顶空气相色谱法测定烟草熏蒸后的磷化氢残留量

卢昕博，边腾飞，肖卫强，张云莲，黄健，储国海，金光辉，丁伟，周小忠，周国俊

浙江中烟工业有限责任公司，浙江省杭州市转塘镇科海路118号 310024

顶空气相色谱法测定烟草熏蒸后的磷化氢残留量

卢昕博，边腾飞，肖卫强，张云莲，黄健，储国海，金光辉，丁伟，周小忠，周国俊

浙江中烟工业有限责任公司，浙江省杭州市转塘镇科海路118号 310024

建立了顶空气相色谱法测定熏蒸后烟草中的痕量磷化氢。采用PoraPLOT Q毛细管色谱柱，脉冲火焰光度检测器（PFPD）P模式检测。结果显示，方法决定系数R2为0.9998，平均加标回收率为98.90%，日内重复性RSD为0.5%（n=5），日间重复性RSD为2.4%（n=5），方法检出限为0.0050 μg/g，定量限为0.015 μg/g。运用本方法对熏蒸后烟草进行测试，结果显示熏蒸结束3天后烟草中磷化氢残留量均小于0.0069 μg/g。

烟草；磷化氢；气相色谱法

磷化氢作为国际烟草工业的熏蒸剂之一[1]，由于其杀虫效果好、残留低、成本低等优点，预期在今后仍将是仓储杀虫最常用的措施。在2009年，CORESTA烟草储存害虫和卫生分学组发布了《用于烟草甲和烟草粉螟控制的磷化氢熏蒸参数》指南[2]，指导烟草熏蒸。

磷化氢是剧毒物质，粮食卫生标准给出了残留最高限量，国际食品法典委员会CODEX和欧盟都规定谷物中磷化氢最大残留为0.1 mg/kg[3-4]，我国规定不大于0.05 mg/kg[5]。我国烟草行业尚无“烟草及烟草制品磷化氢检测方法标准”和“残留限量”规定。随着烟草行业对产品安全性日益关注，开展磷化氢在烟草中残留的测试方法及限量的研究是必要的。1997年，匈牙利规定烟草磷化氢最大残留为0.1 mg/kg[6]。文献报道烟草在熏蒸后磷化氢残留是痕量水平，不大于 8.3 µg/kg[7-8]。

有文献报道采用顶空固相微萃取气相色谱法（HS-SPME-GC），用FPD或PFPD检测器，测定储粮（如小麦或面粉）熏蒸后的磷化氢残留量[9-10]。英美烟草公司曾报道使用放射性化学分析烟草磷化氢残留量[11]，菲莫公司等曾使用GC-FPD法测定磷化氢残留量[12]。我国烟草行业关于熏蒸后磷化氢残留的测定方法研究较少，张建平等[13]的专利采用气相色谱/质谱法测定烟草及烟草制品中磷化氢的残留量。

本文通过顶空气相色谱法快速测定熏蒸后烟草中残留的痕量磷化氢，采用PoraPLOT Q毛细管色谱柱，脉冲火焰光度检测器（PFPD）P模式检测。脉冲火焰光度检测器（PFPD）P模式对磷具有很好的选择性与灵敏度，可消除碳元素基体干扰，操作方便，相比NPD、FPD、MS检测器在稳定性、灵敏度和选择性方面更具优势。

1 样品与方法

1.1 烟叶仓库熏蒸样品采集及样品前处理

1.1.1 烟叶仓库熏蒸样品采集

仓库熏蒸防虫作业前，将片烟和烟末样品盛于敞口容器中，放置在投药点和烟垛间。熏蒸结束散气通风72 h后，连续3天对熏蒸前放置的片烟和烟末样品进行取样，称取0.5 g片烟或烟末样品于20 mL顶空瓶中密封冷藏。烟草熏蒸过程按照烟草行业标准YC/T 300-2009《片烟贮存养护 通用技术要求》规定的熏蒸工作浓度要求执行，熏蒸方式采取整仓熏蒸，熏蒸期间仓库磷化氢浓度如图1所示。

