主流烟气中三种稠环芳烃的同时测定
2017-06-29梅雅楠李燕单园园赵铭钦孔
梅雅楠++李燕++单园园++赵铭钦++孔德辉++史龙飞++宋正熊
摘要:建立了气相色谱三重串联四极杆质谱(GC-MS/MS)同时测定烟草主流烟气中苯并[a]蒽、Chrysene和苯并[a]芘 3种稠环芳烃的方法。以吸烟机抽吸卷烟,并以剑桥滤片捕集卷烟主流烟气,然后以含9-苯基蒽内标的环己烷溶液萃取滤片,萃取液经针式过滤器过0.22 μm有机滤膜后以GC-MS/MS进行分离测定。结果表明:3种稠环芳烃在浓度范圍内线性关系良好(R2≥0.9991),检测限和定量限分别均在0.83~1.72 ng/支和2.77~5.82 ng/支之间,回收率为80.1%~106.2%,相对标准偏差均小于5%。该方法前处理简单、灵敏度高、稳定性好,适用于卷烟主流烟气中稠环芳烃的测定。
关键词:主流烟气;稠环芳烃;气相色谱三重串联四极杆质谱(GC-MS/MS)
中图分类号:S572文献标识号:A文章编号:1001-4942(2017)06-0135-05
AbstractA method of triple quadrupole mass spectrometer with gas chromatography (GC-MS/MS) was established to determine three polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs),including Benzo [a]anthracene, Chrysene and Benzo [a]pyrene,in mainstream cigarette smoke. After being pumped by smoking machine,the Cambridge filter pad was used to collect the mainstream cigarette smoke. Then the filter pad was extracted by cyclohexane solution containing 9-Phenylanthracene as the internal standard. The extract was filtrated by 0.22 μm organic syringe filters. Finally, the filtering medium was detected using GC-MS/MS. The results showed that three PAHs displayed good linearity (R2≥0.9991) in the concentration range. The limit of detection and limit of quantitation was 0.83~1.72 ng/cig and 2.77~5.82 ng/cig, respectively.The recovery rate ranged from 80.1% to 106.2% with the relative standard deviations (RSDs) of less than 5%. This method was simple, accurate and stable,which was suitable for the determination of PAHs in mainstream cigarette smoking.
KeywordsMainstream cigarette smoke; Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs); Triple quadrupole mass spectrometer with gas chromatography (GC-MS/MS)
稠环芳烃又称多环芳烃,是一类存在于大气、植物体、污水、汽车尾气等中的常见化学物质。卷烟烟气中稠环芳烃的种类多达数百种,是烟草有机物在高温缺氧条件下不完全燃烧的产物或高温裂解的副产品。国际癌症研究机构( IARC) 对卷烟烟气中的稠环芳烃进行动物致癌试验表明, 以苯并[a]芘(Benzo[a]pyrene,BaP)为代表性的多环芳烃属于完全致癌的化合物,苯并[a]蒽(Benzo[a]anthracene)和Chrysene属于可能致癌的化合物,其中BaP是国家烟草专卖局重点关注的7种烟气有害物之一[1-3]。
