高效液相色谱法测定卷烟爆珠中的甲醛与乙醛

刘 欣，田丽梅，杨叶昆，黄海涛，缪恩铭，王 晋，许 永，向 明，李 晶

(云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明 650106)

爆珠，是嵌于卷烟滤嘴中的一种易捏破的香味胶囊，它可包裹不同类型的香精香料，吸烟者在卷烟吸食过程中可将其捏破，以释放出特色香味，达到突出产品个性化特征，提升卷烟抽吸品质的作用[1-3]。近年来，随着消费者对卷烟产品个性化需求的日趋强烈，爆珠在卷烟产品中得到了广泛应用，爆珠卷烟在国内外市场的销售额快速增长[4]。

虽然国内外的爆珠卷烟近些年发展迅速，但与其相关的研究报道较少，其作为添加剂的使用安全性受到了关注[5]。卷烟爆珠主要由芯材和壁材两部分组成，芯材主要是包裹的香精香料，而壁材则主要由虫胶、动物胶等天然胶组成。在爆珠的生产过程中，由于受生产原料、操作工艺等条件的影响，一些外源性危害成分，如：低分子醛酮类化合物(甲醛、乙醛等)、苯系物、增塑剂等，可能残留在卷烟爆珠内。其中，甲醛不仅对人的眼睛、皮肤、粘膜和呼吸道有急性刺激和致敏作用，而且具有生殖毒性，长期高浓度接触还会对神经系统、免疫系统、肝脏器官等产生毒害，是潜在的致癌物[6-7]。而高浓度的乙醛会引起窒息，导致呼吸麻痹而死亡，且具有遗传毒性[8]。因此，卷烟爆珠中甲醛和乙醛含量的准确测定对保障爆珠在卷烟中的使用安全性具有重要意义。

目前，检测烟用材料中甲醛和乙醛的分析方法主要有气相色谱法[9]、连续流动分析法[10]和高效液相色谱法[11-16]等。这些方法在烟用纸张、水基胶等检测方面取得了许多重要进展，但也存在诸多缺陷：气相色谱法虽然较灵敏，但需用五氟苄基羟胺作为衍生化试剂对样品进行前处理，实验条件要求较高，检测较耗时；连续流动分析法选择性较差，易受外界环境干扰产生假阳性结果而影响检测准确性；高效液相色谱法由于分离能力强、灵敏度和选择性高，在2010年发布的YC/T 332-2010《烟用水基胶甲醛的测定高效液相色谱法》[16]中被作为标准方法广泛用于烟用水基胶中甲醛的检测。但常规液相色谱分析甲醛和乙醛时，需通过溶剂提取、离心除去沉淀物、过滤等一系列前处理操作得到分析试液，甚至还需通过固相萃取富集或净化[17-18]。上述方法不仅操作步骤复杂，而且在样品转移过程中易引入操作误差，影响检测准确性。本研究建立了一种爆珠中甲醛和乙醛测定的新方法，样品萃取液无需转移，可直接过滤到色谱进样瓶中进行分析，大大简化了样品前处理操作，减少了可引入误差的因素，提高了分析效率和检测准确性。另外，使用该方法对14个卷烟爆珠样品中的甲醛和乙醛进行检测，取得了满意的结果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

高效液相色谱仪(配二极管阵列检测器，沃特世科技(上海)有限公司)；AE240电子分析天平(精度0.1 mg，梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司)；电热恒温超声波水浴锅(常州诺基仪器有限公司)；Milli-Q50超纯水仪(美国Millipore公司)。

甲醛、乙醛标准品(国家标准物质研究中心)；2,4-二硝基苯肼(纯度>98%，西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司)；乙腈(色谱级，德国Merck公司)；醋酸钠、冰醋酸(国药集团化学试剂有限公司)。

委托厂家添加不同量的甲醛与乙醛，加工制作了14个不同的卷烟爆珠样品，依次编号为1#～14#。

1.2 实验条件

1.2.1溶液配制醋酸-醋酸钠缓冲液(pH 4.8)：准确称取12.0 g醋酸钠和8.0 g冰醋酸于1.0 L容量瓶中，用超纯水溶解并定容至刻度。

衍生化试剂：准确称取1.0 g的2,4-二硝基苯肼，用乙腈溶解后移入1.0 L容量瓶中，并定容至刻度，得到质量浓度为1.0 g/L的衍生化试剂。

甲醛与乙醛的混合标准储备溶液：分别准确称取0.1 g的甲醛和乙醛标准品，用醋酸-醋酸钠缓冲液(pH 4.8)溶解后，移入1.0 L容量瓶中，并定容至刻度，得到0.1 g/L的混合标准储备溶液，-20 ℃冰箱内保存。使用时，移取不同量的混合标准储备溶液，用醋酸-醋酸钠缓冲液(pH 4.8)稀释成系列浓度的标准工作溶液。