图1 熏蒸期间仓库磷化氢浓度变化图Fig. 1 Changes of phosphine concentration during fumigation

1.1.2 样品前处理

低温时部分磷化氢吸附在烟末表面或微孔中，会导致气相磷化氢含量减少，检测结果偏低。本实验通过加热样品瓶，使吸附到烟草上的磷化氢脱附，进而测定其残留量。在分析样品前将待测样品瓶在60 ℃烘箱中加热3 min，取出冷却至室温后进样检测。由于PFPD检测器对其他挥发性含碳有机物无响应，因此在此温度下挥发到样品瓶中的其他化合物不会对分析结果产生影响。

1.2 实验方法

1.2.1 仪器及试剂

仪器：气相色谱仪（布鲁克，GC-456），包括脉冲火焰光度检测器PFPD（磷滤光片中心透过波长530 nm）、顶空进样器（布鲁克，SHS-40）；HY-8调速振荡器（常州国华电器有限公司）；涡漩混合器（Troemner）。

试剂：磷化铝（56%片剂，3.2±0.1 g/片）、氯化汞、氢氧化钠、甲基红、酚酞、95%乙醇、超纯水等，其中试剂等级均为分析纯。

1.2.2 色谱条件

采用安捷伦PoraPLOT Q毛细管色谱柱（25 m×0.32 mm，10.00 µm）。氮气做载气，载气流速为2 mL/min，进样口、检测器温度均为200 ℃。程序升温：初温50 ℃，保持1 min，以 30 ℃/min升至125 ℃，保持3 min；分流比10：1。

PFPD检测器设置参数：空气1流速为17.0 mL/min，氢气流速为13.0 mL/min，空气2流速为10.0 mL/min，灵敏度Range为9，PMT电压500 V，门延迟4.0 ms，门宽10 ms。

顶空进样器参数：定量环体积1 mL，炉温40 ℃加热1 min，传输线温度80 ℃，阀温度110 ℃，瓶压50 KPa。

1.2.3 磷化氢标准气体的制备方法

参考报道的方法制备磷化氢气体并对磷化氢标准气体的含量进行测定[10]。磷化铝片剂压碎，称取0.250 g 粉末，放入250 mL顶空瓶（预先用氮气吹扫）中，加入2.5 mL超纯水，旋转振荡5 h使反应完全，用注射器移取1 mL顶空瓶中气体注入20 mL顶空瓶（预先用氮气吹扫），作为磷化氢标准储备气。

1.2.4 磷化氢气体含量的测定

在150 mL顶空瓶（预先用氮气吹扫）中加入10 mL95%乙醇、25 mL1.5%氯化汞溶液和两滴甲基红指示剂，从250 mL顶空瓶中移取5.0 mL气体注入其中，高速涡旋2 min，用0.05 mol/L氢氧化钠标准溶液滴定至黄色，记录氢氧化钠溶液消耗量。磷化铝遇水反应放出磷化氢气体，磷化氢与氯化汞溶液反应生成氯化氢，用0.05 mol/L氢氧化钠标定氯化氢浓度，从而计算得到磷化氢标准气体浓度。取1 mL到磷化氢标准气体至20 mL顶空瓶配置成磷化氢标准储备气，经计算磷化氢标准储备气浓度为13.26 μg/mL。

1.2.5 标准工作曲线

取未经熏蒸的片烟或烟末约0.5 g放入20 mL顶空瓶中，从磷化氢标准储备气中移取不同体积（2 μL、4 μL、8 μL、20 μL、30 μL）标准气注入其中，配制成磷化氢浓度分别为1.33、2.65、5.30、13.26、19.89 μg/L的标准气体。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱和检测器的选择

实验比较了DB-5和PoraPLOT Q毛细管色谱柱对样品分析效果的影响，结果如图2、图3所示。采用DB-5毛细管柱分析样品时，空气峰与目标物不能很好的分离，空气峰会干扰磷化氢定量；采用PoraPLOT Q毛细管色谱柱，目标物与空气峰分离效果好，该色谱柱有保护柱，可防止柱流失对检测器污染。因此，实验采用PoraPLOT Q毛细管色谱柱分析磷化氢残留量。

