深度抽吸模式下6種常用農(nóng)藥在加熱卷煙煙氣中的轉(zhuǎn)移率

王 康，張 璟，黃 龍，肖少紅*，陳 慧

1.湖北省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站，武漢市硚口區(qū)寶豐路6號 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號黃鶴樓科技園 430014

卷煙的安全性一直都備受關(guān)注［1］。煙葉作為卷煙生產(chǎn)的主要原料，種植過程中，為防止病蟲害的侵?jǐn)_，不可避免要使用農(nóng)藥，因此國內(nèi)外也針對煙葉中殘留的農(nóng)藥制訂了相關(guān)的最大殘留限量（Maximum residue limits,MRLs）［2-3］。農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留量不超過MRLs，表明該農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留量不會對一般人群健康產(chǎn)生不可接受的風(fēng)險［4］。然而農(nóng)藥MRLs標(biāo)準(zhǔn)的制定并非越嚴(yán)越好，過嚴(yán)可能會產(chǎn)生適得其反的效果，不但不會加強對消費者健康和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，反而會導(dǎo)致農(nóng)藥殘留問題的泛濫［5］。與其他類直接食用的農(nóng)產(chǎn)品不同，煙草作為一種吸食而非直接食用的農(nóng)產(chǎn)品，其存在的農(nóng)藥殘留先轉(zhuǎn)移到主流煙氣中，然后才可能為吸煙者所攝入［6］。這種獨特的吸食模式，決定了并非煙葉中所有的殘留農(nóng)藥均會被吸煙者攝入，僅有轉(zhuǎn)移到煙氣中的農(nóng)藥才有可能被吸煙者實際攝入。煙葉中殘留農(nóng)藥向主流煙氣中的轉(zhuǎn)移情況，是評價卷煙煙氣安全性的重要因素［7-9］。

近年來，隨著消費者健康意識的提高和新型煙草技術(shù)的發(fā)展，加熱卷煙發(fā)展迅速［10-12］。其口味相比于傳統(tǒng)卷煙較為清淡，而煙草特征感受又顯著高于電子煙，能在一定程度上同時滿足消費者在生理和健康方面的雙重需求［13］。與基于煙液的電子煙不同，加熱卷煙的煙芯材料依然是以煙葉為原料，主要為再造煙葉，以及煙絲、梗絲、顆粒等多種形式［14］。在已報道的研究中，大多為農(nóng)藥在傳統(tǒng)卷煙燃吸過程中向主流煙氣的轉(zhuǎn)移行為研究［15-16］。與傳統(tǒng)卷煙相比，加熱卷煙在較低溫度下受熱，不需要燃燒，沒有二手煙氣，其煙芯中農(nóng)藥殘留的轉(zhuǎn)移行為可能存在較大的不同［17］。目前國內(nèi)關(guān)于加熱卷煙煙氣中農(nóng)藥殘留轉(zhuǎn)移行為的報道較少。因此，本研究中模擬加熱卷煙煙芯材料中存在的農(nóng)藥殘留，選擇6種農(nóng)藥進(jìn)行轉(zhuǎn)移實驗，研究在抽吸加熱卷煙后其在煙氣、濾嘴中的轉(zhuǎn)移率以及在煙芯中的殘留量，旨在為加熱卷煙煙氣的安全性評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

加熱卷煙樣品為湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的海外市售COO卷煙，濾嘴類型為四元復(fù)合濾棒（中空段6 mm+醋纖段6 mm+紙管段14 mm+中空段15 mm）；卷煙加熱裝置為湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司的MOK系列產(chǎn)品。

仲丁靈、二甲戊靈、氟節(jié)胺、稻瘟靈、聯(lián)苯菊酯和高效氯氟氰菊酯的標(biāo)準(zhǔn)樣品（100 mg/L甲苯溶液，上海安譜科學(xué)儀器有限公司）；磷酸三苯酯標(biāo)準(zhǔn)樣品（內(nèi)標(biāo)，德國Dr.Ehrensorfer公司）；乙腈、甲醇和甲苯（色譜純，德國CNW公司）；Agilent 5982-5650試劑包和5982-5022試劑包（美國Agilent科技有限公司）。