1.2.2色谱条件色谱柱：Waters XBridge C18(150 mm×4.6 mm，3.5 μm)；流动相：乙腈-水(65∶35，体积比)；流速：2.0 mL/min；进样量：25 μL；柱温：30 ℃；用二极管阵列检测器检测，检测波长：甲醛352 nm，乙醛360 nm。

图1 样品萃取管的示意图Fig.1 Representative of extraction tube devicea：outer tube；b：inside tube；c：sample extraction；d：sample filtering and collect

1.2.3样品前处理及分析本方法自主设计了一种新型的集萃取、过滤和转移功能为一体的样品萃取管，具体结构如图1所示。样品萃取管由带密封圈的外套管(图1a)和带0.45 μm过滤筛板的内套管(图1b)组成。具体前处理过程如下：

(1)取样：按照GB/T 5606.1-2004[19]要求对卷烟样品进行抽样，取出卷烟过滤嘴中的爆珠，防止其破裂。

(2)萃取：将样品萃取管的外套管(图1a)置于不锈钢试管架上，称取0.2～0.3 g(精确至0.1 mg)爆珠于外套管中，分别加入10 mL衍生化试剂和10 mL醋酸-醋酸钠缓冲液(pH 4.8)。然后将萃取管的内套管卡在外套管的管口处(图1c)，安装完毕后将放有样品萃取管的试管架置于60 ℃电热恒温超声波水浴锅中超声萃取25 min。在萃取过程中，爆珠溶解，内含的甲醛和乙醛会转移至萃取液中，并与预先加入的衍生化试剂发生反应生成衍生产物。

(3)过滤转移：待萃取和衍生化反应完成后，压下内套管，萃取溶液通过过滤筛板进入内套管中，并从内套管中的细弯管流出，达到样品过滤的效果(图1d)。于细弯管口收集萃取液，弃去最初的2～3 mL，用色谱进样瓶收集1.0～1.5 mL样品，冷却至室温。

(4)液相色谱测定：取10 mL不同浓度的甲醛和乙醛混合标准工作溶液，分别加入10 mL衍生化试剂，按上述前处理步骤操作，采用选定的色谱条件进行分析，以峰面积为纵坐标，质量浓度为横坐标，分别建立甲醛与乙醛的校正曲线。取上述制备的爆珠样品进行测定，并与标样对比，通过保留时间定性，外标法定量，计算甲醛和乙醛含量。

2 结果与讨论

2.1 样品萃取管的改进

目前，采用高效液相色谱分析甲醛和乙醛时，样品需通过萃取液萃取、离心除去沉淀物，再进行衍生化反应，用针头过滤器过滤后方能进行液相色谱分析，不仅样品前处理操作步骤繁琐，而且在样品转移过程中还有可能引入误差。针对此问题，本研究设计了一种如图1所示的新型样品萃取管，该样品萃取管由带密封圈的外套管(图1a)和带0.45 μm过滤筛板的内套管(图1b)组成。详细的样品前处理过程如“1.2.3”所述。整个样品前处理过程中无需转移样品即能得到过滤好的待分析样品，大大简化了前处理操作，减少了可能引入误差的环节，提高了分析结果的准确性和重复性。

2.2 样品萃取与衍生化条件的优化

目前卷烟爆珠的壁材多以虫胶或动物胶为材料加工而成，大部分溶于热水和极性有机溶剂，且甲醛和乙醛也为水溶性成分。采用20%～60%的乙腈对14种卷烟爆珠样品在60 ℃超声波水浴锅中超声萃取10 min以上，发现爆珠的壁材均能完全溶解。因此，本研究选用50%的乙腈水溶液作为萃取溶剂。

据文献报道，低分子醛可在弱酸性介质中与2,4-二硝基苯肼发生衍生化反应，反应产物可直接用于HPLC测定[14]。本研究发现，在反应体系中加入适量乙腈能使2,4-二硝基苯肼和反应产物充分溶解，且当乙腈含量为20%～70%时，衍生化反应完全且衍生产物稳定。因此，本研究选择在样品中加入10 mL醋酸-醋酸钠缓冲液(pH 4.8)和10 mL含2,4-二硝基苯肼的乙腈溶液，并控制萃取液中乙腈的含量为50%(体积分数)。衍生化反应温度对衍生物的产率和稳定性有显著影响，本实验参考文献[20]在60 ℃水浴中进行衍生化反应，发现反应10 min即可完成，延长反应时间至3 h反应产物的峰面积无明显变化。为了保证衍生化反应完全，本研究选择在60 ℃超声萃取25 min。