文献报道的测定方法主要有纸层析法(PC)、薄层色谱法(TLC)、荧光分光光度法、气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)和气相色谱-质谱法(GC-MS)。由于具有自动、连续、联用能力强等特点,HPLC[4,5]和GC-MS [6-9]是目前BaP分析检测中最常用的两种方法,其中GC-MS法是目前我国卷烟烟气粒相物中BaP分析的标准方法[10]。随着现代分析仪器的发展,在GC-MS的基础上又衍生出测定BaP 的新方法。何智慧等[11]建立了用凝胶渗透色谱(GPC)联用GC-SIM-MS法测定卷烟主流烟气中BaP的方法。周仕禄等[12]采用程序升温汽化(PTV)大体积进样与GC-MS-SIM联用,检测了卷烟主流烟气中的BaP,并优化了PTV-GC-MS-SIM检测卷烟烟气BaP的参数;样品经反相C18-SPE纯化后的洗脱液不需浓缩,直接应用PTV技术进样,可以提高洗脱液的利用率,缩短分析时间,提高灵敏度。
目前,测定烟草中稠环芳烃的标准方法中,样品需要净化、富集、浓缩等过程,存在前处理繁琐、耗时、有机溶剂使用量大等不足,且现有检测方法的灵敏度较低,分析方法较为繁琐冗长,GC-MS/MS法可显著提高稠环芳烃检测的灵敏度。因此,本试验拟采用GC-MS/MS法,以9-苯基蒽作为内标,通过对样品前处理条件进行优化,探索一种快速、高效、准确地测定卷烟主流烟气中稠环芳烃的方法,为减害降焦提供技术支持。
1材料与方法
1.1仪器
气-质联用仪:气相7890B系统,质谱7000C Triple Quad(Agilent Technologies公司);电子天平:New Classic MF型(瑞士Mettler Toledo公司),感量0.000 1 g;Milli-Q超纯水仪(美国Millipore公司);KQ-500GVDV型雙频恒温数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);SM450直线型20孔道吸烟机(英国Cerulean公司)。
1.2材料与试剂
测试卷烟由中国烟草总公司青州烟草研究所对初烤烟叶进行统一加工,统一编码,不加香加料,单一原料卷制,不加滤嘴,烟支卷制规格为:长度70 mm,直径24. 5 mm。选取参比卷烟CM8作为对照样品。
苯并[a]芘、苯并[a]蒽、Chrysene、9-苯基蒽标样(美国 Accustandard 公司);环己烷,色谱纯试剂(美国 Fisher 公司)。
1.3定量标准曲线制作
内标工作溶液配制:准确称取3.2 mg 9-苯基蒽,用环己烷溶解并定容至100 mL棕色容量瓶中,配制成质量浓度为32 μg/mL的9-苯基蒽溶液作为内标工作溶液,于4℃冰箱中存储,备用。
标准系列溶液配制:准确移取0.05 mL苯并[a]芘(规格为0.2 mg/mL)、0.125 mL苯并[a]蒽(规格为0.2 mg/mL)、0.5 mL Chrysene(规格为50 μg/mL)标准品,用环己烷定容至25 mL棕色容量瓶中,配制成浓度分别为400、1 000、1 000 ng/mL的标准储备液,于4℃冰箱中存储。分别移取0.05、0.10、0.25、0.50、1.00、2.00 mL标准储备液于10 mL棕色容量瓶中,准确加入62.5 μL内标溶液,加环己烷定容,即得标准系列溶液(表1)。
1.4样品处理与分析
1.4.1烟气捕集方法和预处理抽吸前,卷烟烟支首先按照标准方法[13]进行重量筛选和吸阻筛选。所用卷烟试验前在(22±1)℃、相对湿度(60±2)%条件下平衡48 h,然后经重量及吸阻分选,挑出均匀一致的试验烟支,使用RM450型20孔道吸烟机,每口抽吸2 s,体积35 mL,每口间隔58 s,环境温度(22±2)℃,相对湿度(60±5)%,用直径44 mm剑桥滤片捕集5支卷烟的烟气总粒相物,准确在滤片上加入62.5 μL 9-苯基蒽内标溶液,然后加入10 mL环己烷,在室温(30℃)条件下超声萃取40 min[14],静置30 min后,经0.22 μm针式过滤器过滤至棕色色谱瓶中,进样检测,用内标标准曲线定量法定量。
