快速测定彩色卷烟纸与接装纸中六价铬的连续流动分析方法

许 永，杨光宇，刘 欣，李 晶，王 晋，黄海涛

(云南中烟工业有限责任公司技术中心，云南 昆明 650231)

随着烟草科技的发展，现代印刷技术在卷烟制造中得到广泛应用，特别是在卷烟纸和接装纸方面。合理的色彩印刷能形成强烈的视觉反差，吸引消费者，增强品牌形象，还具有一定的防伪作用。但在印刷过程中，一些有害成分会被带入卷烟纸和接装纸中，并可能在卷烟抽吸或与人口部的接触中进入人体，从而对人体健康产生危害。因此控制彩色卷烟纸和接装纸中外源性污染物对于保障卷烟产品的安全性具有重要意义。

六价铬是彩色卷烟纸和接装纸中重要的外源性重金属污染物，属吸入性极毒物，皮肤接触可能致敏；更可能造成遗传性基因缺陷和致癌，对环境也有持久危险性。六价铬的危害在国内外引起了广泛关注，欧盟对包装材料中六价铬的含量作出了明确限量，美国环保局(EPA)也将六价铬列为高度危险的毒性物质[1-3]。因此需要建立卷烟纸与接装纸中六价铬的快速测定方法，为烟草及烟草制品中有害成分的监管提供必要的技术支持。

目前六价铬的检测主要采用原子光谱法、液相色谱-电感耦合等离子体质谱法、离子色谱法、化学发光法、分光光度法、连续流动分析法等[4-16]。其中，连续流动分析法具有自动化程度高、速度快、试剂用量和废液排放少等优点，在六价铬分析中得到了广泛应用。中国烟草总公司于2015年发布了采用连续流动分析法测定六价铬的企业标准(YQ/T60-2015)[16]，样品用缓冲溶液萃取，萃取液经固相萃取柱净化后于流动分析仪中与显色剂1,5-二苯基碳酰二肼在线混合显色，并通过分光光度计进行检测。该方法在样品前处理过程中需数次转移样品，前处理步骤较多，操作繁琐，检测效率低，且转移过程中可能会因杂质的引入影响检测结果的可靠性。

针对企业标准方法的不足，本研究建立了一种固相萃取/连续流动分析法快速测定彩色卷烟纸和接装纸中六价铬的方法，通过改进进样杯，将称样、振荡、样品溶液过滤、固相萃取和进样均在进样杯中完成，无需转移样品，且所采用的固相萃取填料HLB稳定性较好，无需活化，使样品前处理过程大为简化，样品分析效率比烟草企业标准方法提高了数倍。此外，转移步骤的减少可有效防止样品前处理中人为误差的引入。

图1 改进的连续流动分析仪样品杯及处理过程Fig.1 Improved continuous flow analyzer sample cup and process

1 实验部分

1.1 材料与仪器

AA3型连续流动分析仪，540 nm滤光片(英国Seal公司)；带固相萃取功能的样品杯(图1，本实验室设计，委托上海安谱科学仪器有限公司加工)。六价铬标准储备溶液(100 mg/L，中国计量科学研究院)；磷酸二氢钾溶液(pH 8.0，0.1 mol/L)；硫酸-磷酸混合液(其中磷酸、硫酸、水的体积比为1∶1∶23)；1,5-二苯基碳酰二肼溶液(准确称取0.4 g 1,5-二苯基碳酰二肼溶于200 mL异丙醇中，加入1滴乙酸，用水定容至1 000 mL)；其余试剂均为优级纯；实验用水为二次蒸馏水，并经Milli-Q Academic超纯水仪处理(美国Millipore公司)。

1.2 测定方法

准确称取0.2 g试样(精确至0.001 g)于25 mL进样杯(图1a)中，将进样杯依次放于连续流动分析仪的进样盘上，放入40个样品，分别准确加入20 mL磷酸氢二钾缓冲溶液，再依次插入带固相萃取填料的内套管(图1b)，以防止振荡萃取过程中溶液溅出。将插好内套管(图1c)的样品盘放至振荡器上，按YQ/T 60-2015条件振荡萃取30 min后，用力下压内套管(图1d)，使萃取好的样品溶液通过固相萃取材料进入内套管中，再将样品盘放在连续流动分析仪的自动进样器上。由自动进样器的进样针直接从内套管中吸取固相萃取净化的样品后，按YQ/T 60-2015条件进行分析。六价铬检测的连续流动分析仪管路系统见图2。

2 结果与讨论

2.1 样品前处理方法的设计

为减少前处理过程中样品的转移，设计了与流动分析仪自动进样器样品盘匹配的振荡器，可从自动进样器上取下样品盘，装满一盘样品后直接振荡萃取，萃取完毕后压下内套管以完成样品提取液的过滤和固相萃取，最后将整个样品盘放至自动进样器上进行分析。整个操作无需转移样品溶液，大大简化了前处理过程，使得分析效率与已有烟草企业标准方法相比可提高数倍。

