静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯的方法

摘要

本发明涉及一种静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯的方法，属于卷烟用材料的理化检验技术领域。为了选择性测定烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯，建立了静态顶空-气相色谱质谱选择离子定量的测定方法。烟用白乳胶样品经80℃、15min静态顶空后，以2–己酮为内标，采用HP-INNOWAX柱，GC-MS/选择离子监测（SIM）模式检测，内标法定量。结果表明：该测定方法的检测限、加标回收率和相对标准偏差（RSD）分别为0.63mg/kg，104%~107%和2.5%~4.9%。该测定方法具有简单快速、准确灵敏等特点，尤其适合于烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯的定量分析。

说明书

技术领域

本发明涉及一种静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯的 方法，属于卷烟用材料的理化检验技术领域。

背景技术

目前，国内卷烟生产中使用的胶粘剂大多是以乙酸乙烯酯为主要原料而合成的一种热 塑性白乳胶，其中残留的乙酸乙烯酯单体既不利于乳液的稳定性，又会给产品带来不愉快 的刺激性气味，从而严重影响卷烟产品的感官质量，国际癌症研究会已将其列为2B类致癌 物质。因此，分析和监控烟用白乳胶中残留的乙酸乙烯酯对卷烟的吸食安全性有重要的意 义。烟用白乳胶中乙酸乙烯酯残留的传统分析方法主要有近红外法、滴定法、碘量法等， 但受其精密度和准确度的限制，这些方法已不能满足分析的需要。一些新的方法如顶空-气 相色谱和气相色谱/质谱法正被尝试用于相关的分析研究。静态顶空分析(static headspace， SHS)是对处于已达到平衡的密闭容器中液体或固体样品的顶空气体进行分析的一种方法， 其直接取顶空气体对样品中的挥发性成分进行分析，无需复杂的样品预处理过程，能有效 地排除样品基质对分析的干扰，测定过程简便、快速，近年来在食品安全、医药分析、工 业产品等多个分析领域得到了广泛应用。本发明对现有烟用白乳胶中乙酸乙烯酯残留分析 方法的不足，将SHS与气相色谱-质谱(GC-MS)结合，以建立一种简便、准确、快速检 测烟用胶中乙酸乙烯酯残留的SHS-GC-MS方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中残余乙酸 乙烯酯的方法。本发明针对现有烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯分析方法的不足，将静态顶 空SHS与气相色谱质谱(GC/MS)结合，建立一种简便、准确、快速选择性检测烟用白乳 胶中残余乙酸乙烯酯的SHS-GC/MS方法。

本发明的静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯的方法，以 2-己酮为内标物，采用静态顶空平衡、气相色谱-质谱选择离子模式测定烟用白乳胶中残余 乙酸乙烯酯的含量，其中，气相色谱采用HP-INNOWAX色谱柱，含量测定采用内标法定 量。

所述静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯的方法，具体包 括如下步骤：

(1)乙酸乙烯酯标准溶液的配制：准确称取乙酸乙烯酯的纯物质，用N，N-二甲基甲酰 胺配成标准溶液；

(2)加有内标的基质校正剂的配制：准确称取内标物2-己酮，用N，N-二甲基甲酰胺配 成2-己酮的N，N-二甲基甲酰胺溶液，获得加有内标的基质校正剂，并作为基质溶剂备用；

(3)乙酸乙烯酯标准溶液的检测和标准曲线的绘制：准确移取步骤(1)获得的标准溶 液多份，分别加入一定量步骤(2)获得的基质溶剂，并用N，N-二甲基甲酰胺定容获得一系 列不同浓度梯度的乙酸乙烯酯标准溶液，分别将这一系列不同浓度梯度的乙酸乙烯酯标准 溶液进行静态顶空平衡后，分别放入顶空进样器并进行SHS-GC/MS检测；以乙酸乙烯酯的 色谱峰面积与内标峰面积比值Y为纵坐标、其相应质量浓度X(μg/mL)为横坐标绘制乙酸 乙烯酯的标准曲线，计算得到乙酸乙烯酯标准曲线的回归方程；