1.4.2气-质分析条件色谱柱为HP-5MS Ultra Inert(30 m×0.25 mm×0.25 μm);程序升温:初始温度 150℃,升温速率6℃/min,终了温度280℃,保持 10 min;MMI进样口,不分流进样,进样体积:1.0 μL;电离方式:EI;离子源温度:230℃;传输线温度:280℃;进样口温度:280℃;MS1四级杆温度:150℃,MS2四级杆温度:150℃;离子化能:70 eV;He淬灭气:2.25 mL/min;N2碰撞气:1.5 mL/min;溶剂延迟:15 min。
扫描方式:MRM,选择离子为苯并[a]芘、苯并[a]蒽、Chrysene、9-苯基蒽(表2),每个离子的监测时间为100 ms。
2结果与分析
2.1色谱条件的选择
传统分析检测方法用HP-5MS和DB-5MS色谱柱作为分析柱,本试验选择超高惰性毛细管色谱柱HP-5MS Ultra Inert作为分析柱,取得了较好的保留效果,样品的提取离子色谱图见图1。
2.2前处理方式的选择
稠环芳烃的前处理方法主要有以下三种:一是溶剂提取[15],即烟草样品经溶剂萃取后过滤膜直接进样;二是固相萃取[16,17],即烟草样品经溶剂提取后,冷却至室温,取适量用硅胶固相萃取小柱净化;三是凝胶渗透色谱净化[11,14,18,19],即卷烟烟气样品经剑桥滤片捕集、环己烷超声萃取、凝胶(GPC)系统分离纯化、浓缩后,用气-质联用分析测定或直接进行在线凝胶色谱-气质联用(在线GPC-GC/MS)测定。
考虑到稠环芳烃为弱极性化合物,为降低溶剂使用成本,同时避免样品处理过程中的浓缩、转移、定容等前处理步骤,减少误差,本试验用10 mL环己烷在室温(30℃)条件下超声萃取40 min,静置30 min后,用针式过滤器过0.22 μm有机滤膜至棕色色谱瓶中,直接进样检测。
2.3工作曲线、定量限、回收率和精密度
对最低浓度的标准溶液进行6次测定,计算其标准偏差,以3倍标准偏差作为检出限(LOD),10倍标准偏差作为定量限(LOQ),苯并[a]蒽分别为1.72 ng/支和5.78 ng/支,Chrysene分别为0.83 ng/支和2.77 ng/支,苯并[a]芘分别为1.37 ng/支和5.82 ng/支,且在试验范围内线性关系良好,相关系数均达到0.9991以上(表3)。
参比卷烟CM8样品4份,其中1份为参比,另3份分别加入低、中、高不同浓度水平的稠环芳烃标准样品,样品按选定的前处理条件处理,选定色谱条件进样分析,得到苯并[a]蒽的回收率在82.3%~89.7%之间,Chrysene的回收率在81.3%~89.8%之间,苯并[a]芘的回收率在80.1%~106.2%之间(表4),说明方法回收率较好。将参比卷烟CM8的3个不同加入量的样品分别重复分析10次,测得3种稠环芳烃含量的相对标准偏差(RSD)在0.8%~4.8%之间(表4),表明方法的重复性良好,满足日常烟气样品的检测。
2.4实际样品分析及其与标准方法对比
本试验采用ISO标准抽吸模式抽吸10个不同产区的卷烟样品,主流烟气中3种PAHs的分析结果见表5。
由表5可以看出,苯并[a]蒽的含量在30.40~63.97 ng/支,Chrysene的含量在40.26~79.95 ng/支,苯并[a]芘的含量在38.21~62.20 ng/支。
所测3种稠环芳烃的含量与市售成品卷烟相比均偏高,可能是由于测试卷烟为无滤嘴单料烟,烟叶原料没有经过醇化处理及配方设计,且缺少了滤嘴对烟气有害物质的截留作用[20-22]。
3结论
本研究建立了GC-MS/MS法测定烟草中稠环芳烃的分析方法,以9-苯基蒽为内标,环己烷溶液超声萃取后经针式过滤器过0.22 μm有机滤膜后直接进样,3种目标物的检测限和定量限分别在0.83~1.72 ng/支和2.77~5.82 ng/支之间,回收率为80.1%~106.2%之间,相对标准偏差在0.8%~4.8%之间。本方法操作简单、结果准确、回收率高、灵敏度高、重复性好,可用于分析卷烟烟气中稠环芳烃。
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