液相色谱串联质谱法测定烟用纸张中的芳香胺

张廷贵　邓其馨　林　艳　刘泽春　许寒春　谢　卫

(福建中烟工业有限责任公司技术中心,福建厦门,361022)



液相色谱串联质谱法测定烟用纸张中的芳香胺

张廷贵邓其馨林艳刘泽春许寒春谢卫*

(福建中烟工业有限责任公司技术中心,福建厦门,361022)

摘要：建立了液相色谱串联三重四级杆质谱(LC-MS/MS)测定烟用纸张中20种芳香胺的检测方法。用柠檬酸缓冲液浸泡烟用纸张,加入连二亚硫酸钠还原为芳香胺,浸泡液过固相萃取小柱后,用甲醇洗脱,并浓缩定容,进行液相色谱串联质谱测定。该方法的回收率为77.5%～112.1%, 精密度(RSD)为1.4%～13.4%,检出限均小于0.1 ng/mL。该方法灵敏度高,分析时间短,适用于烟用纸张中芳香胺的测定。

关键词：烟用纸张；芳香胺；液相色谱-串联质谱

烟用纸张上通常会印有精美的文字和图案,而这些印刷品中有的使用含有偶氮染料的涂料。部分偶氮染料与人体的代谢产物(如汗液等)作用会产生对人体有致癌作用的芳香胺[1- 2]。偶氮染料、芳香胺也是我国烟草行业根据行业特点列出的可能涉及卷烟产品质量安全的行业高度关注物(SVHC)。因此,对烟用纸张中芳香胺进行监测,对保护消费者具有十分重要的意义。目前芳香胺的定量检测方法有气相色谱质谱联用法(GC-MS)[3- 7]、液相色谱串联三重四级杆质谱法(LC-MS/MS)[8]等。部分方法的检出限较高,不能很好地满足检测的需求。有研究者[2]以硅胶柱作为固相萃取柱,氮吹浓缩后用甲醇定容,最后进行气相色谱-串联质谱法测定纸质食品包装材料中的禁用芳香胺。本实验通过比较检测前进预处理及检测条件,建立了同步提取、同时测定烟用纸张中20种芳香胺的高效液相色谱串联质谱的分析方法。

1实验

1.1仪器与试剂

安捷伦液相色谱仪1290(美国Agilent公司)；三重四级杆质谱仪QTRAP 5500(美国应用生物公司)；AG104电子天平(感量0.0001 g,瑞士Mettler Toledo公司)；0.22 μm微孔过滤膜(北京颇赛科技发展有限公司)；数显恒温水浴锅(江苏金坛市江南仪器厂)；真空旋转蒸发仪(德国Heidolph公司)；Human超纯水系统(北京普析通用仪器有限责任公司)；甲醇(色谱纯,百灵威化学试剂公司)；20种禁用芳香胺混合标准溶液浓度均为300 μg/mL(Accustandard 公司)。

1.2标准样品溶液的制备

将20种禁用芳香胺混合标准溶液1 mL,置于100 mL棕色容量瓶中,采用甲醇溶解和定容,得到禁用芳香胺一级混合标准储备液(20种禁用芳香胺的浓度均为3 μg/mL)；取一级混合标准储备液5 mL,置于100 mL棕色容量瓶中,再以甲醇溶解和定容,得到禁用芳香胺二级混合标准储备液(20种禁用芳香胺的浓度均为150 μg/mL)。分别准确吸取禁用芳香胺二级混合标准储备液0.2,0.4,1.0,2.0,4.0 mL于100 mL棕色容量瓶中,以甲醇稀释至刻度。得到禁用芳香胺浓度分别为 0.3,0.6,1.5,3.0,6.0 ng/mL的标准溶液系列。

1.3分析条件

色谱柱：Zorbax SB-C3色谱柱(2.1 mm×150 mm, 5 μm)；流动相：A甲醇,B去离子水；洗脱梯度：0～3 min,20%A；流速：0.2 mL/min，3～8 min,80%A；流速：0.5 mL/min，8～11 min,5%A；流速：0.5 mL/min，11～15 min,5%A；流速：0.2 mL/min；柱温：40 ℃；进样体积：3 μL；离子源：电喷雾电离源(ESI)；扫描方式：正离子扫描；检测方式：多反应监测(MRM)；电喷雾电压：5000 V；离子源温度：350 ℃；辅助气Gas1压力：413.70 kPa(60 psi)；辅助气Gas2压力：344.75 kPa(50 psi)；去簇电压(DP)：40 V；目标物、保留时间、定量离子对(m/z)、定性离子对(m/z)、碰撞能和CAS号见表1。