脉冲火焰光度检测器（PFPD）P模式的设计原理使其具有比FPD或NPD对磷元素更高的灵敏度，与质谱检测器相比，其选择性响应是后者不具有的。因此，实验选择脉冲火焰光度检测器（PFPD）P模式。

图2 磷化氢在DB-5毛细管色谱柱上的色谱图Fig. 2 Chromatogram of phosphine on DB-5 capillary column

图3 磷化氢在PoraPLOT Q毛细管色谱柱上的色谱图Fig. 3 Chromatogram of phosphine on PoraPLOT Q capillary column

2.2 标准工作曲线

用外标法计算标准工作曲线，结果显示PFPD检测器P模式下磷化氢浓度与峰面积线性相关。标准工作曲线线性方程为

磷化氢色谱峰面积和磷化氢浓度呈现较好的线性关系，决定系数R2为 0.9998，线性范围为1.33 ～19.89 μg/L。每进行20次样品测定后，加入一个中等浓度的标准气控制样，如果测定值相差超过5%，则重新进行标准曲线的制作。

2.3 重复性和回收率实验

称取约0.5 g未熏蒸的烟草及烟草制品放入20 mL顶空瓶中，分别加入2 μL磷化氢标准储备气，按待测样品前处理方法进行前处理，对同一浓度样品平行测定5次的日内重复性RSD为0.5%，对同一浓度样品平行测定5次的日间重复性RSD为2.4%。

称取约0.5 g未熏蒸的烟草及烟草制品放入20 mL顶空瓶中，加入高、低两种体积的磷化氢标准储备气，按待测样品前处理方法进行前处理后，分别测定回收率（见表1）。回收率在92.46%～113.81%之间，平均回收率为98.90%。空白样品均未检出目标物磷化氢。

表1 烟草及烟草制品磷化氢残留量方法回收率Tab. 1 Recoveries of phosphine residues in tobacco and tobacco product

2.4 检出限和定量限

将本方法所配磷化氢气体工作曲线最低浓度平行测定5次，取分析结果标准偏差的3倍及10倍作为本方法检出限及定量限，分别为0.0050 μg/g，0.015 μg/g。表明本方法灵敏度高，具有较低的检出限和定量限，适合于测定熏蒸后烟草中残留的痕量磷化氢。

2.5 样品测定

磷化氢熏蒸作业完成并散气通风72 h后，从第4天开始连续3天对置于投药点和烟垛间的片烟和烟末取样并进行测试（样品色谱图见图4）。结果表明，熏蒸后烟草及烟草制品有痕量的磷化氢残留（见表2），片烟与烟末的磷化氢残留量无明显差异，说明采用本方法对样品进行前处理能消除样品状态对测量结果的影响，磷化氢能够完全离开烟草吸附表面与孔隙。熏蒸结束3天后烟草中磷化氢残留量均小于0.0069 μg/g，远小于国际食品法典委员会CODEX和欧盟规定的谷物中磷化氢最大残留量0.1 μg/g，以及匈牙利规定的烟草磷化氢最大残留量0.1 μg/g。

图4 样品色谱图Fig. 4 Chromatogram for samples

表2 熏蒸后片烟及烟末磷化氢残留量Tab. 2 Phosphine residues in flake tobacco and tobacco dust after fumigation

3 结论

本方法通过顶空气相色谱外标法快速测定熏蒸后烟草中残留的痕量磷化氢，采用PoraPLOT Q毛细管色谱柱，脉冲火焰光度检测器（PFPD）P模式进行分析测定。方法的决定系数R2为0.9998，平均加标回收率为98.90%，日内重复性RSD为0.5%（n=5），日间重复性RSD为2.4%（n=5），方法检出限为0.0050 μg/g，定量限为0.015 μg/g。

方法灵敏度高，操作简便，稳定性好，可作为烟草中磷化氢残留量快速测定方法。试验测得熏蒸后烟草样品的磷化氢残留，远小于国际食品法典委员会CODEX和欧盟规定的谷物中磷化氢最大残留量0.1 μg/g，以及匈牙利规定的烟草磷化氢最大残留量0.1 μg/g。

[1]程新胜, 王方晓, 魏重生. 从CORESTA指南谈我国烟草仓库熏蒸灭虫实践[C]. // 中国烟草学会2004年学术年会论文集. 北京：中国烟草学会, 2004：477-480.