(4)样品的静态顶空处理：将烟用白乳胶样品置于顶空瓶中，加入所配制的基质溶剂， 将获得的待测样品溶液迅速密封，进行静态顶空平衡后待测；

(5)烟用白乳胶样品中残余乙酸乙烯酯的含量测定：将静态顶空平衡后的待测样品溶 液放入顶空进样器进行SHS-GC/MS检测，将得到的乙酸乙烯酯的峰面积与内标2-己酮的 峰面积之比代入所述回归方程中，可得到烟用白乳胶样品中乙酸乙烯酯的残留含量。

较佳的，步骤(1)中，乙酸乙烯酯标准溶液中乙酸乙烯酯的浓度为5mg/mL-50mg/mL。

较佳的，步骤(2)中，基质溶剂中2-己酮的浓度为100μg/mL-500μg/mL。

较佳的，步骤(3)中，准确移取的乙酸乙烯酯标准溶液的份数为6份，且获得的一系 列不同浓度梯度的乙酸乙烯酯标准溶液中，乙酸乙烯酯的浓度分别为10μg/mL，20μg/mL， 40μg/mL，80μg/mL，160μg/mL，400μg/mL，2-己酮的浓度均为120μg/mL。

较佳的，步骤(3)中和步骤(4)中，静态顶空平衡的平衡温度为80℃，平衡时间为 10-30min；优选为15min。

较佳的，步骤(4)中，所述待测样品溶液中每0.1g烟用白乳胶一般加入1-5ml加有内 标的基质溶剂。

较佳的，步骤(3)中和步骤(5)中，SHS-GC/MS检测的静态顶空条件为：

样品平衡温度：80℃；样品环温度：100℃；传输线温度：120℃；样品平衡时间：15 min；样品瓶加压压力：15psi；载气压力：15psi；加压时间：0.20min；充气时间：0.20min； 样品环平衡时间：0.05min；进样时间：0.5min。

较佳的，步骤(3)中和步骤(5)中，SHS-GC/MS检测的GC/MS条件为：

气相色谱条件为：色谱柱：HP-INNOWAX(30m×0.25mm×0.25μm)；进样口温度： 150℃；载气：高纯氦气，纯度≥99.999％；流速：1.0mL/min的恒流模式；分流比：10∶1； 升温程序：初始温度40℃保持3min，再以10℃/min的速率升至180℃，然后以20℃/min 的速率升至200℃，保持1min；

质谱条件为：传输线温度：250℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；溶剂 延迟：3min；电离方式：EI源；电离能量：70eV；扫描方式：选择离子监测(SIM)。

本发明根据烟用白乳胶特殊的理化特性，选择性的测定烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯， 建立了静态顶空-气相色谱-质谱技术联用选择性测定烟用白乳胶中残余乙酸乙烯酯的含 量。样品经80℃、15min静态顶空后，以2-己酮为内标，采用HP-INNOWAX柱，气相色 谱-质谱选择离子模式检测，内标法定量。该测定方法的检测限为0.63mg/kg，加标回收率 为104％～107％，相对标准偏差(RSD)为2.5％～4.9％。该测定方法具有简单快速、准确 灵敏等特点，应用于实际样品检测取得了良好效果。

本发明测定方法直接取顶空气体对样品中残余的乙酸乙烯酯成分进行分析，能有效地 排除样品基质对分析的干扰，无需复杂的样品预处理过程，该测定方法避免了繁琐的溶剂 萃取步骤，而且通过SIM定量弥补了GC-氢火焰离子化检测器灵敏度不高的缺陷。实验结 果表明：本发明测定方法具有重复性好、准确性高、快速灵敏等特点，尤其适合于烟用白 乳胶中残留乙酸乙烯酯的测定。

附图说明

图1顶空平衡时间对峰面积的影响图。

图2顶空平衡温度对峰面积的影响图。

图3四种基质校正溶剂用于样品测定的选择离子色谱图

a：N，N-二甲基甲酰胺；b：三乙酸甘油酯；c：环己烷；d：正己烷；其中各图谱中，

1：乙酸乙烯酯；2：N，N-二甲基甲酰胺；3：环己烷；4：正己烷。

图4 2-己酮的选择离子色谱图4a、乙酸乙烯酯标准品的选择离子色谱图4b以及烟用白乳 胶样品的选择离子色谱图4c；其中，1：乙酸乙烯酯；2：2-己酮；3：N，N-二甲基甲 酰胺。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的保护范围。