1.4样品预处理

将样品剪成2 mm×3 mm左右的碎片,混合均匀。称取1 g样品,精确至0.1 mg,置于具塞锥形瓶中,加入16 mL预热至(70±2)℃的柠檬酸缓冲液,猛烈摇动,使液体浸透样品,于(70±2)℃水浴中放置30 min,加入连二亚硫酸钠水溶液3 mL,保持(70±2)℃,反应30 min,然后将锥形瓶置于冰水混合物中迅速冷却至室温。将锥形瓶中的液体部分倒入HLB固相柱,静置15 min。用4×20 mL甲醇清洗锥形瓶和样品,每次均充分震荡,洗涤液全部倒入HLB固相柱,用具塞锥形瓶接取洗脱液。将洗脱液倒入浓缩瓶,于35℃旋转蒸发至干,加入2 mL去离子水溶解残渣。经0.22 μm滤膜过滤后,进行LC-MS/MS分析。

表1　20种芳香胺的MRM质谱参数

注定量、定性离子对为母离子/子离子。

2结果与讨论

2.1固相萃取柱的选择

从烟用纸张中迁移出来的芳香胺含量很低,通常需要进行浓缩富集,常用方法为固相萃取。研究发现,不同的固相萃取柱对芳香胺的富集效果各不相同。取添加有4-氨基偶氮苯标样的提取液4 份,分别采用硅胶柱、氧化铝柱、硅藻土柱、HLB固相柱为固相萃取柱进行实验。结果发现,过柱后色谱图的杂质峰大大减少,其中HLB固相柱的效果最佳。过柱后,HLB固相柱的回收率为95.3%,硅胶柱为83.2%,氧化铝柱为74.5%,硅藻土柱为70.3%。因此,选择HLB固相柱为固相萃取柱。

2.2pH 值的确定

禁用芳香胺均带有氨基,是呈弱碱性的极性化合物,溶液的pH 值对芳香胺的电离性能有重要影响。取添加有4-氨基偶氮苯标样的提取液3 份,调节溶液的pH值分别为8.0、9.0、10.0,测定其回收率,结果发现其回收率分别为83.6%、91.2%、82.3%,可见当pH 值为9.0 时,固相萃取柱对目标分析物具有较理想的吸附特性。

2.3淋洗剂的选择

取添加有4-氨基偶氮苯标样的提取液5 份,过HLB固相萃取柱,过柱后,分别用20 mL 甲醇、正己烷、丙酮、二氯甲烷、叔丁基甲醚进行淋洗,结果发现,使用甲醇的萃取效率最高,因此选择甲醇为淋洗剂。甲醇用量过少时,芳香胺洗脱不完全; 用量过多时又会将吸附在固相萃取柱上的杂质洗脱下来。取5 份添加有4-氨基偶氮苯标样的提取液,过HLB固相萃取柱,过柱后,分别用5、10、15、20、25 mL 甲醇进行淋洗,测定其回收率,结果发现其回收率分别为79.5%、81.4%、82.7%、92.7%、89.3%。当淋洗体积为20 mL 时,回收率达到最大值,因此淋洗体积选择为20 mL。

2.4定容条件的确定

许多研究者用氮吹将固相柱洗脱后的萃取液吹干,但在实验过程中发现由于萃取液中含有大量水分,用氮吹无法将其吹干,因此采用真空旋转蒸发,将萃取液浓缩至干。此外,相关文献报道[1- 2],在旋转蒸发后,采用甲醇溶液定容过膜,直接进样测试,但本实验发现,用甲醇溶液定容过膜后,还会有大量白色沉淀析出,对色谱进样产生不良影响,因此本实验采用去离子水定容,并过膜进样。

2.5色谱柱的分析

参考相关文献[2],选择Zorbax SB-C3色谱柱。如图1所示,用Zorbax SB-C3色谱柱,色谱峰的峰型较好,且可以实现2,4-二甲基苯胺和2,6-二甲基苯胺这对同分异构体的基线分离。

图1　标准溶液中的提取离子流色谱图

2.6质谱分析

本实验基于LC-MS/MS母离子和子离子一一对应的MRM,通过设定多个扫描通道来实现20种芳香胺的同时测定。取芳香胺二级混合标准储备液(以下简称混标),稀释10倍,得到20种芳香胺浓度均为1.5 μg/mL的混合标准溶液。采用流动注射法对该溶液直接进行质谱分析,根据芳香胺的分子结构特征,选择电喷雾(ESI)离子源,在正离子模式下再对芳香胺进行一级质谱分析,得到芳香胺的分子离子峰,选择合适的分子离子峰进行二级质谱碎片分析,得到子离子信息。各组分的MRM监测条件见表1。图2是混标在表1条件下得到的多反应监测总离子流图。从图2中可以看出,20种芳香胺的谱峰峰形均尖锐对称,各谱峰之间都能完全分离出来。图3是实际样品的MRM总离子流图。从图3可以看出,实际样品中的芳香胺目标物峰形尖锐,可以实现与样品杂质的基线分离,该方法适合于实际样品的分析检测。

