GC-TCD 法同时检测加热不燃烧卷烟气溶胶水分，及烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的释放量

2019-04-09肖少红

烟草科技 2019年3期

王康，柳均，肖少红*，黄龙，陈慧，张婷

1. 湖北省烟草质量监督检测站，武汉市硚口区宝丰路6 号 430030

2. 湖北中烟工业有限责任公司，武汉市东西湖区金山大道1355 号黄鹤楼科技园 430014

近年来，在日趋严峻的控烟环境下，加热不燃烧（Heat-not-burn）卷烟产品正在快速兴起［1]。相比于传统卷烟，其外观和烟气产生机制均有较大不同［2-4]。加热不燃烧卷烟产品是基于蒸馏技术，利用外部热源加热烟草而不直接燃烧烟支，抽吸间歇烟丝处于非燃烧状态，因此因烟草高温燃烧裂解产生的有害成分大幅降低［5-7]。有研究表明，加热不燃烧型卷烟产品的安全性高于传统卷烟［8]。

加热不燃烧型卷烟产品的气溶胶组成也和传统卷烟不同［9]。根据文献［10-12]报道，加热不燃烧卷烟气溶胶的主要成分包含水、丙三醇、烟碱以及低质量分数的潜在有害成分等，其中水、丙三醇、1,2-丙二醇所占的比例相比于传统卷烟烟气变化较大，CO、多环芳烃、TSNAs 和酚类化合物等的质量分数大幅下降。目前，国内专门针对加热不燃烧型卷烟烟气组分检测方法的报道较少，相关文献中涉及的内容大多是参照传统卷烟烟气组分的检测方法。对于加热不燃烧型卷烟，这些传统方法不仅针对性不强，而且需对水分、烟碱、多元醇类等组分进行分类检测，相对费时耗力且成本高［13-16]。因此，针对加热不燃烧型卷烟气溶胶组分，开发了一种能对加热不燃烧卷烟气溶胶中水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇同时进行检测的方法，旨在为加热不燃烧型卷烟气溶胶主要成分的快速测定提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

编号为1#、2#、3#和4#的4 个IQOS 系列加热不燃烧型卷烟样品（美国Philip Morris International 公司），其中2#和3#样品为薄荷口味。

烟碱标准品（≥99%，国家烟草质量监督检验中心提供）；丙三醇、1,2-丙二醇、薄荷醇，1,3-丁二醇、正丁醇（内标）（≥99%，国药集团化学试剂有限公司）；三乙酸甘油酯［≥99.5%，阿拉丁试剂（上海）有限公司]；异丙醇（色谱纯，德国CNW 科技公司）。

加热不燃烧型卷烟的加热装置（美国Philip Morris International 公司）；7890A 气相色谱仪（配有热导检测器），DB-1701 型（30 m×0.32 mm，1.0 μm）、DB-5 型（30 m×0.32 mm，1.0 μm）、DB-1 型（30 m×0.32 mm，1.0 μm）、DB-INNOWAX 型（30 m×0.32 mm，1.0 μm）弹性石英毛细管色谱柱（美国Agilent 公司）；HY-5 调速回旋振荡器（常州国华电器有限公司）；AL204 电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；200 μL、1 000 μL、10 mL移液器（美国Gilson Inc.公司）。

1.2 方法

1.2.1 样品前处理

按照加拿大深度抽吸模式进行卷烟抽吸。将捕集了3 支卷烟样品总粒相物的剑桥滤片放入萃取瓶中，加入20 mL 含内标的异丙醇萃取剂（萃取剂中内标物正丁醇、1,3-丁二醇的浓度分别为2.0、0.2 mg/mL），振荡40 min 后，取1 mL 萃取液至色谱瓶中，进行GC-TCD 分析。分析条件：

色谱柱：DB-1701 型毛细管柱；升温程序：80 ℃（2.5 min）250 ℃（3 min）；进样口温度：260 ℃；TCD 检测器温度：260 ℃；载气：氦气，恒流模式，1.5 mL/min；尾吹气氦气流速：30 mL/min；进样体积：1 μL；进样模式：分流进样；分流比：5∶1。

1.2.2 标准工作溶液配制

分别称取一定量的水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇，加入异丙醇中，配制成标准储备液，其中水和丙三醇的浓度分别为60 和30 mg/mL，其余化合物的浓度均为6 mg/mL。取5 个萃取瓶，分别加入0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 mL标准储备液后，再分别加入20 mL 含内标的异丙醇溶液，配制成5 级标准工作溶液。

