高效液相色谱法测定电子烟烟液及气溶胶中茄尼醇含量

2016-10-16韩书磊付亚宁

分析科学学报 2016年3期

韩书磊，陈欢，刘彤，付亚宁

(国家烟草质量监督检验中心，河南郑州 450001)

电子烟又名电子烟碱传送系统，它通过内置雾化器将烟弹中的烟液雾化并将雾化气输送至口腔和肺部，而烟液一般含有烟碱、溶剂(丙二醇、丙三醇等)及调味物质(烟草添加剂、香料、水果等)[1 - 3]。近年来，电子烟的销量在全球呈快速增长之势，据统计2013年全球电子烟市场规模达到10亿美元，而到2030年有望增长至近200亿美元[4]。然而，相对于传统卷烟，人们对电子烟产品化学成分的研究还很少[1,2,5,6]。

茄尼醇是一种三倍半萜醇，具有较强的自由基吸收性能，因此具有一定的抗菌、消炎及止血抗溃疡等生物活性，也是一些重要药物如辅酶Q10及维生素K2合成的重要原料[7 - 9]。茄尼醇在烟叶中的含量很高，可达0.3%～3%，其研究方向主要集中在烟草中茄尼醇的含量测定、提取及纯化等方面[9]。电子烟烟液中的烟草提取物，如烟碱及烟草添加剂等，在生产及加工过程中可能引入一定量的茄尼醇，并通过电子烟抽吸而被人体所吸收，所以有必要建立电子烟烟液及气溶胶中茄尼醇含量的测定方法，并进行样品普查分析，以评估其含量水平及对人体的潜在暴露量。但是国内外尚无相关研究报道。茄尼醇的定量分析方法现主要有库伦滴定法[10]、气相色谱法[7]、高效液相色谱法[11 - 13]等。其中，高效液相色谱法(HPLC)具有操作简单，定量准确，线性范围宽，重复性好等优点，是测定茄尼醇含量应用较多的一种方法。本研究建立了测定电子烟烟液及气溶胶中茄尼醇含量的HPLC法，并分别对市售17种电子烟品牌共计95种烟液，以及4种电子烟品牌共计8种烟具所释放气溶胶中的茄尼醇含量进行分析，为电子烟产品的化学评估提供技术支持。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

Thermo Fisher U-3000高效液相色谱仪(美国，Thermo Fisher Scientific)，配紫外检测器；AE163电子天平(瑞士，Mettler公司)；CET8型电子烟吸烟机(英国，Cerulean公司)；HY-8调速振荡器(常州国华电器有限公司)；KQ-700DB型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。

茄尼醇(99%，Damas-beta公司)；甲醇，乙醇，异丙醇，丙酮，乙腈，二氯甲烷，乙酸乙酯(色谱纯，美国TEDIA公司)；超纯水(美国Milli-Q Advantage纯水仪所制Ⅰ级超纯水)。

17种电子烟品牌共计95种型号电子烟烟液系网络购买，为处于网络销量前列的品牌及型号，购买后保存于4 ℃冰箱中；4种电子烟品牌共计8种产品都系网络购买，类型是充液式电子烟；剑桥滤片(直径为44 mm，德国Borgwaldt kc)。

1.2 仪器条件

色谱柱为Kinetex C18 100A柱(150×2.3 mm i.d.,1.7 μm)；柱温：30 ℃；流动相：100%甲醇，等度洗脱；柱流速：0.4 mL/min；检测波长：200 nm；进样量：10 μL。

1.3 样品前处理

(1)烟液：准确称取约2.0 g电子烟烟液于10 mL容量瓶中，再加入约5 mL甲醇，然后置于振荡器上振荡10 min，以甲醇定容后，进行HPLC分析。(2)气溶胶：在一定的抽吸模式下，使用剑桥滤片捕集气溶胶中的茄尼醇，抽吸完毕后，将滤片置于50 mL锥形瓶中，再加入10 mL甲醇，振荡萃取10 min后，进行HPLC分析。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的确定

图1 标准溶液(a)与样品溶液(b)色谱图Fig.1 Chromatograms of standard solution (a) and sample solution (b)

分别考察了检测波长为195、200、205、210、215、220、225 nm时茄尼醇在甲醇中的吸光度，结果发现在200 nm时茄尼醇的吸光度最高，且无明显干扰，所以选择检测波长为200 nm。参考文献报道[11,12,14]，选择色谱柱为Kinetex C18 100A柱(150×2.3 mm i.d.，1.7 μm)，流动相为甲醇，流速为0.4 mL/min，洗脱模式为等度洗脱。在该优化条件下，目标物出峰时间在5 min之内，标准溶液及样品溶液的色谱图见图1。