Agilent 7890B-7000C氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Agilent科技有限公司）；NSM100加熱卷煙吸煙機(jī)（青島頤中科技有限公司）；HY-5A回旋式振蕩器（金壇市城東新瑞儀器廠）；TG1650-WS臺式高速離心機(jī)（上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司）；AL204電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo公司）；10 mL、1 000μL、200μL移液器（美國Gilson Inc.公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理

樣品準(zhǔn)備：按照文獻(xiàn)［18］的方法挑選質(zhì)量和吸阻合格的卷煙，在煙芯橫截面上選擇均勻分布的5個點，用微量注射器分別向煙芯添加低、中、高3個不同濃度水平的農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個點添加10μL，添加體積共為50μL；添加量分別為0.2、1.0和5.0μg/支。

對應(yīng)每個加標(biāo)水平準(zhǔn)備4組平行樣品。將加標(biāo)的卷煙置于溫度為（22±1）℃、相對濕度為（50±2）%的環(huán)境中平衡48 h。

樣品抽吸：按照加拿大深度抽吸模式進(jìn)行卷煙抽吸，每支卷煙固定抽吸8口，每輪抽吸3支卷煙。用劍橋濾片收集主流煙氣粒相物，利用捕集阱收集主流煙氣氣相物。在捕集阱內(nèi)加入15 mL乙腈，抽吸后制得主流煙氣氣相吸收液。

煙芯處理：剝離3支卷煙的煙芯，混合均勻，置于50 mL離心管中，參照文獻(xiàn)［17］的方法進(jìn)行前處理，然后進(jìn)行GC-MS/MS分析。

煙氣處理：卷煙抽吸完成后，把捕集有粒相成分的濾片、擦拭捕集器用的四分之一濾片和捕集阱內(nèi)的15 mL吸收液一起放入50 mL萃取瓶中，另用5 mL乙腈洗滌捕集阱，合并轉(zhuǎn)入萃取瓶中，加入100μL內(nèi)標(biāo)溶液，振蕩20 min后，移取1.5 mL樣品提取液于2 mL離心管中（離心管中含有150 mg無水硫酸鎂和50 mgN-丙基乙二胺鍵合固相吸附劑），以2 000 r/min振蕩2 min，以4 000 r/min離心5 min，吸取1 mL上清液，在40℃下氮吹濃縮至近干。用100μL甲苯復(fù)溶，進(jìn)行GC-MS/MS分析。

濾嘴處理：卷煙抽吸完成后，將剝離的濾嘴材料剪碎，加入內(nèi)標(biāo)溶液，用20 mL甲醇振蕩萃取，經(jīng)Agilent 5982-5022試劑包凈化后，吸取1 mL上清液，在40℃下氮吹濃縮至近干。用100μL甲苯復(fù)溶，進(jìn)行GC-MS/MS分析。

1.2.2 樣品分析

所有樣品的GC-MS/MS分析條件如下：

色譜柱：Agilent HP-5MS UI毛細(xì)管柱（30 m×0.25 mm×0.25μm)；進(jìn)樣口溫度：280℃；程序升溫：310℃（0 min）；進(jìn)樣模式：不分流進(jìn)樣；載氣：氦氣（99.999%），恒流模式，流速1.2 mL/min；進(jìn)樣量：1 μL。電離模式：電子轟擊（EI）；電離能：70 eV；離子源溫度：300℃；傳輸線溫度：280℃；碰撞氣：氮氣（99.999%），流量1.5 mL/min；溶劑延遲：5 min；掃描方式：多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）模式。監(jiān)測離子對及監(jiān)測參數(shù)見表1。

表1 多反應(yīng)監(jiān)測模式下6種農(nóng)藥及其內(nèi)標(biāo)的質(zhì)譜參數(shù)Tab.1 MS/MSparameters for six pesticide residues and the internal standards in multiple reaction monitoring mode

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理條件的優(yōu)化

目前，煙葉中農(nóng)藥殘留檢測方法多采用乙腈提取、基質(zhì)分散固相萃取凈化的方法［19］，本研究中對于加熱卷煙煙芯和煙氣中農(nóng)藥的檢測也采用了此操作，并參考文獻(xiàn)［19-20］中的方法。由于煙氣中農(nóng)藥的量較低，煙氣提取液經(jīng)凈化后，利用氮吹進(jìn)行濃縮，用甲苯復(fù)溶。

