氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定再造煙葉中甲酰胺

張建平，吳清輝，鄧其馨，黃朝章，黃勝翰

(福建中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，廈門361021)

甲酰胺是一種用途極廣的化工原料和工業(yè)溶劑，具有活潑的反應(yīng)性和特殊的溶解能力，可作為紙張?zhí)幚韯1-2]。但是長(zhǎng)期吸入甲酰胺會(huì)對(duì)人的呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、血管系統(tǒng)、肝臟系統(tǒng)等造成傷害，甲酰胺被歐盟化學(xué)品管理局列為生殖毒性物質(zhì)，被國(guó)際癌癥研究中心列為1B 類致癌物質(zhì)[3-5]。再造煙葉在采用造紙法生產(chǎn)的工藝過程中可能引入甲酰胺污染，因此有必要對(duì)再造煙葉進(jìn)行甲酰胺測(cè)定，以保證產(chǎn)品質(zhì)量安全[6-7]。文獻(xiàn)已報(bào)道的測(cè)定甲酰胺的方法均為氣相色譜法，檢測(cè)器主要采用氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)或氮磷檢測(cè)器(NPD)。這兩類方法雖然操作簡(jiǎn)單，但選擇性不強(qiáng)，容易出現(xiàn)假陽性結(jié)果[8-12]。氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)通過采集離子碎片進(jìn)行測(cè)定，定性的準(zhǔn)確性高，是當(dāng)前研究甲酰胺測(cè)定的熱點(diǎn)[13-15]，但所涉及的對(duì)象多為泡沫、塑料、玩具等，再造煙葉中甲酰胺的測(cè)定鮮有報(bào)道。

本工作采用甲醇渦旋振蕩提取的方法，建立了測(cè)定再造煙葉中甲酰胺的氣相色譜-質(zhì)譜法，旨在為有效監(jiān)控再造煙葉中的甲酰胺提供方法參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent GC6890/MSD5973 型 氣 相 色 譜-質(zhì) 譜聯(lián)用儀；Labnet VX-200 型渦旋混合儀；Sartorius Sigma 1-14 型高速離心機(jī)；Millipore Milli-Q 型超純水儀；有機(jī)相濾膜(0.45μm)。

甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1 000 mg·L－1，稱取100.0 mg的甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇溶解并定容于100 m L的容量瓶中。

甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)品的純度大于99.5%(避光保存于0～4 ℃下)；甲醇、乙腈、丙酮、異丙醇和二氯甲烷均為色譜純；試驗(yàn)用水符合GB/T 6682－2008《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》中一級(jí)水的規(guī)定。

1.2 儀器工作條件

1) 色譜條件 DB-Wax 毛細(xì)管色譜柱(0.32 mm×30 m，0.25μm)；進(jìn)樣口溫度230℃；載氣為氦氣，載氣流量2 m L·min－1；分流進(jìn)樣，分流比10∶1；進(jìn)樣量1μL。升溫程序:初始溫度80℃，保持2 min；以15 ℃·min－1速率升溫至210 ℃，保持2 min。

2)質(zhì)譜條件 電子轟擊離子源(EI)；溶劑延遲3 min；接口溫度230 ℃；選擇離子監(jiān)測(cè)(SIM)模式，SIM 監(jiān)測(cè)離子質(zhì)荷比(m/z)為45，44，29，17，其中m/z 45為定量離子。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的再造煙葉樣品共20 個(gè)(1#～20#)，均為片狀。

按YC/T 31－1996《煙草及煙草制品 試樣的制備和水分測(cè)定 烘箱法》中的方法制備再造煙葉樣品并測(cè)定水分。

稱取1.000 0 g再造煙葉樣品于50 m L 具塞三角瓶中，加入15.0 m L甲醇，渦旋振蕩5 min。收集上層清液，經(jīng)有機(jī)相濾膜過濾，按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按儀器工作條件對(duì)甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，其色譜圖見圖1。按試驗(yàn)方法對(duì)再造煙葉陽性樣品進(jìn)行分析，其色譜圖見圖1。

圖1 甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液和陽性樣品的色譜圖Fig.1 Chromatograms of formamide standard solution and the positive sample

