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卷烟烟气中烟草特有亚硝胺测定方法研究
2025-10-03 15:15:06 责编:小OO
文档
《卷烟 侧流烟气中主要酚类化合物的测定 

高效液相色谱法》

研究报告

郑州烟草研究院

甘肃烟草工业有限责任公司

河南中烟工业有限责任公司

红塔烟草(集团)有限责任公司

云南烟草科学研究院

2011年8月

卷烟 侧流烟气中主要酚类化合物的测定 

高效液相色谱法

研究报告

1 概述

酚类化合物是卷烟烟气中存在的一类重要物质,主要包括对苯二酚、邻苯二酚、间苯二酚、苯酚、间甲酚、对甲酚和邻甲酚,与烟草的品质密切相关,酚类化合物本身无致癌性,但是具有明显的促癌作用[1,2],因此,烟气中酚类化合物的研究一直受到人们的广泛关注,卷烟主流烟气中酚类化合物的分析研究工作开展较早,卷烟烟气是一个非常复杂的混合物体系,其中含有的化合物超过5000种,卷烟烟气中酚类物质有40多种,很多种分析技术,都曾经应用于卷烟烟气中酚类的分析,如复杂的液-液萃取、柱层析和衍生化[3-5],但由于卷烟烟气是非常复杂的混合物,而且酚类的含量很低,因此酚类化合物的准确定量一直都是很困难的工作。在早期的定性研究中,气相色谱法[6]是卷烟烟气中酚类物质分析中应用较多的技术,但是由于酚类成分容易被氧化,并且具有较强的活性,应此对其定量必须采用衍生化处理,操作较为繁琐。2004年谢复炜等[7]利用高效液相色谱法荧光检测器进行了卷烟主流烟气中酚类成分的分析测定,该方法不需要衍生化,可以直接进行样品测定,简化了分析步骤,提高了定量的可靠性。同时由于采用荧光检测,大大提高分析的灵敏度。并在该方法的基础上,形成了烟草行业标准YC/T 255-2008“卷烟主流烟气中主要酚类化合物的测定 高效液相色谱法”[8]

随着侧流烟气捕集装置的发展,鱼尾瓶吸收装置因易与吸烟机连接且不影响卷烟的燃烧过程,从而成为CORESTA推荐的卷烟侧流烟气收集装置。1999年加拿大卫生部公布了卷烟侧流烟气中酚类物质的测定,该方法利用改装直线型吸烟机,添加鱼尾瓶装置,将滤片放置于鱼尾瓶收集卷烟的侧流烟气,透过滤片的部分烟气用100ml1%乙酸溶液捕集,再用20ml1%乙酸溶液洗涤鱼尾瓶两次,合并洗涤液,振荡萃取,进行液相色谱-荧光检测器分析,2001年谢复炜等人[9]用鱼尾瓶收集卷烟侧流烟气,用高效液相色谱-紫外检测器进行了定量分析。烟草行业标准YC/T 185-2004 “卷烟 侧流烟气中焦油和烟碱的测定”[10]也采用了鱼尾瓶作为捕集侧流烟气的方法。

目前卷烟主流烟气中主要酚类化合物的测定标准方法[8]在2008年发布,而卷烟侧流烟气中主要酚类化合物的测定方法目前还没有建立标准。

2  实验

2.1仪器和试剂

Cerulean SM405-SV型侧流吸烟机; Agilent1200高效液相色谱仪(美国Agilent),配备自动进样器、柱温箱、荧光检测器;CP224S电子天平(感量0.000l g,德国Sartorius);KQ-700DE型超声波振荡器(中国 舒美);Milli-Q超纯水系统(美国Millipore公司)。

乙腈、乙酸、异丙醇(均为色谱纯);对苯二酚,间苯二酚,邻苯二酚,苯酚,邻-甲酚,间-甲酚和对-甲酚,纯度应大于98%。(标样,Fluka);