实施例1

1实验部分

1.1材料、试剂和仪器

烟用白乳胶样品(选自卷烟企业)；三乙酸甘油酯(AR，国药集团化学试剂有限责任 公司)；环己烷、正己烷(色谱纯，天津大茂化学试剂厂)；N，N-二甲基甲酰胺〔AR，重庆 川东化工(集团)有限公司化学试剂厂〕；2-己酮(内标，IS；99％)、乙酸乙烯酯(99％， 美国Sigma公司)；HP6890/5973型气相色谱/质谱联用仪、7694自动顶空仪(美国Agilent 公司)；AG104型电子分析天平(感量：0.1mg，瑞士梅特勒-托利多公司)。

1.2样品处理与分析

准确称取0.25g乙酸乙烯酯于25mL容量瓶，用N，N-二甲基甲酰胺定容，得10mg/mL 乙酸乙烯酯标准溶液。准确称取0.3g 2-己酮(IS)于50mL容量瓶，用N，N-二甲基甲酰胺 定容，得6mg/mL IS溶液；取2mL IS溶液于100mL容量瓶，用N，N-二甲基甲酰胺定容， 作为基质溶剂备用，其浓度为120μg/mL。准确称取0.1g样品，置于顶空瓶中，加入1mL 120μg/mL IS的N，N-二甲基甲酰胺溶液，迅速压紧瓶盖，放入顶空进样器进行GC-MS检测 分析。检测分析条件为：

(1)SHS条件。样品平衡温度：80℃；样品环温度：100℃；传输线温度：120℃； 样品平衡时间：15min；样品瓶加压压力：15psi；载气压力：15psi；加压时间：0.20min； 充气时间：0.20min；样品环平衡时间：0.05min；进样时间：0.5min。

(2)GC/MS条件。色谱柱：HP-INNOWAX(30m×0.25mm×0.25μm)；进样口温度： 150℃；载气：高纯氦气，纯度≥99.999％；流速：1.0mL/min(恒流模式)；分流比：10∶1； 升温程序： 传输线温度：250℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；溶剂延迟：3min；电离 方式：EI源；电离能量：70eV；扫描方式：选择离子监测(SIM)。

采用比较保留时间、标样加入法定性，SIM模式下内标法定量。乙酸乙烯酯和IS的保 留时间和特征离子见表1。

表1乙酸乙烯酯和和IS的保留时间及定性定量离子

2结果与讨论

2.1 SHS平衡时间的选择

SHS分析主要受样品平衡温度、平衡时间以及样品基质的影响，因此，采用单因素试 验的方式对这些影响因素进行选择。将浓度为10μg/mL的乙酸乙烯酯标准溶液置于顶空瓶 中，在80℃的平衡温度下对不同平衡时间(5，10，15，20，30min)的顶空气体进行分析， 以乙酸乙烯酯的色谱峰面积为指标，考察不同平衡时间对顶空气中乙酸乙烯酯量的影响。 结果(见图1)表明，平衡时间为10～30min时，基本无差异，这说明10min时乙酸乙烯 酯的分配已达动态平衡状态。为了确保样品体系充分平衡，选择了15min作为样品的SHS 平衡时间。

2.2 SHS平衡温度的选择

在相同平衡时间下，对不同平衡温度(45℃，50℃，60℃，80℃，90℃，100℃)下顶 空气中乙酸乙烯酯的含量进行比较。结果(见图2)表明，随着平衡温度的提高，乙酸乙烯 酯的色谱峰面积逐渐增大，在45～60℃下，增速较慢，在60～90℃时，增速较快，随后 趋缓。由于温度越高挥发性化合物越多，杂质峰增加，且对离子源污染也越大，因此，综 合考虑乙酸乙烯酯的易挥发性(沸点为71.8℃)及减小离子源的污染和杂质峰干扰两方面 的因素，选择平衡温度为80℃。