2.2 儀器工作條件的選擇

2.2.1 色譜柱

試驗(yàn)分別考察了 HP-5 毛細(xì)管色譜柱(0.32 mm×30 m，0.25μm)、DB-Innowax毛細(xì)管色譜柱(0.32 mm×30 m，0.25μm)和DB-Wax毛細(xì)管色譜柱(0.32 mm×30 m，0.25μm)對(duì)甲酰胺分離效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):使用HP-5毛細(xì)管色譜柱時(shí)，甲酰胺的峰形不對(duì)稱，不利于定量；使用DB-Innowax毛細(xì)管色譜柱時(shí)，甲酰胺的峰形稍微改善，但效果不太明顯；使用DB-Wax毛細(xì)管色譜柱時(shí)，甲酰胺的峰形對(duì)稱，符合定量要求，且能較好地分離甲酰胺和其他未知化合物。試驗(yàn)選用DB-Wax毛細(xì)管色譜柱。

2.2.2 質(zhì)譜條件

在全掃描模式下掃描m/z 16～50內(nèi)的離子碎片，甲酰胺的質(zhì)譜圖見圖2。

圖2 甲酰胺的質(zhì)譜圖Fig.2 MS spectrum of formamide

由圖2 可知:甲酰胺的主要離子碎片m/z 為45，44，29，17，選擇這些主要離子碎片進(jìn)行選擇離子測(cè)定，其中響應(yīng)最強(qiáng)的離子碎片(m/z 45)作為定量離子。甲酰胺在電子轟擊電離作用下，C－H、C－N極易斷裂，形成CH2NO(m/z 44)、CHO(m/z 29)、NH3(m/z 17)的碎片。試驗(yàn)選擇的質(zhì)譜條件見1.2節(jié)。

2.3 樣品前處理方法的選擇

2.3.1 提取溶劑

甲酰胺是小分子極性化合物，根據(jù)“相似相溶”原理及氣相色譜-質(zhì)譜儀的溶劑適應(yīng)性，并參考文獻(xiàn)[16-18]，選取甲醇、乙腈、丙酮、異丙醇和二氯甲烷等5種極性溶劑作為提取溶劑進(jìn)行考察。按試驗(yàn)方法采用上述提取溶劑對(duì)再造煙葉樣品15#進(jìn)行分析，平行測(cè)定3 次。結(jié)果表明:采用甲醇、乙腈、丙酮、異丙醇和二氯甲烷作為提取溶劑時(shí)，甲酰胺的測(cè)定 值 依 次 為17.20，16.53，13.26，15.74，11.48 mg·kg－1。

對(duì)上述5種提取溶劑所得提取液的基質(zhì)進(jìn)行考察。結(jié)果表明:基質(zhì)干擾均較小。甲醇對(duì)甲酰胺的提取效率最高，試驗(yàn)選擇提取溶劑為甲醇。

2.3.2 提取溶劑的用量

試驗(yàn)考察了提取溶劑甲醇的用量依次為5.0，7.5，10.0，12.5，15.0，20.0 m L 時(shí) 對(duì) 甲 酰 胺 測(cè) 定 值 的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知:當(dāng)甲醇用量為5.0～12.5 m L 時(shí)，隨著甲醇用量的增加，甲酰胺的測(cè)定值逐漸增大；繼續(xù)增加甲醇用量，甲酰胺的測(cè)定值變化不明顯。綜合以上結(jié)果，同時(shí)為了保證提取完全，試驗(yàn)選擇提取溶劑甲醇的用量為15.0 m L。

圖3 甲醇的用量對(duì)甲酰胺測(cè)定值的影響Fig.3 Effect of amount of methanol on determination value of formamide

2.3.3 提取方法和提取時(shí)間

甲酰胺的提取可采用頂空提取、微波提取、超聲波提取和索氏提取。頂空提取適合于提取空氣(氣態(tài))中的甲酰胺，后3種方法常用于提取固態(tài)和液態(tài)介質(zhì)中的甲酰胺[8-18]；微波提取和索氏提取易造成目標(biāo)物損失；超聲波提取的效果最好，但需要較長(zhǎng)的時(shí)間。渦旋振蕩提取是一種新興的提取方法，其振蕩頻次可達(dá)到2 000 r·min－1，是普通旋轉(zhuǎn)振蕩的10倍，可極大地縮短振蕩時(shí)間、提高提取效率。試驗(yàn)考察了提取時(shí)間依次為1，2，3，5，7，10，15，20，30 min時(shí)超聲波提取和渦旋振蕩提取對(duì)甲酰胺測(cè)定值的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 提取方法和提取時(shí)間對(duì)甲酰胺測(cè)定值的影響Fig.4 Effect of extraction method and extraction time on determination value of formamide