鱼尾罩,吸收瓶,具塞锥形瓶。

样品卷烟A(烤烟型,卷烟危害性评价参比卷烟,焦油12mg);样品卷烟B(混合型,卷烟危害性评价参比卷烟,焦油8mg);样品卷烟C(烤烟型,国产某品牌,焦油13mg);样品卷烟D(烤烟型,国产某品牌,焦油8mg)。

2.2 抽吸卷烟

按GB/T 19609规定调节烟支和滤片水分,调节和测试大气应符合GB/T 147的规定,并确定和标记抽吸卷烟的烟蒂长度。按照YC/T 185中侧流烟气抽吸方法,调节侧流吸烟机的抽吸流量为3000mL/min,抽吸2支卷烟,用鱼尾罩和玻璃纤维滤片捕集侧流烟气总粒相物,气相部分中的主要酚类化合物用一个吸收瓶(使用1%乙酸水溶液作为吸收液)进行捕集,吸收瓶中的1%乙酸水溶液体积为20 mL。

2.3 样品分析

2.3.1清洗鱼尾罩

用50mL1%乙酸水溶液均匀清洗鱼尾罩,清洗液收集到200mL锥形瓶中,并对锥形瓶中收集到的鱼尾罩清洗液进行称重,确定清洗液的体积。

2.3.2 样品萃取

将收集有侧流烟气粒相物的玻璃纤维滤片放入收集有鱼尾罩清洗液的锥形瓶中,再加入50mL 1%乙酸水溶液,室温下超声萃取40min,静置5min,经0.45um水相滤膜过滤进行色谱分析。使用装有20ml 1%乙酸水溶液的吸收瓶对侧流烟气的气相部分进行捕集,待抽吸结束后,摇匀,过水相滤膜进行液相色谱分析。

2.3.3 高效液相色谱分析

色谱柱:150×4.6mm  固定相C18(LUNA) 填料粒度5μm 。

流动相A:1% 乙酸水溶液

流动相B:乙酸: 乙腈: 水(1/30/69)v/v/v

柱温:30℃

柱流量:1ml/min

进样体积:10μL

梯度:0分钟:流动相 B20%,15分钟:流动相 B60%,23分钟:流动相 B100%,35分钟:流动相 B100%,40分钟: 流动相 B 20%

检测器:荧光检测器条件如表1所示。

表1  荧光检测器条件

时间(分钟)激发波长(nm)

发射波长(nm)

0284332
5275315
8277319
12272309
20273323
40284332
3结果与讨论

3.1玻璃纤维滤片捕集效率考察

由于侧流吸烟机抽吸过程中空气流速达到3000mL/min,而且侧流烟气TPM远高于主流烟气TPM,因此酚类化合物有可能穿透玻璃纤维滤片。在捕集器后串联2个分别装有20mL1%乙酸水溶液的吸收瓶对气相成分进行捕集,抽吸2支卷烟,将吸收瓶中的溶液摇匀,过水相滤膜进行液相色谱分析。实验结果如表2所示。第一个吸收瓶中能够检测到间苯二酚和苯酚,分别占比100%和1%左右,第二个吸收瓶中未检出酚类化合物。因此需要连接一个吸收瓶,并加入20ml 1%乙酸水溶液作为吸收液。

表2 吸收瓶分析结果

实验

次数第一个吸收瓶第二个吸收瓶
含量(ug/cig)

占比含量(ug/cig)

间苯二酚苯酚间苯二酚苯酚间苯二酚苯酚
第一次5.82.8100%1.27%ndnd
第二次5.92.1100%0.87%ndnd
第三次6.42100%0.83%ndnd
第四次6.52.8100%1.26%ndnd
3.2鱼尾罩清洗试剂及用量的选择