[2]Phosphine fumigation parameters for the control of cigarette beetle and tobacco moth[EB/OL]. Coresta Guide No 2, 2009. http://www.coresta.org/Guides/Guide-No02-Fumigation_June09.pdf

[3]WHO/FAO CODEX. Pesticide residues in food and feed[EB/OL]. http://www.codexalimentarius.net/pestres/data/index.html

[4]European Parliament, Council, Regulation, EC: 396 /2005[EB/OL]. http://ec.europa.eu/sanco_pesticides/public/index.cfm?event=substance.historic

[5]中华人民共和国卫生部. GB2715-2005 粮食卫生标准[S].北京: 中国标准出版社,2005.

[6]Limits apply to green; exception: phosphine on dried tobacco[Z]. Hungary, issued by the Ministry of Agriculture,Department of Plant Protection and Agronomy. 1997.

[7]Kuhn H, Marek J, Reif H. Fumigation of tobacco by phosphine. fachliche mitteilungen[J], Fachliche Mitteilungen,1971, 12: 191-203.

[8]Childs D P, Overby J E, Niffenegger D. Phosphine fumigation of flue-cured tobacco warehouses for the control of the cigarette beetle[J]. Tobacco Sci, 1969, 168(21): 20-25.

[9]Ren Y L, Padovan B. Evaluation of headspace Solid Phase Micro-extraction method for analysis of phosphine residues in wheat[C]. 10th International Working Conference on Stored Product Protection, 2010.

[10]林晨, 刘利, 王玉芹, 等. 气相色谱法检测面粉中磷化氢残留量[J]. 分析测试技术与仪器，2008，14(2)：92-95.

[11]Underwood J G. The radiochemical analysis of phosphine residues in fumigated tobaccos [J]. Tobacco International,1972, 174 (21): 47-50.

[12]Moser, F. Determination of phosphine (PH3) residues in tobacco (Headspace-GC Method)[DB/OL]. 1987. http://tobaccodocuments.org/pm/2501231591-1600.html

[13]张建平, 黄惠贞, 黄朝章, 等. 一种快速测定烟草及烟草制品中磷化氢残留的方法：中国，CN103115977A [P].2013-05-22.

Determination of phosphine residues in fumigated tobacco by headspace gas chromatography

LU Xinbo，BIAN Tengfei，XIAO Weiqiang，ZHANG Yunlian，HUANG Jian，CHU Guohai，JIN Guanghui，Ding Wei，ZHOU Xiaozhong，ZHOU Guojun
China Tobacco Zhejiang Industrial Co., Ltd., Hangzhou 310024, China

A method was developed by headspace gas chromatography to monitor trace phosphine residue in fumigated tobacco.PoraPLOT Q capillary column and pulsed flame photometric detector (PFPD) in P-mode were employed. Results showed thatR2was 0.9998,average recovery of 98.90%, intra-day RSD of 0.5% (n=5), inter-day RSD of 2.4% (n=5), and that limit of detection and quantification of phosphine were 0.005 and 0.015 μg/g, respectively. Concentration of phosphine in fumigated tobacco was less than 0.0069 μg/g three days after fumigation.

tobacco; phosphine; gas chromatography

10.3969/j.issn.1004-5708.2014.04.002

TS411 文献标志码：A 文章编号：1004-5708（2014）04-0007-04

卢昕博（1981—），博士，工程师，主要从事烟草化学研究工作，Email：luxb@zjtobacco.com

周国俊（1973—），博士，副研究员，主要从事烟草化学研究工作，Email：zhougj@zjtobacco.com

2013-12-03