同时检测卷烟烟气中22 种多环芳烃类物质含量的方法

摘要

本发明公开了一种同时检测卷烟烟气中22种多环芳烃类物质含量的方法。用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气中的总粒相物；利用萃取剂对捕集所得的剑桥滤片进行萃取，采用气相色谱‑串联质谱(GC‑MS/MS)对过滤后的萃取液进行检测，能够同时测定卷烟主流烟气中的茚、萘、1‑甲基萘、2‑甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3‑cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘等22种多环芳烃类物质的含量。该方法填补了现有技术的空白，具有样品前处理简便、快捷，检测准确性、重复性好，分析测试通量大的特点，适用于大批量样品的快速分析。

说明书

技术领域

本发明属于卷烟烟气分析检测技术领域，具体涉及一种能够同时检测卷烟主流烟气中的22种多环芳烃类物质，包括：茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘的含量的方法。

技术背景

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，简称PAHs)是卷烟主流烟气中普遍存在的一类有机物质，它们伴随着有机物的不完全燃烧以及热裂解过程释放到烟气当中，对吸烟者及被动吸烟者的身体健康造成损害。PAHs会造成人体氧化应激与DNA损伤，而且研究证实多种PAHs具有较强的毒性和致癌作用。因此，检测无烟气烟草制品中PAHs含量对卷烟质量控制具有重要意义。

烟草行业通常仅对卷烟烟气中的苯并[a]芘含量进行监测，现行标准《GB/T 21130-2007卷烟烟气总粒相物中苯并[a]芘的测定》采用GC/MS法进行检测。该方法面临着前处理繁琐费时、有机溶剂消耗多的缺点，而且方法的灵敏度和选择性低，基质干扰严重。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种操作简便、快捷、不易受杂质干扰、检测结果准确、能够同时检测卷烟主流烟气中的22种多环芳烃类物质(茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘)含量的方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

除非另有说明，本发明所采用的百分数均为质量百分数。

一种同时检测卷烟烟气中22种多环芳烃类物质含量的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)卷烟主流烟气中的多环芳烃类物质的捕集和提取：

用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气中的总粒相物；将完成捕集的剑桥滤片置于收集容器中，加入内标溶液和萃取剂，超声或振荡萃取后，萃取液过滤膜，收集过滤后的萃取液作为样品置于色谱瓶中，待检测；

其中，所述的内标溶液中的内标物为22种多环芳烃类物质的氘代化合物或其类似物的氘代化合物，将其中的一种或多种氘代化合物溶解于环己烷、甲醇、异丙醇、二氯甲烷或氯仿中，作为内标溶液；所述的萃取剂为环己烷、甲醇、异丙醇、二氯甲烷或氯仿；所述的22种多环芳烃类物质为茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽和苯并[g,h,i]芘；

(2)样品气相色谱-串联质谱GC-MS/MS检测：

GC-MS/MS检测条件：

色谱进样口温度：260℃；进样量：1μL；进样方式：不分流进样；

通过程序升温，使目标化合物充分分离；

传输线温度：280℃；质谱电离方式：EI；离子源温度：230℃～280℃；

质谱扫描方式：多反应监测MRM模式或动态多反应监测dMRM模式；碰撞气：氮气，流速1.5mL/min；载气：氦气，流速2.25mL/min；

(3)定量分析：

采用内标法进行绝对定量；

配制一系列含有不同浓度目标物的标准物及内标物质的标准工作溶液，采用GC-MS/MS法建立标准工作曲线，用于样品的定量检测；样品中的多环芳烃类物质含量按式(1)计算；

C_i＝C_i测*V/n.................................................(1)

式中，C_i为每支卷烟的主流烟气中多环芳烃类物质i的质量，单位为ng/cig，结果精确到0.1ng/cig；

C_i测为GC-MS/MS测定所得的多环芳烃类物质i的含量，单位为ng/mL；

V为萃取剑桥滤片所用的溶剂体积，单位为mL；

n为进行本次分析的卷烟的支数，单位为cig；

取两个平行样品的算术平均值作为测试结果，即得到待测卷烟主流烟气中茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽和苯并[g,h,i]芘的含量。

步骤(1)中，所述的卷烟主流烟气中总粒相物的捕集，按照GB/T 19609-2004《卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》的要求，采用直线式吸烟机或转盘式吸烟机进行抽吸，每个样品抽吸20支卷烟。