由圖4 可知:超聲波提取的提取時(shí)間小于15 min時(shí)，甲酰胺的測(cè)定值隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)而增大；超聲波提取的提取時(shí)間大于15 min時(shí)，甲酰胺的測(cè)定值變化不明顯；渦旋振蕩提取的提取時(shí)間小于3 min時(shí)，甲酰胺的測(cè)定值隨提取時(shí)間的延長(zhǎng)而增大；渦旋振蕩提取的提取時(shí)間大于3 min時(shí)，甲酰胺的測(cè)定值變化不明顯。為了節(jié)省時(shí)間，提高提取效率，同時(shí)保證提取完全，試驗(yàn)選擇渦旋振蕩5 min進(jìn)行提取。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

用甲醇稀釋1 000 mg·L－1的甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，得到0.1，0.5，1.0，2.0，5.0 mg·L－1的甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，按儀器工作條件對(duì)上述甲酰胺標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明:甲酰胺的質(zhì)量濃度在0.1～5.0 mg·L－1內(nèi)與其對(duì)應(yīng)的峰面積呈線性關(guān)系，線性回歸方程為y＝2.035×104x＋7.424×104，相關(guān)系數(shù)為0.999 0。

分別按3倍和10倍信噪比計(jì)算甲酰胺的檢出限(3S/N)和測(cè)定下限(10S/N)，結(jié)果依次為0.01，0.04 mg·L－1。

2.5 重復(fù)性

為了考察方法的重復(fù)性，對(duì)再造煙葉樣品15#進(jìn)行重復(fù)3 d的分析，每天進(jìn)行6次平行測(cè)定。結(jié)果表明:日內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.5%～3.0%，日間RSD 為4.4%。

2.6 回收試驗(yàn)

按試驗(yàn)方法對(duì)再造煙葉樣品15#進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，計(jì)算回收率，結(jié)果見表1。

表1 回收試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Results of test for recovery

由表1可知:回收率為92.5%～105%。

2.7 樣品分析

按試驗(yàn)方法對(duì)20個(gè)再造煙葉樣品進(jìn)行分析，在部分樣品中檢出了甲酰胺，結(jié)果見表2。將本方法與常規(guī)的氣相色譜法(配FID)[7]進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

由表2可知:檢出率約為30%，測(cè)定值在4.11～33.97 mg·kg－1之間。陽性樣品的兩組測(cè)定結(jié)果經(jīng)t檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn):t＝0.498，小于1.812(置信區(qū)間小于0.05)。這說明兩種測(cè)定方法無顯著性差異。

表2 樣品分析結(jié)果Tab.2 Analytical results of the samples mg·kg－1

在日常的大量樣品分析中，發(fā)現(xiàn)了常規(guī)的氣相色譜法假陽性高的問題。氣相色譜法和氣相色譜-質(zhì)譜法同時(shí)分析的486個(gè)樣品中有35個(gè)樣品用氣相色譜法分析為陽性，而用氣相色譜-質(zhì)譜法分析為陰性，氣相色譜法的誤檢率為7.2%。這是由于再造煙葉作為植物再加工產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中可能在煙葉中加入了助劑、填料、涂布液等物質(zhì)，導(dǎo)致樣品提取液的基質(zhì)較為復(fù)雜，氣相色譜法單純地采用保留時(shí)間進(jìn)行定性，提取液中的色素等可能在相同的時(shí)間出峰，造成了分析的假陽性。氣相色譜-質(zhì)譜法在鎖定保留時(shí)間的同時(shí)，還獲取了甲酰胺的離子碎片及離子碎片豐度比信息，只有這3個(gè)信息均與標(biāo)準(zhǔn)樣品一致才會(huì)被定義為甲酰胺，因此極大地排除了分析的假陽性。

本工作采用氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定再造煙葉中甲酰胺的含量。本方法操作簡(jiǎn)單、效率高、適合于再造煙葉中甲酰胺的測(cè)定。