分别选择1%乙酸水溶液、异丙醇和去离子水作为鱼尾罩淋洗试剂,依次加入20mL、20mL、10mL对鱼尾罩进行清洗。结果显示(表3):用异丙醇和1%乙酸水溶液作清洗试剂结果相对较好。从实验现象可以看出,使用20mL异丙醇基本上能将鱼尾罩上的酚类化合物全部清洗下来,后面两次试验均未检测出酚类化合物;使用1%乙酸溶液进行清洗时,第一次试验能够清洗掉绝大部分的酚类化合物,但第二次试验时在清洗液中还能检测到少量的苯酚。再次使用10mL1%乙酸水溶液进行清洗时,在清洗液里未检测出酚类化合物;而使用去离子水作为清洗试剂时,三次实验均能在清洗液中检出酚类化合物。

由于后续使用1%的乙酸水溶液对滤片进行萃取处理,考虑到标准方法的易操作性,最终选择1%乙酸水溶液作为鱼尾罩的清洗试剂。清洗体积为50mL。

表3    鱼尾罩清洗试剂及用量的选择

酚类化合物邻苯二酚苯酚(对、间)-甲酚

邻-甲酚

1%乙酸水溶液

+20ml0.852.921.250.24
+20mlnd0.09ndnd
+10mlndndndnd
异丙醇
+20ml0.862.1.220.22
+20mlndndndnd
+10mlndndndnd
去离子水
+20ml0.862.861.250.23
+20mlnd0.1ndnd
+10mlnd0.08ndnd
3.3滤片萃取时间的选择

由于卷烟侧流烟气中主要酚类化合物的释放量相对较大,因此样品萃取时间进行了研究考察,实验结果如表4所示,随着萃取时间的增加,酚类化合物的释放量明显增加,但当萃取时间为40分钟后,酚类化合物的释放量基本没有变化,最终选定萃取时间为40分钟。

表4    萃取时间的选择

时间对苯二酚ug/cig

邻苯二酚ug/cig

苯酚

ug/cig

(对、间)-甲酚ug/cig

邻-甲酚ug/cig

20min157.8126.319469.321.4
30min176.6142211.67822.8
40min1149.7218.679.923.7
50min191.1151.2219.780.123.2
60min191.6152.3219.980.123.6
3.4分析方法评价

3.4.1方法回收率

取卷烟样品A,以其平行五次测定的平均值作为计算酚类化合物的原始含量的依据,添加高中低三个浓度水平的标准进行回收试验。由表5可见,卷烟侧流烟气中酚类化合物的回收率在97.8% ~ 100.2%之间,说明本方法的准确性较高。

表5 方法回收率

酚类化合物回收率/%

低浓度中浓度高浓度
对苯二酚99.599.8100.1
间苯二酚97.898.999.6
邻苯二酚99.599.499.8
苯酚99.699.4100.2
(对、间)-甲酚

98.999.399.6
邻-甲酚

98.899.599.9
3.4.2方法精密度

实验考察了本方法的日内日间精密度。结果如下表所示:

表6 方法的精密度试验(1)

测定

次数日内检测(µg/cig)

对苯二酚间苯二酚邻苯二酚苯酚(对、间)-甲酚

邻-甲酚

1191.36.1153.7245.187.626.8
21966.4151.9238.4.327.2
3192.36.1151.1247.688.126.3
4181.87146.1228.687.428.8
5209.46.8156.9233.694.428
平均值194.16.5152238.7.427.4
RSD5.15%6.27%2.60%3.30%

3.25%3.59%
表7 方法的精密度试验(2)

测定次数日间检测(µg/cig)

对苯二酚间苯二酚邻苯二酚苯酚(对、间)-甲酚

邻-甲酚

11.35.9152.8245.184.628
2182.86.4150.3238.487.826.2
3192.65.9157.6249.686.928.5
4208.56.4147.8229.6.526.4
5184.86.9158.7227.693.628.5
平均值191.66.3153.4238.188.527.5
RSD5.32%6.%3.04%4.01%

