极性搅拌棒吸附萃取-热脱附-气相色谱/质谱法测定主流烟气捕集液中4种酚类物质

李 晶, 刘 欣, 倪朝敏, 陈建华, 王晓辉, 耿永勤, 伊奥尔, 李雪梅*

(云南中烟工业有限责任公司技术中心,昆明云南 650106)

卷烟烟气是个复杂的体系，成分大概有4 000多种[1]，卷烟抽吸时这些成分与口腔唾液相互作用，从而引起抽吸者感官反应[2 - 3]。因此，对于唾液吸收的这部分化学物质的分析具有重要的现实意义。已有研究表明，烟气中部分酚类物质对呼吸道具有刺激性，可造成辣味、涩味或不干净等不良的抽吸感官感受[4 - 5]，因此研究烟气捕集液中酚类物质的含量可以为酚类物质与卷烟抽吸品质相关性研究，以及烟气对抽吸者作用和感官刺激反应提供数据支持。

搅拌棒吸附萃取(Stir Bar Sorptive Extraction,SBSE)是一种集搅拌和萃取于一体的固相萃取技术，具有富集倍数高、重复性好、溶剂消耗少和操作简单等优点[6 - 8]。SBSE作为新型的前处理方法，已经广泛应用于食品、水样、农药残留等方面的检测[9 - 11]，目前暂未见利用极性搅拌棒应用于烟气成分分析的报道。常规卷烟烟气中酚类物质的检测主要采用滤片捕集，液相色谱进行检测[12]，但是这样的捕集方式与实际烟气在口腔中的扩散方式有很大区别，因此烟气中的化学物质与抽吸感受相关性不强。本实验以模拟烟气在吸烟者口腔扩散吸附后的烟气捕集液为研究对象，开展烟气感官感受与化学成分相互作用的科学研究。但是由于采用模拟烟气扩散的过程，烟气捕集液中的化学物质含量大大降低，利用普通常规前处理及检测方式具有较大的困难，因此采用富集倍数高、重复性好、溶剂消耗少的SBSE进行样品前处理，采用GC/MS进行定性定量检测。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

Gerstel TDS-2 热脱附仪(德国，Gerstel公司)；TC2老化器(德国，Gerstel公司)；Gerstel 极性搅拌磁子(0.5×10 mm，EG -Silicone-SBSE)、热脱附管(6.0 mm o.d.，4.5 mm i.d.)(德国,Gerstel公司)；Agilent 7890A 型气相色谱仪，串联具有电子轰击离子源(EI源)的5975C质谱检测器(Agilent 公司)；IKA RH basic2磁力搅拌器(美国，IKA公司)；AE200分析天平(瑞士，METTLER公司)；SK5200型超声波振荡器(上海科导超声仪器有限公司)。

苯酚、邻甲酚、间甲酚、对甲酚(纯度>98%,美国Sigina公司)。4种标准储备液浓度均为1 mg/mL,用甲醇配制，4 ℃避光保存。不同浓度工作溶液，用甲醇稀释储备液得到。内标丙酸苯乙酯(纯度99.5%，美国Supelco公司)；甲醇(色谱纯，Merch公司) ；其余试剂均为分析纯，购自西陇化工厂。实验用水均为Milli-Q纯水仪(美国Millipore公司)制备的超纯水。

4种卷烟样品于超市购买。

1.2 热脱附-气相色谱/质谱分析条件

1.2.1热脱附分析条件采用溶剂排空模式进样；升温程序为：初始温度40 ℃，以60 ℃/min的速度进行加热，加热至220 ℃后保持3 min；传输线温度为300 ℃；冷阱温度为-50 ℃，以12 ℃/s的速度升至280 ℃，保持5 min。

1.2.2气相色谱条件色谱柱：Agilent DB-WAX柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气：氦气(He)，流速1.0 mL/min；程序升温：初始温度40 ℃，保持5 min，以5 ℃/min速度升至230 ℃；进样口温度：230 ℃，不分流进样。

1.2.3质谱条件离子源：EI；离子化能量：70 eV;离子源温度：230 ℃；监测方式：选择离子模式(SIM)。

1.3 烟气捕集液制备

(1)烟气捕集液按照ISO/TR10271[13]标准进行配制。具体配制方法为：0.4 g/L NaCl，0.4 g/L KCl,0.795 g/L CaCl2·H2O,0.005 g/L Na2S·2H2O,0.78 g/L NaH2PO4·H2O,1 g/L尿素，溶液用水配制，最后用稀NaOH溶液将模拟唾液调至pH=6.8±0.5；(2)根据GB/T 16447-2004的条件[14]，对待测卷烟进行平衡，平衡48 h的烟支按照标准抽吸条件进行抽吸[15]，烟气直接通过橡胶管通入实验室自制烟气吸收瓶中(烟气捕集液为20 mL)，模拟人抽吸卷烟时烟气在口腔中的扩散过程，每次抽吸5支卷烟，抽吸完毕后将制备好的烟气捕集液密封，备用。