2.3 SHS基质校正剂的选择

顶空气体中各组分的含量既与其本身的挥发性有关，又与样品基质有关，尤其是那些 在样品基质中溶解度大(分配系数大)的组分，基质效应更为明显，使分析样品与标准溶 液具有相同的基质溶剂，可以有效地消除样品的基质效应，从而提高定量分析的准确性。 因此，本实验分别选择三乙酸甘油酯、正己烷、环己烷和N，N-二甲基甲酰胺4种有机溶剂 作为基质校正剂用于样品测定进行考察(见图3)。结果表明，正己烷和环己烷由于沸点相 对较低，溶剂出峰时间和乙酸乙烯酯接近，色谱分离度不好，导致定量的准确性较差，因 此不适合作为乙酸乙烯酯的基质校正剂。三乙酸甘油酯沸点较高，不易在短时间内流出， 用于低沸点的乙酸乙烯酯分析时比较耗时。N，N-二甲基甲酰胺具有适中沸点，是一种较好 的非质子极性试剂，能溶解烟用胶，使样品均匀分散于基质溶剂中，从而使定量结果更为 准确。综上所述，选择N，N-二甲基甲酰胺作为基质溶剂。

2.4内标的选择

在采用SHS-GC测定挥发性化合物时，定量分析通常采用外标法。由于顶空法受环境 以及样品基质影响较大，使外标法定量的准确性受到一定限制，近年来内标法被尝试用于 顶空-气相色谱法定量分析。本发明实验选用2-己酮作为IS进行分析。结果(图4)表明： 在同一质量水平条件下，2-己酮与乙酸乙烯酯待测组分的质谱响应值较为接近，且与待测 组分的分离度高(见图4b)，故选择2-己酮为内标物IS。

2.5工作曲线及方法的检测限、回收率、精密度

准确移取10mg/mL乙酸乙烯酯标准溶液25μL，50μL，100μL，200μL，400μL，1000μL 于6只25mL容量瓶中，分别加入500μL浓度为6mg/mL IS溶液，并用N，N-二甲基甲酰 胺定容至25mL，得到浓度分别为10，20，40，80，160，400μg/mL和IS浓度为120μg/mL 的6级浓度梯度的乙酸乙烯酯系列标准溶液。分别对这6级梯度浓度的标准溶液进行 SHS-GC-MS分析，并以乙酸乙烯酯色谱峰面积与内标峰面积比值Y为纵坐标、其相应质量 浓度X(μg/mL)为横坐标进行回归分析，得到回归方程Y＝21.039X+1.6013(R²＝0.9999)， 以3倍信噪比(S/N＝3)计算出检测限为0.63mg/kg。

在已知乙酸乙烯酯含量(6次测定的平均值)的白乳胶样品中分别加入高中低3个不同 浓度(40，20，10μg/mL)的乙酸乙烯酯的标准溶液，采用SHS-GC-MS法测定相应的乙酸 乙烯酯含量，根据测定结果以及乙酸乙烯酯的添加量，计算该测定方法的回收率(见表2)。 结果(表2)显示，乙酸乙烯酯的回收率为104％～107％，表明本测定方法的准确性较高； 根据测定结果计算乙酸乙烯酯的相对标准偏差(RSD)为2.5％～4.9％，小于5％，说明本 测定方法的重复性较好。

表2烟用胶中乙酸乙烯酯的回收率和精密度(n＝6)

2.6实际烟用白乳胶样品中的乙酸乙烯酯含量的测定

利用上述测定方法中1.2样品处理与分析中各溶液的配制步骤和测定步骤对卷烟企业 使用的6种烟用白乳胶中乙酸乙烯酯的残留量做了测定，每个样品平行测定6次，结果(见 表3)表明：6种烟用白乳胶中乙酸乙烯酯的残留量在72.27～310.09mg/kg之间，RSD为 1.6％～4.5％。其中，所配置的6种烟用白乳胶样品溶液中烟用白乳胶每0.1g对应1ml的加 有内标的基质校正剂，加有内标的基质校正剂中2-己酮的浓度为120μg/mL。

表3烟用胶样品中中乙酸乙烯酯的检测结果和精密度(n＝6)

3结论

本发明建立了选择性测定烟用白乳胶中残余的乙酸乙烯酯含量的静态顶空-气相色谱- 质谱联用方法，该测定方法避免了繁琐的溶剂萃取步骤，而且通过SIM定量弥补了GC-氢 火焰离子化检测器灵敏度不高的缺陷。该测定方法具有重复性好、准确性高、快速灵敏等 特点，适合于烟用白乳胶中残留乙酸乙烯酯的测定。