2 结果与讨论

2.1 内标的选择

选择与目标物理化性质相近的物质作为内标，可以修正进样误差，提高分析结果的准确性。由于总粒相物中水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的质量分数差异较大，因此，本研究中采用双内标进行定量测定。根据文献［15, 17-19]的报道和本课题组前期实验筛查结果，最终选择以正丁醇为内标对水分进行定量，以1,3-丁二醇为内标对烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇进行定量测定。正丁醇和1,3-丁二醇的保留时间分别为3.6 和5.7 min，与样品中的其他成分无重叠，峰形对称性较好（图1），适合用作内标。

2.2 色谱柱的选择

图1 DB-1701 色谱柱分离标样的色谱图Fig.1 Chromatogram of reference standards separated by DB-1701 column

先后考察了DB-1、DB-5、DB-1701 和DBINNOWAX 共4 种不同极性色谱柱的分离效果。采用DB-1 和DB-5 色谱柱，1,2-丙二醇和丙三醇的峰形变宽，这可能是因为1,2-丙二醇和丙三醇的极性较强，在非极性和弱极性的色谱柱中分离效果较差，容易因吸附而引起色谱峰拖尾［17,20]。烟碱和1,2-丙二醇在强极性的DB-INNOWAX 色谱柱中保留时间较长，因此分析时间较长，不利于大批量样品的测定。相比之下，采用DB-1701 色谱柱分离6 种目标物的效果较理想，色谱峰分离完全，峰型较好，尖锐对称无拖尾，出峰快，仅需10 min即可完成一次分析；既能满足低浓度组分检测灵敏度的要求，又对高浓度组分的进样量不过载。故选择采用DB-1701 色谱柱进行样品分析。

2.3 色谱峰定性

利用保留时间定性是GC 分析中最常用的方法。当色谱条件相同时，同一物质具有相同的保留时间。对照标准溶液中水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的GC 保留时间与气溶胶萃取液中组分的GC 保留时间确定目标物。同时利用峰高加入法确认目标物：将标准物质加入到萃取液中后，与未加标准物质的试样色谱图进行比较，如果峰高增加，即认为加入的标准物质与试样中的待测组分为同一化合物。

2.4 萃取时间的比较

根据文献［21-22]报道，选用异丙醇作为萃取溶剂。考察了10、20、30、40、50 和60 min 6 个不同时间条件下6 种目标物的萃取结果。结果（表1）表明，随振荡萃取时间的延长，测定值总体上呈增大的趋势；不同组分达到平衡所需要的时间不同，但是在40 min 后，6 种组分的量均逐渐达到平衡。因此，选择振荡萃取时间为40 min。

表1 萃取时间对加热不燃烧型卷烟气溶胶6 种组分萃取量的影响Tab.1 Effects of extraction times on extraction efficiencies of six components in aerosol of heat-not-burn product （mg·支-1）

2.5 方法学考察

2.5.1 标准工作曲线与检测限

将配制的系列标准工作溶液进行GC-TCD 分析，采用内标法定量。以各目标物浓度与其对应的内标浓度之比为纵坐标，各个目标物与内标的峰面积比值为横坐标，得到各个目标物的线性回归方程及相关系数；将最低浓度的标准溶液重复进样8 次，分别以测定结果标准偏差的3 倍和10倍确定方法的检出限和定量限。结果（表2）显示，6 种目标物的标准工作曲线线性关系良好，相关系数均大于0.999；各目标物的定量限远低于烟气萃取液中目标物的质量分数，满足加热不燃烧卷烟气溶胶成分分析的检测要求。

表2 目标化合物的标准工作曲线、相关系数、检出限和定量限Tab.2 Calibration curves, regression coefficients, LODs and LOQs of target components

2.5.2 精密度和回收率

将气溶胶萃取液均分为4 份，以其中1 份为参比，向另外3 份中分别添加不同体积的水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的标准溶液，配制成高、中、低3 个浓度水平的样品，每个添加水平重复实验3 次。按照本方法对样品进行测定，并根据参比样中目标物质量分数、加标量和加标后检测值计算方法的加标回收率。结果（表3）表明，水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的加标回收率分别在95.1%～107.7%、96.0%～108.0%、98.5%～109.2%、96.1%～104.2%、96.3%～104.3%和101.4%～103.9%之间。将添加中等浓度水平的样品重复测定6 次，计算得到水分、烟碱、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的相对标准偏差（RSD）分别为1.77%、2.87%、3.37%、4.13%、4.28%和2.26%。因此，本方法重复性较好，回收率较高。