3.80%4.12%
可以看出,本方法对卷烟样品的测试精密度较好。

3.4.3工作曲线及检测限

称取约200mg的邻-苯二酚,对-苯二酚,苯酚,约100mg的邻-甲酚、间-甲酚,约50mg的间-苯二酚(精确至0.0001g),加入约30mL 1%乙酸水溶液,待完全溶解后,转移到100mL的棕色容量瓶中,用1%乙酸水溶液定容至刻度。得到酚类化合物储备溶液。准确移取10.00mL储备溶液至100mL容量瓶中,用1%乙酸水溶液稀释至刻度,得到一级标准溶液。准确移取10mL一级标准溶液至100mL棕色容量瓶中,用1%乙酸水溶液定容至刻度。得到二级标准溶液。分别准确移取1mL、2mL、5mL二级标准溶液,1mL、2mL一级标准溶液(至50mL棕色容量瓶中,用1%乙酸水溶液定容至刻度。此五个标准溶液及二级标准溶液为系列标准校准溶液。将系列标准溶液分别进行色谱分析,得到酚类化合物的积分峰面积,用酚类化合物浓度比值作为横坐标,用酚类化合物峰面积比值作为纵坐标,建立酚类化合物的标准曲线。

表8方法的标准曲线、检测限①和定量限②

酚类化合物标准曲线方程相关系数检测限/(µg/支)

定量限/(µg/支)

对苯二酚Y=40.56x-2.99

0.99990.0260.078
间苯二酚Y=22.37x-0.49

0.99990.0050.015
邻苯二酚Y=15.93x-0.68

0.99990.05040.1512
苯酚Y=41.63x-0.67

0.99990.08320.2496
(对、间)-甲酚

Y=29.55x-0.38

0.99990.07440.2232
邻-甲酚

Y=34.62x+0.34

0.99990.07920.2376
注:①以最低浓度标样重复10次测试标准偏差的3倍计算;②以最低浓度标样重复10次测试标准偏差的10倍计算

3.4.4实际样品的测定

应用本方法对多种卷烟样品进行了侧流烟气中主要酚类化合物的分析测定,结果见表9。

表9 实际卷烟样品侧流烟气中主要酚类化合物释放量(µg/支)

卷烟样品对苯二酚间苯二酚邻苯二酚苯酚(对、间)-甲酚

邻-甲酚

国产烤烟1

175.935.76173.48253.28115.7638.79
国产烤烟2

146.713.160.29270.78102.3328.87
国产烤烟3

169.026.60145.61249.35104.5131.18
国产烤烟4

148.335.87119.41224.73108.0431.86
国产烤烟5

154.275.03140.65230.43101.9224.81
国产烤烟6

245.537.171.63258.4997.6133.80
国产烤烟7

155.835.84131.65234.0696.7736.60
国产烤烟8

204.806.88168.48265.36106.8734.58
国产烤烟9

168.456.48150.28234.68102.4032.57
国产混合1

84.873.2373.44202.9278.6126.92
国产混合2

83.593.0382.87184.5675.6124.15
国产混合3

95.863.99103.04229.6292.9529.32
国产混合4

93.823.4285.50223.6194.9929.98
国产混合5

128.034.0092.39224.63107.7737.03
国产混合6

121.932.97119.11205.0577.3330.26
国外卷烟1

125.814.4088.61202.7884.4823.92
国外卷烟2

161.324.31128.31279.56109.0531.85
国外卷烟3

152.253.61129.54240.91102.2026.68
国外卷烟4

151.752.58108.55227.0597.4334.39
国外卷烟5

145.203.32111.02233.2498.0335.43
3.4.5不同实验室之间实验结果比较

为了验证本方法在不同实验室的应用情况,本项目组织了6家实验室采用该方法对4个不同类型的样品卷烟进行了分析测定,实验结果见表10-13。4个验证样品的主要酚类化合物在不同实验室间测定结果的变异系数在3.0%~8.8%之间,说明方法再现性良好。实验结果表明,应用本标准规定的方法,不同实验室得到了较为一致的分析结果,对不同类型卷烟样品具有良好的测试效果。说明本方法可操作性强,易于推广。

表10 不同实验室之间侧流烟气主要酚类化合物测定结果比较(µg/支)(A卷烟)

实验室编号对苯二酚间苯二酚邻苯二酚苯酚(对、间)-甲酚

邻-甲酚

1#

平均值245.07.2167.2255.198.635.5
rsd(%)