步骤(1)中，所述的收集容器为250mL的磨口锥形瓶；萃取剂的用量为20～100mL，萃取时间为10～60min。

步骤(1)中，所述的内标物优选为氘代萘、氘代苯并[a]芘、氘代苯并[a]蒽或氘代菲。

步骤(1)中，所述的滤膜为有机相滤膜，滤膜孔径为0.22μm或0.45μm。优选为：0.22μm尼龙66滤膜。

步骤(2)中，色谱检测所用的色谱柱为DB-5MS、HP-5MS或HP-5MS UI色谱柱。

步骤(2)中，所述的程序升温条件优选：初始温度40℃，保持7min，以20℃/min升至100℃，以4℃/min升至300℃，保持10min。

步骤(2)中，所述的质谱扫描方式优选为：动态多反应监测dMRM模式。

步骤(2)中，所述的离子源温度优选为：250℃或280℃。

步骤(3)中，所述的标准工作溶液中目标物的浓度为0.1～500ng/mL。

进一步的，对标准工作溶液中的标准物及内标物质进行质谱参数优化，其中化合物的母离子、子离子以及碰撞能量CE值的具体参数如下：

与现有技术相比，本发明方法具有如下特点及优良效果：

1、本发明填补了现有技术空白，采用GC-MS/MS法同时测定卷烟主流烟气中的22种多环芳烃类物质的含量，具体为茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘的含量；其中茚、1-甲基萘、2-甲基萘、苯并[j]荧蒽、苝等成分的含量是首次在卷烟主流烟气中定量检测到的；

2、相比GC-MS法和HPLC法，本发明的方法具有更好的选择性和更高的灵敏度，特别适合复杂基质中的痕量样品分析，且对样品基质纯净度的要求较低；

3、本发明先利用剑桥滤片捕集卷烟主流烟气中的总粒相物，再用萃取剂对剑桥滤片进行萃取，萃取液再经滤膜过滤后直接采用GC-MS/MS法进行定量测定，使得样品前处理简便、快捷；同时，大大降低前处理有机试剂的使用，减少对环境的污染；显著提高了样品的分析通量，且准确性、重复性好。

附图说明

图1为茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘22种化合物的结构式。

图2～图6为本发明实施例1卷烟样品A主流烟气中的22种多环芳烃类物质含量测定的色谱图；

图7为本发明方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但附图和实施例并不是对本发明技术方案的限定。

实施例1：

选取一种卷烟作为样品A，平衡并抽取待测卷烟样品，按照GB/T 19609-2004《卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》要求的标准条件，采用转盘式吸烟机进行抽吸，每个样品抽吸20支卷烟。

通过剑桥滤片捕集卷烟主流烟气中的总粒相物；将剑桥滤片置于250mL磨口锥形瓶中，加入含有氘代萘(320ng/mL)和氘代苯并[a]芘(320ng/mL)的环己烷溶液1mL作为内标溶液，再加入40mL环己烷作为萃取剂；将锥形瓶在室温下振荡萃取40min后，将萃取液通过0.22μm尼龙66滤膜，收集滤液于色谱瓶中，待GC-MS/MS分析。

GC-MS/MS分析条件：

色谱进样口温度：260℃；进样量：1μL；进样方式：不分流进样；色谱柱：HP-5MS UI(30m*0.32mm*0.25μm)；程序升温：初始温度40℃，保持7min；以20℃/min升至100℃；以4℃/min升至300℃保持10min；传输线温度：280℃；质谱电离方式：EI；离子源温度：280℃；质谱扫描方式：动态多反应监测dMRM模式；碰撞气：氮气，流速1.5mL/min；载气：氦气，流速2.25mL/min。

对茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘的标准物及其内标化合物进行质谱参数优化，有关参数包括化合物的母离子、子离子以及碰撞能量(CE)如表1所示。

表1化合物的质谱分析参数

定量分析条件：

建立标准工作曲线的一系列标准工作溶液中，含茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘的标准物及其内标氘代萘和氘代苯并[a]芘，溶剂为环己烷。标准工作溶液中各目标物的浓度相同，浓度依次为1ng/mL，2ng/mL，5ng/mL，10ng/mL，20ng/mL，50ng/mL，100ng/mL和500ng/mL；标准工作溶液中内标浓度均为为8ng/mL。

样品中的多环芳烃类物质含量按式(1)计算；

C_i＝C_i测*V/n.................................................(1)