图2 甲醛和乙醛的标准品(A)与实际样品(B)色谱图Fig.2 Chromatograms of formaldehyde and acetaldehyde standard(A) and real sample(B)1：formaldehyde；2：acetaldehyde

2.3 色谱条件的优化

甲醛和乙醛衍生产物的液相色谱分析通常采用反相C18色谱柱，以乙腈-水(65∶35，体积比)进行洗脱分离[21]。本研究选用Waters XBridge C18(150 mm×4.6 mm，3.5 μm) 作为分析柱，采用乙腈-水(65∶35)作为流动相进行分离，发现甲醛和乙醛在此条件下能得到很好的分离。为获得最佳灵敏度，分别在甲醛和乙醛的最大吸收波长处进行检测，检测波长为甲醛352 nm，乙醛360 nm。

在选定色谱条件下甲醛、乙醛标样和实际样品的色谱图如图2所示，可观察到甲醛和乙醛的色谱峰无明显拖尾，峰形较好，且在实际样品的色谱图中无明显干扰峰。

2.4 工作曲线、检出限与定量下限

通过对标准储备溶液逐级稀释，配制一系列的标准工作溶液，采用选定的色谱条件进行测定，以各组分的峰面积为纵坐标(Y)，对应的质量浓度为横坐标(X)绘制标准曲线，得回归方程及相关系数，取最低浓度的标准工作溶液连续进样10次，分别以信噪比S/N=3和S/N=10时所对应的浓度计算检出限和定量下限。结果显示，甲醛和乙醛的线性范围分别为8～1 500 μg/L 和10～1 650 μg/L，相关系数均大于0.999，检出限分别为2.5、2.8 μg/L，定量下限分别为8.0、9.5 μg/L，方法的线性范围和灵敏度能满足卷烟爆珠中甲醛和乙醛的分析要求。

2.5 方法回收率与精密度

为验证方法的准确性，选取3个爆珠样品进行加标回收率实验。由表1可知，在2.0、5.0、10.0 μg/g加标水平下，甲醛和乙醛的回收率为96.9%～101.1%，说明本方法的回收率较好，可应用于实际样品的测定。

表1 方法的加标回收率Table 1 The mean recovery of this method

此外，平行7次测定了上述3个爆珠样品中的甲醛和乙醛含量，实验结果表明：甲醛的日内相对标准偏差(RSD)为2.8%～3.2%，日间RSD为3.3%～3.6%;乙醛的日内RSD为3.0%～3.4%，日间RSD为3.5%～3.8%，表明本方法具有较好的重复性。

2.6 本方法与文献方法的结果比较

选择4个代表性的卷烟爆珠样品，按优化实验条件进行前处理和测定并与文献[16]的方法进行对比。样品5次分析结果的平均值和相对标准偏差如表2所示。本方法的测定结果与文献结果相吻合，采用t检验分析对本方法与文献方法的RSD值进行比较，P<0.05，表明本方法的精密度较文献方法显著提高。说明本方法在样品前处理过程中减少了样品转移步骤后，可有效避免因样品转移带来的实验误差，使分析结果更加准确可靠。

2.7 实际样品的分析

为验证方法的可靠性，采用建立的方法对委托厂家生产的14个外源添加的卷烟爆珠样品(1#～14#)进行检测。结果表明：爆珠样品中甲醛的含量为0.68～9.54 μg/g，乙醛的含量为0.47～7.59 μg/g。但由于爆珠本身并不直接接触人体口腔，因此对甲醛和乙醛含量的监测应进一步研究其迁移行为及迁移率。

表2 本方法与文献报道方法的测定结果比较Table 2 Comparison of the results of this method and the reported method

3 结 论

针对目前高效液相色谱法分析甲醛和乙醛时前处理操作复杂等问题，本研究设计开发了一种新型的集萃取、过滤和转移功能为一体的样品萃取管，使得前处理过程中不需转移样品即能得到待分析溶液，简化了操作流程，减少了误差的引入，提高了分析效率。采用本方法对14个外源添加的卷烟爆珠样品内的甲醛和乙醛含量进行了分析，取得了满意结果。本方法的建立为卷烟爆珠中甲醛和乙醛的分析提供了简便、快速的分析方法，为爆珠在卷烟产品中的安全使用提供了技术支撑。