與傳統(tǒng)卷煙濾嘴不同，加熱卷煙濾嘴除了醋酸纖維絲束以外，還可能含有其他功能材料，比如用于煙氣降溫的聚乳酸薄膜等［21］。為優(yōu)化萃取條件，本實驗中選取了乙腈、甲苯和甲醇作為萃取液。濾嘴材料在3種溶劑中均有不同程度的溶解或溶脹。在乙腈中出現(xiàn)均勻的膠狀物，嚴(yán)重影響萃取過程。甲醇對濾嘴材料的溶解性最小，且對農(nóng)藥有較好的萃取效率，最終選擇甲醇作為萃取溶劑?？紤]到甲醇不適合用作氣相色譜溶劑，甲醇提取液經(jīng)凈化后利用氮氣吹干，用甲苯復(fù)溶后上機(jī)檢測。

2.2 方法的檢測限、回收率和實際樣品分析

考慮到基質(zhì)效應(yīng)的影響，煙芯、濾嘴和煙氣的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液均采用基質(zhì)配制。將配制的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行GC-MS/MS分析，采用內(nèi)標(biāo)法定量。以各目標(biāo)物濃度與其對應(yīng)的內(nèi)標(biāo)濃度的比值為橫坐標(biāo)，各個目標(biāo)物與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值為縱坐標(biāo)，得到線性回歸方程，各目標(biāo)物的線性關(guān)系良好（相關(guān)系數(shù)大于0.995）；分別以3倍信噪比和10倍信噪比確定方法的檢出限和定量限，結(jié)果見表2。

表2 6種農(nóng)藥的線性范圍、檢出限和定量限（n=6）Tab.2 Linear ranges,limits of detection(LODs)and limits of quantification(LOQs)of six pesticide residues（n=6）

將不含農(nóng)藥殘留的卷煙經(jīng)吸煙機(jī)抽吸后，利用劍橋濾片和捕集阱收集主流煙氣，剝離煙支的煙芯和濾嘴材料，分別向煙氣收集物、濾嘴和煙芯中添加3個不同水平的農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（煙芯中的添加量為0.20、1.00和5.00μg/支，煙氣收集物和濾嘴中的添加量為0.04、0.20和1.00μg/支），經(jīng)前處理后用GC-MS/MS法檢測，進(jìn)行精密度實驗，每個水平測6次，取平均值。結(jié)果（表3）顯示，各種基質(zhì)中6種農(nóng)藥的加標(biāo)回收率在75.5%～117.4%之間，RSD范圍在1.4%～9.1%之間?；厥章试?00%±30%范圍內(nèi)，符合農(nóng)殘檢測方法的要求和樣品的分析需要。

表3 主流煙氣、濾嘴和煙芯中6種農(nóng)藥的回收率和RSD（n=6）Tab.3 Recoveries and RSDs of six pesticide residues in mainstream aerosols,filters and tobacco sections（n=6）（%）

收集現(xiàn)有商品的加熱卷煙樣品，剝離煙芯和濾嘴，按照1.2節(jié)的步驟分別進(jìn)行處理，經(jīng)上機(jī)檢測分析，結(jié)果表明：6種農(nóng)藥成分在所有樣品的煙芯和濾嘴中均未檢出。為滿足后續(xù)實驗需要，選擇采用向不含農(nóng)藥成分的COO品牌加熱卷煙樣品中添加標(biāo)準(zhǔn)品的方法模擬加熱卷煙的農(nóng)藥殘留。

2.3 農(nóng)藥的煙氣轉(zhuǎn)移率

在加熱卷煙樣品中，分別添加低、中、高3個不同水平的農(nóng)藥混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在恒溫恒濕環(huán)境下平衡48 h后，抽吸加熱卷煙樣品，捕集煙氣，剝離煙支濾嘴和煙芯，分別測定主流煙氣、濾嘴和煙芯中的農(nóng)藥檢出量。分別按照公式（1）計算各農(nóng)藥的煙芯殘留量、濾嘴截留率和煙氣轉(zhuǎn)移率（%）：