1.4 烟气捕集液的极性搅拌棒吸附萃取

搅拌棒使用前需进行老化处理，即在高纯氮气保护下，将搅拌棒加热到220 ℃，老化30～60 min，之后冷却备用。取1 mL 烟气捕集液于20 mL玻璃瓶中，加入5 μL 200 μg/L内标丙酸苯乙酯以及4 mL超纯水；放入搅拌磁子，盖好瓶盖，于900 r/min搅拌吸附萃取60 min。萃取完成后，将搅拌磁子取出用超纯水进行清洗，利用无尘纸进行干燥，待脱附进样。

2 结果与讨论

2.1 SBSE萃取条件优化

本实验以加入4种酚类标准溶液(浓度为50 μg/L)的空白收集液(没收集烟气)为考察对象，将萃取转速保持为900 r/min，室温下研究萃取时间对萃取效率的影响。萃取时间对萃取效率的影响见图1，最佳萃取时间优化为60 min。将萃取时间保持为60 min，室温下研究萃取转速对萃取效率的影响,见图2，萃取转速优化为900 r/min。

图1 萃取时间对萃取效率的影响图Fig.1 Effect of extraction time on extraction efficiencya:phenol;b:o -cresol;c:m -cresol;d:p -cresol.

图2 萃取转速对萃取效率的影响图Fig.2 Effect of rotation rate on extraction efficiencya:phenol;b:o -cresol;c:m -cresol;d:p -cresol.

2.2 热脱附条件优化

搅拌棒进行吸附萃取后,通过热脱附进行目标物的转移。本实验对热脱附影响较大的因素进行了优化考察，包括热脱附温度、热脱附时间以及冷阱温度。采取正交试验法，每个因素选取3个水平进行考察，以加入4种酚类标准溶液(浓度为50 μg/L)空白收集液(没收集烟气)为考察对象进行萃取，采用不同热脱附条件进行分析，比较4种酚类物质总峰面积大小以确定较优的水平组合，正交试验结果见表1。结果表明，3个因素对热脱附结果的影响大小依次为：热脱附温度(A)>冷阱温度(C)>热脱附时间(B)。优化的热脱附条件为：萃取后的搅拌棒在220 ℃下脱附3 min，于-50 ℃下进行收集。

表1 正交实验方案及结果

图3 搅拌棒吸附萃取-热脱附-GC/MS分析4种酚类物质标准样品色谱图Fig.3 Chromatograms of 4 phenols standards extracted by polar stir bar sorptive extraction and thermal desorption coupled with gas chromatography-mass spectrometryPeaks:1:internal standard(IS);2:phenol;3:o -cresol;4:p -cresol;5:m -cresol.

2.3 方法评价

利用优化的条件，分别对所配制的系列浓度的混合标准溶液进行搅拌棒萃取，并通过热脱附-GC/MS进行分析测定，采用全扫模式进行定性，选择离子扫描方式进行定量。表2汇总了4种目标物质的定量和定性选择离子，4种酚类的标准色谱图见图3。

在样品基质中加入不同浓度的混合标准溶液，利用优化的条件进行定量分析，以分析物峰面积(y)对其浓度(x)作图，考察了方法的线性相关系数、检出限和线性范围，实验结果见表3。实验考察了的样品溶液中添加低、中、高3种不同浓度(10、50、100 μg/L)的标准溶液，每个添加水平平行测定5次，进行加标回收率和精密度的测定，结果详见表4。

表2 4种目标物质GC-MS分析条件

表3 方法的线性实验结果和检出限

表4 4种酚类物质的加标回收率和精密度(n=5)

图4 卷烟烟气捕集液中4种酚类物质色谱图Fig.4 Chromatogram of 4 phenols in the mainstream smoke trapped solution Peaks:same as Fig.3.

2.4 实际样品分析

选取市售的4种卷烟样品，按照本文方法进行热脱附-GC/MS分析，其中某卷烟烟气捕集液分析的色谱图见图4。对4种市售卷烟烟气吸收液中4种酚类进行计算，结果见表5。表5汇总了4种卷烟烟气捕集液中4种酚类物质的含量以及4种卷烟的抽吸感官评价结果，可以看出不同卷烟烟气中的酚类含量不同，结合感官评价结果，发现苯酚、对甲酚和间甲酚的量与抽吸感官评价结果之间可能具有一定的相关性。

表5 4种市售卷烟烟气捕集液中酚类含量及感官评价结果汇总表

3 结论

本研究利用极性搅拌棒SBSE萃取烟气捕集液中的4种酚类物质(苯酚、邻甲酚、对甲酚、间甲酚)，进行了萃取条件、热脱附条件的优化，采用优化后的条件，可以较好地对烟气捕集液中的4种酚类物质进行分析测定；结合卷烟感官评价结果，可以发现酚类物质与口腔刺激可能存在相关性。建立的方法前处理操作简便，溶剂消耗少，灵敏度高，可以用于烟气捕集液中4种酚类物质的检测。

参考文献：

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[15] GB/T 16450-2004.Routine Analysis Cigarette-Smoking Machine-Definition and Standard Conditions(常规分析用吸烟机 定义和标准条件).