4.64.34.03.53.15.7
2#

平均值241.27.0163.1253.697.933.3
rsd(%)

7.86.15.65.57.66.6
3#

平均值228.56.8159.5240.799.330.5
rsd(%)

5.35.27.37.36.57.3
4#

平均值231.36.7156.8242.993.232.4
rsd(%)

5.45.33.06.06.16.2
5#

平均值228.66.4148.8235.688.932.2
rsd(%)

6.77.97.46.24.66.4
6#

平均值231.66.3150.3238.891.231.3
rsd(%)

7.17.47.28.86.56.6
汇总统计总平均值234.36.7157.6244.594.932.5
各实验室平均值RSD(%)

3.05.34.63.34.65.3
表11 不同实验室之间侧流烟气主要酚类化合物测定结果比较(µg/支)(B卷烟)

实验室编号对苯二酚间苯二酚邻苯二酚苯酚(对、间)-甲酚

邻-甲酚

1#

平均值117.74.5134.4245.591.831.3
rsd(%)

3.44.44.44.23.34.3
2#

平均值120.84.3132.9248.2.732.7
rsd(%)

5.15.73.76.14.26.7
3#

平均值112.44.1124.6235.483.227.8
rsd(%)

5.84.55.86.76.06.4
4#

平均值124.84.6135.7241.290.328.3
rsd(%)

5.25.13.75.35.26.0
5#

平均值124.63.9122.1231.279.929.4
rsd(%)

4.46.44.17.15.36.7
6#

平均值116.24.3126.4224.684.631.4
rsd(%)

3.25.44.06.35.36.7
汇总统计总平均值119.44.3129.3237.786.630.2
各实验室平均值RSD(%)

4.16.14.43.85.46.5
表12 不同实验室之间侧流烟气主要酚类化合物测定结果比较(µg/支)(C卷烟)

实验室编号对苯二酚间苯二酚邻苯二酚苯酚(对、间)-甲酚

邻-甲酚

1#

平均值152.25.7126.0222.193.935.7
rsd(%)

3.64.64.23.84.05.3
2#

平均值156.85.6129.0238.594.034.6
rsd(%)

5.05.53.96.24.17.1
3#

平均值152.95.8129.5237.698.537.5
rsd(%)

5.15.56.86.36.27.1
4#

平均值147.85.3120.6220.4.531.2
rsd(%)

5.05.23.36.15.86.2
5#

平均值142.65.0117.5218.686.734.8
rsd(%)

3.96.64.27.65.98.7
6#

平均值158.45.3122.4215.793.233.8
rsd(%)

5.35.46.27.33.28.7
汇总统计总平均值151.85.5124.2225.592.634.6
各实验室平均值RSD(%)

3.85.53.94.44.46.0
表13 不同实验室之间侧流烟气主要酚类化合物测定结果比较(µg/支)(D卷烟)

实验室编号对苯二酚间苯二酚邻苯二酚苯酚(对、间)-甲酚

邻-甲酚

1#

平均值94.74.2101.1229.798.629.9
rsd(%)

3.64.14.24.53.64.0
2#

平均值98.04.1104.6215.593.530.7
rsd(%)

5.45.54.06.34.06.3
3#

平均值87.64.1108.4225.492.328.8
rsd(%)

5.44.35.96.36.25.9
4#

平均值96.63.7111.1232.892.931.7
rsd(%)

5.04.93.95.15.06.4
5#

平均值91.13.8108.2218.087.528.3
rsd(%)

4.16.14.36.25.76.4
6#

平均值96.63.7111.1212.886.928.7
rsd(%)

3.95.14.56.15.16.2
汇总统计总平均值94.13.9107.4222.391.929.7
各实验室平均值RSD(%)

4.26.03.73.74.74.5
4 结论

本项目提出了一套规范准确的卷烟侧流烟气中主要酚类化合物的分析方法,该方法设计合理、稳定性和重复性好、准确性和精确性高,可操作性强,易于推广。

参考文献:

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