离子色谱法同时测定卷烟纸中六种阳离子

陈 谦，邱建华，李国政，孟祥士，王红霞，黄 沛，艾 丹，马 燕

(河南中烟工业有限责任公司技术中心，河南 郑州 450000)

卷烟纸是卷烟的重要组成部分，它的特性对卷烟烟支的燃烧性、吸味和主流烟气中有害成分释放量等均有一定影响。碳酸钙是卷烟纸中常用的填料，碳酸钙的添加能有效改善纸张的均匀度、提高不透明度和手感[1-2]。镁盐可部分替代碳酸钙，研究表明[3-4]在碳酸钙中混入部分镁盐所制成的卷烟纸热解温度降低，卷烟燃烧状态因此改变，卷烟主流烟气中总粒相物、焦油、烟碱和一氧化碳整体降低。钾盐和钠盐作为卷烟纸常用的助燃剂，对烟支燃烧和包灰性能具有较好的改善作用[5]。锂盐有助于卷烟纸透气度的提高。磷酸二氢铵作为灰分调节剂，通常用于改善烟灰的外部特征，而磷酸二氢铵中引入的铵离子，有可能进入主流烟气影响主流烟气中氨的含量。因此，准确测定卷烟纸中的钠、钾、镁、钙、锂和氨离子含量，对于监控卷烟纸的质量和提高卷烟的品质具有重要意义。

纸制品中钠、钾、镁、钙、锂等元素的测定方法主要有原子吸收光谱法、火焰分光光度法等原子光谱法。这些方法中火焰分光光度法灵敏度较低，原子吸收光谱法线性范围较窄且每次只能测定一种元素，并且，这些原子光谱方法不能测定氨离子。目前，用离子色谱法测定卷烟纸中钠、钾、镁、钙含量已有报道[6-7]。但是关于卷烟纸中锂、钠、氨、钾、镁、钙六种阳离子同时测定的方法，还没有相关文献报道。

本工作采用离子色谱法测定卷烟纸中锂、钠、氨、钾、镁和钙六种阳离子，结果表明：该方法具有快速、重复性好、灵敏度高等优点，可满足卷烟纸质量控制中六种阳离子分析的要求。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

ICS3000离子色谱仪(配电导检测器、自动进样器、自动淋洗液发生器甲烷磺酸(MSA)罐和Chromeleon色谱工作站),美国DIONEX公司；IonPac CSl2A阳离子分析柱(4 mm×250 mm)和Ionpac CGl2A阳离子保护柱(4 mm×50 mm)；Milli Q超纯水仪,美国Millipore公司； CP 224S电子天平,北京赛多利斯仪器系统有限公司；振荡器(HY-5)；超声波清洗器,江苏省昆山市超声仪器有限公司。

钠标准溶液[GSB 04-1738-2004，1000 μg/mL]，钾标准溶液[GSB 04-1733-2004，1000 μg/mL]，镁标准溶液[GSB 04-1735-2004，1000 μg/mL]，钙标准溶液[GSB 04-1720-2004，1000 μg/mL]，锂标准溶液[GSB 04-1734-2004，1000 μg/mL]，氨标准溶液[GSB 04-2831-2011，1000 μg/mL]。

1.2 色谱工作条件

色谱柱：Dionex IonPac CSl2A(4 mm×250 mm)；保护柱：Dionex IonPac CGl2A(4 mm×50 mm)；淋洗液：MSA；浓度：20 mmol/L；流速：1.0 mL/min；进样量：25 μL；采集时间：20 min；洗脱方式：等度；检测器：电导检测器；抑制器：CSRS-II；电流：59 mA。

1.3 标准曲线的配制

分别移取不同体积的标准溶液于50 mL容量瓶中，超纯水定容至刻度线，摇匀，配制成不同浓度的混合标准溶液。6种阳离子的浓度范围分别为：锂0.02～0.5 μg/mL，钠2～50 μg/mL，氨0.02～0.5 μg/mL，钾2～50 μg/mL，镁0.2～5 μg/mL，钙20～500 μg/mL。

1.4 样品前处理与分析

准确称取0.100 g(精确至0.001 g) 卷烟纸样品，置于100 mL塑料锥形瓶中，准确加入 50 mL 20 mmol/L盐酸，于室温下振荡萃取40 min。将萃取液经0.45 μm水系滤膜过滤后移入进样管中，按色谱工作条件进行分析。

2 结果与讨论

2.1 萃取条件的优化

2.1.1 萃取剂的选择

图1 萃取溶剂对测定结果的影响Fig.1 Effects of extraction solvents on contents of six cations

2.1.2 萃取液体积的选择

图2 萃取液体积对测定结果的影响Fig.2 Effects of extraction volume on contents of six cations

称取0.100 g卷烟纸，分别用不同体积萃取液进行萃取，试验发现，盐酸用量小，离子提取不完全，用量大则导致提取液中的离子浓度降低，色谱峰面积减小。在一定范围内，离子峰面积随盐酸用量的增加而增大，但增幅较小，当盐酸用量为50 mL时，离子峰面积最大，提取效果最好，因此选用50 mL提取剂。

2.1.3 萃取时间的选择

图3 萃取时间对测定结果的影响Fig.3 Effects of extraction time on determination results

2.2 标准曲线及检出限

将配制好的混合标准溶液按试验方法进行测定，并对各离子的峰面积和其浓度进行回归分析，建立工作曲线，将最低浓度的标准工作溶液连续进样10次，计算结果的标准偏差，以3倍的标准偏差作为各离子的检出限。各离子的线性回归方程、相关系数和检出限见表1所示。

图4 标准样品图和实际样品离子色谱图Fig.4 Chromatograms of standard sample and cigarette paper sample

表1 6种离子的回归方程、相关系数和检出限Table 1 Regression equation, correlation coefficient and detection limit of six cations

由表1可知，6种阳离子的相关性系数范围为0.9992～0.9999，方法的检出限范围为0.0090～0.0722 μg/mL之间，说明方法线性良好，检出限能满足测定需要。

2.3 方法回收率

按试验方法对卷烟纸样品溶液进行测定，并做加标回收试验。准确称取已知各离子含量的卷烟纸样品，分别添加低、中、高 3 个不同浓度的标准溶液，按照1.4的方法处理样品，进行色谱分析，各离子的加标回收率见表2所示。

表2 六种阳离子回收率Table 2 Recoveries of six cations

由表2可知，方法在低中高三个浓度加标，回收率在96.9%～101.2%之间，说明方法准确性良好，能满足样品测定需要。

2.4 实际样品测定结果

表3 不同样品中6种阳离子含量Table 3 Contents of six cations in different samples

3 结 论

本研究建立了离子色谱法同时检测卷烟纸中六种阳离子的方法，优化了样品的前处理条件，实现了卷烟纸中六种阳离子的完全、快速分离。该方法前处理简单，试剂消耗量小，分析效率高，非常适合大批量卷烟纸样品中这六种阳离子的分析。