2.7标准曲线方程和检测限

在本方法确定的条件下,在空白基质中添加不同浓度的混标溶液,进行测定,结果发现,在一定浓度范围内,其浓度x与响应值y之间有良好的线性关系,其线性相关系数均大于0.999,表2列出了各组分的线性关系。在S /N (信噪比)=3 的条件下,得到各组分的检出限,在S /N (信噪比)=10的条件下,得到各组分的定量限,结果列于表2 中,所有禁用芳香胺的检出限均小于0.1 ng /mL。

图2　混标多反应监测总离子流图 (图中序号同表1)

目标物线性回归方程线性相关系数检出限/ng·mL-1定量限/ng·mL-12,4-二氨基甲苯y=287000x-4500000.99970.060.18邻甲氧基苯胺y=601000x-37000000.99930.060.18邻-甲基苯胺y=100000x-6900000.99920.070.214,4’-二氨基二苯醚y=207000x-16200000.99940.070.214,4’-二氨基二苯甲烷y=489000x-7340000.99970.060.182,4-二甲基苯胺y=413000x-2860000.99960.070.21联苯胺y=2010x-127000.99980.080.242-甲氧基-5-甲基苯胺y=1020000x-24600000.99970.030.09对氯苯胺y=16800x-8240000.99980.060.183,3’-二甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷y=39400x-1330000.99930.060.182,6-二甲基苯胺y=73500x-3540000.99960.070.213,3’-二甲氧基联苯胺y=126000x-3240000.99990.040.122-萘胺y=410000x-19900000.99990.040.124-氯邻甲苯胺y=178000x-7400000.99990.060.182-氨基-4-硝基甲苯y=1930x-24700.99970.030.094-氨基联苯y=266000x-7180000.99980.030.094-氨基偶氮苯y=773000x-13500000.99990.010.033,3’-二氯联苯胺y=66800x-849000.99970.020.063,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷y=39400x-1330000.99930.030.09邻氨基偶氮甲苯y=306000x-1430000.99940.030.09

图3　实际样品的MRM总离子流图

注x为目标物浓度,y为响应值。

2.8精密度和回收率

在空白样品中添加高、中、低 3 个水平的混标溶液,按照方法进行回收率实验,每个水平浓度下做6个平行样,计算精密度。LC-MS/MS方法的回收率为77.5 %～112.1 %,精密度( RSD) 为1.4 %～13.4 %。其中,2,4-二甲基苯胺和联苯胺的平均回收率低于80%,精密度高于10%,这可能是由于该方法对这两种目标物的检出限和定量限较高的缘故。据相关报道[2],GC-MS/MS方法的回收率为63.1%～98.4%,精密度为2.6%～16.2%,因此,本方法能满足烟用材料中芳香胺的检测要求。

2.9实际样品分析结果

采用本方法测定了23个烟用纸张样品,结果发现22个样品检出芳香胺,其含量均小于0.009 mg/kg。

3结论

采用柠檬酸缓冲液提取烟用纸张中的芳香胺,提取液经处理后进行液相色谱串联三重四级杆质谱分析,从而建立了一种同时测定20种芳香胺的检测方法。该方法与现有的气相色谱串联质谱法相比较[2],样品的分析测试时间降至15min,可实现2,4-二甲基苯胺和2,6-二甲基苯胺这对同分异构体的基线分离,20种芳香胺的检出限均低于0.1 ng/mL。可见,该方法快速、选择性好、灵敏度高,适用于烟用纸张中芳香胺的检测。

参考文献

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(责任编辑：董凤霞)

·消息·

“2015中国国际纸浆峰会”在上海召开

由全国工商联纸业商会主办的“2015中国国际纸浆峰会”于3月24—25日在上海召开。本届纸浆峰会以“寻找浆纸价值回归之道”为主题,邀请商务部领导、经济学家、行业专家,全球制浆造纸行业有影响力的企业家到会演讲、对话,共同探讨如何通过建立良性的传导机制,实现浆纸价值回归,引领浆纸产业继续携手面对发展过程中的困难,共同推动制浆和造纸行业实现健康、可持续发展。