式中，C_i为每支卷烟的主流烟气中多环芳烃类物质i的质量，单位为ng/cig，结果精确到0.1ng/cig；

C_i测为GC-MS/MS测定所得的多环芳烃类物质i的含量，单位为ng/mL；

V为萃取剑桥滤片所用的溶剂体积，单位为mL；

n为进行本次分析的卷烟的支数，单位为cig；

当样品萃取液和标准工作溶液中的内标浓度(单位为ng/mL)不相同时，可以用其他常规公式进行计算。

取两个平行样品的算术平均值作为测试结果。

样品A中22种多环芳烃化合物被同时检出，其GC-MS/MS色谱图分别如图2-图6所示。其中，图2为样品中茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘含量测定的色谱图；图3为样品中苊烯、苊、芴含量测定的色谱图；图4为样品中菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈含量测定的色谱图；图5为样品中苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、氘代苯并[a]芘、苯并[a]芘、苝含量测定的色谱图；图6为样品中茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘含量测定的色谱图。由上述5图可知，多环芳烃化合物在色谱图上分离较好，定量检测结果可信。

样品A中22种多环芳烃含量的检测结果具体如表2所示。

表2卷烟主流烟气中22种多环芳烃含量的检测结果

实施例2：

重复实施例1，有以下不同点：

选取一种卷烟作为样品B，平衡并抽取待测卷烟样品，按照GB/T 19609-2004《卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》要求的标准条件，采用直线式吸烟机进行抽吸，每个样品抽吸20支卷烟。

通过剑桥滤片捕集卷烟主流烟气中的总粒相物；将剑桥滤片置于250mL磨口锥形瓶中，加入含有氘代苯并[a]蒽(200ng/mL)和氘代菲(200ng/mL)的甲醇溶液0.5mL作为内标溶液，再加入20mL甲醇作为萃取剂；将锥形瓶在室温下振荡萃取60min后，将萃取液通过0.22μm聚醚砜(PES)滤膜，收集滤液于色谱瓶中，待GC-MS/MS分析。

GC-MS/MS分析条件：

色谱进样口温度：260℃；进样量：1μL；进样方式：不分流进样；色谱柱：DB-5MS毛细管色谱柱(30m*0.25mm*0.25μm)；程序升温：初始温度150℃，以5℃/min升至280℃保持8min；传输线温度：280℃；质谱电离方式：EI；离子源温度：250℃；质谱扫描方式：多反应监测MRM模式；碰撞气：氮气，流速1.5mL/min；载气：氦气，流速2.25mL/min。

定量分析条件：

建立标准工作曲线的一系列标准工作溶液中，含茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘的标准物及其内标氘代苯并[a]蒽和氘代菲，溶剂为甲醇。标准工作溶液中各目标物的浓度相同，浓度依次为0.5ng/mL，1ng/mL，2ng/mL，5ng/mL，10ng/mL，20ng/mL，60ng/mL；标准工作溶液中内标浓度均为5ng/mL。

样品B中22种多环芳烃含量的检测结果如表2所示。

实施例3：

重复实施例1，有以下不同点：

选取一种卷烟作为样品C，平衡并抽取待测卷烟样品，按照GB/T 19609-2004《卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》要求的标准条件，采用转盘式吸烟机进行抽吸，每个样品抽吸20支卷烟。

通过剑桥滤片捕集卷烟主流烟气的总粒相物；将剑桥滤片置于250mL磨口锥形瓶中，加入含有氘代苯并[a]芘(400ng/mL)的二氯甲烷溶液2mL作为内标溶液，再加入100mL二氯甲烷作为萃取剂；将锥形瓶在室温下振荡萃取60min后，将萃取液通过0.45μm尼龙66滤膜，收集滤液于色谱瓶中，待GC-MS/MS分析。

GC-MS/MS分析条件：

色谱进样口温度：260℃；进样量：1μL；进样方式：不分流进样；色谱柱：HP-5MS毛细管色谱柱(30m*0.25mm*0.25μm)；程序升温：初始温度180℃，以3℃/min升至270℃保持20min；传输线温度：280℃；质谱电离方式：EI；离子源温度：230℃；质谱扫描方式：动态多反应监测dMRM模式；碰撞气：氮气，流速1.5mL/min；载气：氦气，流速2.25mL/min。

定量分析条件：

建立标准工作曲线的一系列标准工作溶液中，含茚、萘、1-甲基萘、2-甲基萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、屈、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[j]荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、苝、茚并[1,2,3-cd]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]芘的标准物及其内标氘代苯并[a]芘，溶剂为二氯甲烷。标准工作溶液中各目标物的浓度相同，浓度依次为0.5ng/mL，1ng/mL，2ng/mL，5ng/mL，20ng/mL，50ng/mL，100ng/mL；标准工作溶液中内标浓度均为16ng/mL。

样品C中22种多环芳烃含量的检测结果如表2所示。

通过以上实施例能够看出，本发明具有样品前处理快捷、简便，且准确性、重复性好的特点。该方法能同时检测卷烟主流烟气样品中22种多环芳烃的含量，且样品前处理简单，大大提高了样品的分析通量。