑣、耗時且溶劑萃取時容易導(dǎo)致待測物損失的缺陷，適合于煙用絲束中殘留丙酮含量的測定。