经过多年的高速发展,中国的造纸产量已经位居全球第一,同时中国纸浆进口量接近全球商品浆的三成,是世界上最大的纸浆需求国。中国以其在全球浆纸行业的重要市场地位,成为国内外浆纸企业发展的必争之地。可以说,中国浆纸行业兴旺,则全球浆纸市场晴朗。

在上海召开国际性的纸浆会议已经有近十年的历史,由于中国造纸行业在世界纸浆市场上的地位越来越重要,3月底在中国上海召开的国际纸浆会议逐渐成为与英国伦敦浆周和加拿大温哥华浆周齐名的世界三大纸浆会议之一。

纸业商会作为中国主要大型造纸企业组成的商会,第一次主办纸浆会议,得到全国工商联领导和商会全体会长领导们重视。纸业商会主办纸浆会议,不仅仅是为浆纸贸易双方搭建一个交流的平台、提供一个相聚的机会,还是为了给世界浆纸企业创建一个读懂中国浆纸市场平台。

商会致力于把上海国际纸浆峰会打造成一个立足中国这个全球最大浆纸市场、吸引全球浆纸企业高度参与、大型企业高层参与度最高的国际化行业盛会。为让全球纸浆企业进入中国,中国造纸企业资源全球化,创造一个国际化平台,营造公平、稳定、持久的市场环境,纸业商会作为浆纸行业最具活力的行业组织,充分发挥行业组织的影响力,主办了本届中国国际纸浆峰会。

读懂中国浆纸市场从这里开始,为此纸业商会精心安排论坛议程,设置热点话题。在3月25日召开的纸浆高峰论坛上,专家、企业家分别就宏观经济和国际贸易形势做了演讲,探讨中国和全球浆纸市场变革趋势和企业未来发展战略,介绍全球阔叶浆和针叶浆发展现状,分析中国生活用纸和涂布包装纸板的发展态势。

会议期间,纸业商会还举办了高峰见面会和高峰晚宴等活动。在由30多位全球知名浆纸企业高层参加的高峰见面会,国际纸浆供应商和中国主要大型企业的高层围绕中国造纸行业的产能过剩问题、中国纸浆市场的地位等问题进行了深入交流。

峰会同时得到亚太森博、斯道拉恩索、UPM、巴西金鱼浆纸、大连集发、中海集运、亚马逊化工等多家国内外制浆、造纸、物流、化学品等领域企业的赞助,亚太森博和亚马逊化工分别冠名了高峰论坛和高峰晚宴。

李洪信名誉会长在高峰晚宴致辞中表示,服务行业、服务会员,推动行业健康发展是纸业商会的职责所在,因此纸业商会充分发挥行业的引领作用,让国外纸浆企业更加了解中国,引导中国造纸企业加快与全球市场接轨,增强中国造纸行业在国际纸浆市场的地位和话语权。根据这个目标,纸业商会将把纸浆峰会作为今后一项重要工作,把中国国际纸浆峰会打造成一年一度的、全球浆纸企业参与度最高的国际性行业盛会。

·液相色谱·

Determination of Aromatic Amines in Cigarette Paper

by Using Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry

ZHANG Ting-guiDENG Qi-xinLIN YanLIU Ze-chunXU Han-chunXIE Wei*

(TechnologyCenterofChinaTobaccoFujianIndustrialCorporation,Xiamen,FujianProvince, 361022)

(*E-mail: xiewei@fjtic.cn)

Abstract：In this paper, a liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method for measuring 20 kinds of aromatic amines in cigarette paper was established. The sample was first extracted by citrate buffer and the aromatic amines were reduced by adding sodium dithionite, the extract was then concentrated on a solid phase extraction column and eluted by methanol. The elution was condensed and solved for LC-MS/MS analysis. The recoveries of the method were in the range of 77.5%～112.1%, while the relative standard deviation (RSD) change from 1.4%～13.4%, the limit of detection was lower than 0.1 ng/mL. The developed method was of good efficiency, sensitivity and selectivity, and could been successfully applied to determine the aromatic amines in cigarette paper．

Keywords:cigarette paper; aromatic amines; liquid chromatography-tandem mass spectrometry

通信作者：*谢 卫先生,E-mail: xiewei@fjtic.cn。

基金项目：福建中烟工业有限责任公司资助项目“烟用材料高度关注物芳香胺等5类检测方法的研究与建立”(FJZYJH2014012)。

收稿日期：2014- 12- 19(修改稿)

中图分类号：TS77

文献标识码：A

文章编号：0254- 508X(2015)04- 0043- 05

作者简介：张廷贵先生,助理工程师；主要从事烟草化学分析的研究。