某部位轉(zhuǎn)移率（截留率、殘留量）=（某部位檢出量/添加量）×100% （1）

所得結(jié)果如表4所示，煙芯農(nóng)藥殘留量占加標(biāo)量的41.9%～81.5%，高于向濾嘴、煙氣的轉(zhuǎn)移率；農(nóng)藥在卷煙抽吸過程中遷移分布為濾嘴＞煙氣，濾嘴的截留率在12.9%～35.5%之間，向主流煙氣中的轉(zhuǎn)移率大多不高于10%，向煙氣和濾嘴的總體轉(zhuǎn)移率（兩者轉(zhuǎn)移率之和）在18.1%～41.9%之間。仲丁靈、二甲戊靈、氟節(jié)胺3種植物生長調(diào)節(jié)劑的濾嘴截留率高于其他3種農(nóng)藥。

2.4 遷移機(jī)理分析

與文獻(xiàn)［22］報道的農(nóng)藥在傳統(tǒng)卷煙煙氣中的轉(zhuǎn)移率相比，仲丁靈、二甲戊靈、氟節(jié)胺、稻瘟靈和聯(lián)苯菊酯在加熱卷煙煙氣中的轉(zhuǎn)移率相對較低，這可能是由于加熱卷煙的霧化機(jī)制和較低的工作溫度造成的。相比之下，高效氯氟氰菊酯的遷移表現(xiàn)出不一樣的行為，在傳統(tǒng)卷煙煙氣中的轉(zhuǎn)移率在0～0.22%之間［22］，在加熱卷煙煙氣中的轉(zhuǎn)移率為3.2%～9.1%，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是在燃燒產(chǎn)生的高溫下，高效氯氟氰菊酯分解較快［22-23］；而加熱卷煙工作溫度較低，農(nóng)藥的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以保持相對穩(wěn)定，能夠被蒸餾轉(zhuǎn)移到煙氣中。

根據(jù)萬毅倫等［22］的研究，在傳統(tǒng)卷煙燃吸過程中，農(nóng)藥的總體轉(zhuǎn)移率約為22.96%，主要轉(zhuǎn)移至主流煙氣、側(cè)流煙氣、煙蒂和煙灰中，遷移分布為側(cè)流煙氣＞主流煙氣＞煙蒂＞煙灰。在本實驗中，由于在加熱卷煙工作過程中不存在側(cè)流煙氣和煙灰，農(nóng)藥伴隨氣溶膠進(jìn)行遷移，主要轉(zhuǎn)移至主流煙氣和濾嘴中，遷移分布為煙芯＞濾嘴＞煙氣。由表4可見，從煙芯中被蒸餾轉(zhuǎn)移的農(nóng)藥，大部分被濾嘴截留，這可能是因為加熱卷煙的煙氣產(chǎn)生主要是基于霧化劑的霧化作用，無法支撐農(nóng)藥的長距離轉(zhuǎn)移，而加熱卷煙煙芯較短且加熱元件靠近濾嘴，氣溶膠到達(dá)濾嘴的路程較短，更容易在濾嘴中累積。

表4 加標(biāo)樣品中6種農(nóng)藥的煙氣轉(zhuǎn)移率、濾嘴截留率和煙芯殘留量（n=4）Tab.4 Transfer rates of six pesticide residues in mainstream aerosols,filters and tobacco sections of heated tobacco products spiked with pesticide standard solution（n=4） （%）

盡管加熱卷煙工作溫度較低，但農(nóng)藥向煙氣和濾嘴的總轉(zhuǎn)移率仍在18.1%～41.9%之間，并未明顯低于傳統(tǒng)卷煙。主要原因可能是在傳統(tǒng)卷煙燃燒過程中，煙絲中大部分的農(nóng)藥經(jīng)高溫燃燒分解，僅少量未分解的農(nóng)藥轉(zhuǎn)移至煙氣中；而加熱卷煙的抽吸過程中不存在燃燒行為，煙芯中農(nóng)藥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，農(nóng)藥質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對更高，導(dǎo)致總轉(zhuǎn)移率較高。

3 結(jié)論

（1）建立了加熱卷煙濾嘴和主流煙氣中6種農(nóng)藥轉(zhuǎn)移率的檢測方法。6種農(nóng)藥在煙芯、濾嘴和主流煙氣中的加標(biāo)回收率在75.5%～117.4%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.4%～9.1%之間，符合樣品分析要求。

（2）抽吸完成后，殘留在煙芯中的農(nóng)藥占加標(biāo)量的41.9%～81.5%，濾嘴截留率在12.9%～35.5%之間，10%以下的農(nóng)藥轉(zhuǎn)移到主流煙氣中，遷移分布為煙芯＞濾嘴＞煙氣。