另外，采用企业标准方法对彩色卷烟纸和接装纸中的六价铬进行测定时，用于净化样品溶液的固相萃取柱需先用3种溶液进行预处理，样品溶液过柱后还需淋洗固相萃取柱。本实验的固相萃取填料HLB稳定性较好，无需活化可直接进行样品溶液的萃取净化，简化了样品的固相萃取操作流程，提高了工作效率。

图2 连续流动分析仪检测六价铬的管路系统Fig.2 Continuous flow analyzer piping system of hexavalent chromium detection

2.2 萃取条件的选择

六价铬在pH值大于7.0时通常以铬酸根的形态稳定存在。本实验参照YQ/T 60-2015条件，选择pH 8.0的磷酸氢二钾溶液作为萃取溶剂，振荡萃取时间为30 min。

由于连续流动分析法样品取样量小，对样品的均匀性要求比常规方法高，进一步考察了样品粉碎粒径对测定结果的影响。取卷烟纸和接装纸样品，分别用碎纸机粉碎至5.0、2.5、2.0、1.5、1.0、0.5 mm进行分析。结果表明：在0.5～5.0 mm范围内，测定结果的精密度随样品粉碎粒径的减小而增加，当粒径低于1.5 mm时，样品测定结果的精密度趋于稳定，因此本研究选择样品的粉碎粒径为1.0 mm。

2.3 固相萃取条件的选择

考虑到彩色卷烟纸和接装纸基质十分复杂，在样品萃取过程中会有色素溶出，干扰六价铬的测定。参考已有文献消除色素干扰的方法[17-18]，本实验对固相萃取材料的种类(活性炭、C18、HLB、聚酰胺)进行了考察。结果表明，HLB具有很好的脱色效果，且过柱后六价铬基本无损失。此外，HLB为亲脂性二乙烯苯和亲水性N-乙烯基吡咯烷酮单体按一定比例组成的大孔共聚物，对亲水性化合物和亲脂性有机化合物均有较好的保留，且可不经活化直接萃取，因此本研究选择HLB为固相萃取材料。样品萃取液经固相萃取净化后均变为无色，说明萃取液中的色素得到较完全的去除。

由于萃取溶液中溶出的色素仅在μg数量级，采用30 μm的HLB填料，用量为0.5 g (萃取容量为40 mg)时即可完全除去萃取液中溶出的色素。因此实验选择每个内套管装填0.5 g HLB填料。

2.4 检出限与定量下限

配制系列质量浓度的六价铬标准工作溶液，按选定实验条件测定六价铬的峰高(A)，并以峰高对质量浓度(ρ)进行线性回归，得到六价铬的线性回归方程为A=170 012.37ρ+71.39,相关系数r=0.999 7。采用逐级稀释样品的方法，根据3倍信噪比(S/N=3)确定方法的检出限为0.85 μg/L，根据S/N=10确定方法的定量下限为2.5 μg/L。

2.5 回收率与相对标准偏差

取3种彩色卷烟纸和3种接装纸样品，同一天内在相同条件下平行测定7次，计算日内相对标准偏差(RSD)。另取上述3种彩色卷烟纸和3种接装纸样品，在相同条件下每隔3 d测定1次，共测定7次，计算日间RSD。结果显示，6种样品的日内RSD为2.5%～3.4%，日间RSD为3.1%～3.8%。方法的精密度良好，能满足卷烟纸和接装纸中六价铬的分析要求。

在实际卷烟纸样品中按低、中、高加标水平添加六价铬，进行方法的回收率实验(表1)。结果表明，对于不同的彩色卷烟纸和接装纸样品，本方法的加标回收率为88.5%～97.3%，能够满足卷烟纸和接装纸中六价铬的检测需要。

表1 方法回收率的实验结果Table 1 Recovery results of the method

2.6 与其它方法的比较

选取彩色卷烟纸和接装纸样品，分别按本方法和烟草企业标准YQ/T 60-2015法进行六价铬的测定(表2)，并对两组数据进行t-检验，得到t为0.436，根据自由度=n-1=9，查t值表，得到t(9)0.05=2.262。由于实际计算的t值(0.436)

表2 本方法与YQ/T 60-2015方法检测结果的对比Table 2 Comparison for the determination results of the method with YQ/T 60-2015

3 结 论

针对中国烟草总公司企业标准(YQ/T 60-2015)用连续流动分析法测定六价铬时前处理步骤较多、操作繁琐、检测效率低等不足，本研究对连续流动分析进样杯进行了改进，并设计了快速固相萃取脱除色素的样品前处理方法。改进方法中，整个操作流程无需转移样品，简化了样品前处理过程，具有操作简便、灵敏度高、检测速度快、自动化等优点，可满足卷烟纸和接装纸中六价铬快速测定的需求，为彩色卷烟纸和接装纸在卷烟产品中的安全使用提供了技术保障。