2.2 气溶胶抽吸模式及茄尼醇捕集方式的选择

目前，国内外还没有电子烟产品的标准抽吸模式[6,15,16]。本研究参考烟草科学研究合作中心(CORESTA)推荐的抽吸方式之一，即抽吸体积为55 mL，抽吸间隔为30 s，抽吸时间为3 s。茄尼醇常温下为固体，不易挥发，所以拟采用剑桥滤片捕集电子烟气溶胶中的茄尼醇。为了考察滤片对茄尼醇的捕集效率，选取代表性的电子烟品牌，采用具有双层剑桥滤片(44 mm)的捕集器，在电子烟抽吸50口后，分别取出双层滤片进行分析。结果发现，单层滤片即能实现对茄尼醇的完全捕集，而后层滤片未检出茄尼醇。所以选取滤片捕集法来捕集电子烟气溶胶中的茄尼醇。

2.3 萃取溶剂的选择

由于不同电子烟产品的气溶胶雾化效率差异很大，无法通过吸烟机得到一系列气溶胶含量类似的滤片来进行方法学考察，所以我们通过分别向滤片均匀涂布等量电子烟烟液的方式来获取平行试样，以模拟捕集有气溶胶的滤片。电子烟烟液的基质主要是丙二醇和丙三醇等极性化合物[3]，所以在加入10 mL萃取剂振荡萃取20 min的条件下，分别考察了丙酮、乙腈、乙酸乙酯、水、异丙醇、乙醇、甲醇、二氯甲烷8种中等或强极性溶剂对电子烟溶液及滤片中茄尼醇的萃取效率。结果发现，甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈、丙酮对烟液及滤片中茄尼醇的萃取效率都很高，而二氯甲烷和乙酸乙酯萃取效果较差，水对滤片中的茄尼醇萃取效率很低。丙酮、异丙醇及乙醇的色谱峰峰型较差，这和文献报道结果一致[12]。乙腈相对甲醇价格高、毒性强，且与部分烟液的互溶性不好。所以最终选择甲醇作为萃取溶剂。

2.4 萃取方式及萃取体积的选择

烟液在甲醇中的溶解性很好，研究发现振荡萃取和超声萃取对滤片中茄尼醇的的萃取效率都很好，并都能够在5 min内将目标物萃取完全，为更方便样品处理，我们选择振荡萃取方式，萃取时间为10 min。而对于萃取体积的选择，除5 mL萃取量较小外，10、15、20及30 mL萃取体积对最终结果的影响不大。为兼顾方法灵敏度及萃取效率，最终选择的萃取体积为10 mL。

2.5 检出限、回收率和精密度

茄尼醇在0.016～8.11 μg/mL浓度范围内线性关系良好(R2=0.9993)，以信噪比(S/N)≥3确定方法的检出限为0.010 μg/g，可以满足定量分析的要求。取已知含量的电子烟烟液及气溶胶滤片样品3份，分别按照低、中、高3种水平加入茄尼醇，每个添加水平重复测定6个样品。由表1可知，茄尼醇在烟液及气溶胶中的加标回收率在97.06%～104.39%之间，相对标准偏差(RSD)不高于1.06%，说明本方法回收率好，精密度高。

表1 电子烟烟液及气溶胶中茄尼醇的加标回收率和相对标准偏差

2.6 实际样品测试

图2 电子烟对茄尼醇的递送行为Fig.2 Solanesol delivery profiles for tested electronic cigarettes

利用建立的方法分别对市售17种电子烟品牌共计95种烟液以及4种电子烟品牌共计8种烟具所释放气溶胶中的茄尼醇含量进行分析。其中，每种烟液样品平行测定两次，并取平均值。结果表明：在95种样品中共有61种检出茄尼醇，检出率为64.21%，茄尼醇含量范围为0.014～25.67 μg/g，在检出茄尼醇的样品中，80%以上样品的含量为0.10～2.50 μg/g。

本研究选用茄尼醇含量较高的烟液(茄尼醇含量为25.67 μg/g)，在一定的抽吸模式下(抽吸体积为55 mL，抽吸间隔为30 s，抽吸时间为3 s)，以30口为一轮，抽吸5轮共计150口，以考察电子烟对茄尼醇的递送行为(图2)。待测样品有4种电子烟品牌(EC1～EC4)共8种产品(每种品牌选择两种同类型产品，如EC1-1和EC1-2)。在实验条件下，8种电子烟抽吸150口对茄尼醇的释放量为2.62～10.12 μg，各电子烟品牌及各品牌同种型号之间对茄尼醇的递送行为差异较大，如同品牌同型号的电子烟EC4-1和EC4-2对茄尼醇的释放量分别为9.46 μg和4.61 μg。