气相色谱—质谱法测定电子烟油中五种酮

罗昭晔

(广东徳之馨生物科技有限公司,广东 深圳 518106)

因各国政府不断加强控烟措施,用于戒烟或者替代传统卷烟的新式烟草——电子烟流行起来[1]。奶味香精是食品工业中应用最为广泛的香精之一,因与其结构相似的双乙酰(又名2,3-丁二酮、丁二酮)、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮以及乙偶姻(又名3-羟基丁酮)具有奶油香气,均可能作为香精原料被添加进电子烟油中[2-3],然而这些成分具有一定毒性。排查烟油中该类化合物的含量水平,从食品安全的角度考虑,尤为必要。人体可被2,3-戊二酮、双乙酰在电子烟雾化过程中产生的细微颗粒造成一定的危害,甚至可形成“爆米花肺”[4-5]。双乙酰具有导致闭塞性细支气管炎、诱导氧化应激等毒性作用,食品中双乙酰的安全性问题引起了国内外的广泛关注[6-7]。为管控其使用量,部分国家陆续出台了相应的法规[8]。T/CECC 2—2021《电子雾化液安全技术规范》中国电子商会发布的团体标准中规范了2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、3-羟基丁酮含量不得大于20 mg/kg[9];SZDB/Z 157—2015《电子烟雾化液产品通用技术要求要求》中规定了2,3-丁二酮含量小于10 mg/kg[10]。为了定量电子烟油中甲醛、乙醛、丙烯醛、双乙酰的含量,杜茹芸等[11]用的是高效液相色谱法,该方法需要衍生,前处理耗费较长的时间,不确定因素较多,且只能测五种酮中的双乙酰。目前,测定2,3-己二酮、2,3-庚二酮的方法还没有公布,也没有同时测定本文中五种酮的方法。气相色谱法仅通过保留时间定性,结果不够准确,不同产品中的化合物含量差异较大,其检出限未必能满足测试要求。气相色谱—质谱法定性专属性强、灵敏度高、定量准确,适合电子烟油中五种酮的定量分析。本文采用气相色谱—质谱法同时测定电子烟油中五种酮的含量。

1 试验部分

1.1 设备与试剂

设备:GC—MS(Agilent),涡旋振荡仪。

主要试剂:甲醇(色谱纯,购于CNW);双乙酰标准品(纯度≥98%,购于LGC);2,3-戊二酮标准品(纯度≥98%, 购于罗恩);2,3-己二酮标准品(纯度≥98%,购于麦克林);2,3-庚二酮标准品(纯度≥98%,购于CNW);乙偶姻标准品(纯度≥98%,购于CNW)。

1.2 实验方法

1.2.1 仪器条件

1.2.1.1 色谱条件

色谱柱为DB-WAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm);载气为氦气,恒流模式1.5 mL/min;进样口温度:250 ℃;进样量1 μL,分流比10∶1;程序升温:初始柱温50 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升温至100 ℃,保持2 min,再以30 ℃/min升温至230 ℃,保持5 min。

1.2.1.2 质谱条件

传输线温度:250 ℃;四级杆温度:150 ℃;离子源温度:250 ℃;溶剂延迟:5.6 min;扫描方式:Scan+SIM,Scan定性,SIM定量,各目标化合物特征离子选择见表1。

表1 特征离子

1.2.2 配制标准溶液

准确称取10.0 mg(精确到0.1 mg)双乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮以及乙偶姻至5个10 mL玻璃容器中,加入PG、VG质量比为4∶1混合基液至10 g,混匀,得到含量为1 000 mg/kg的标准储备液;准确称取0.1 g(精确到0.1 mg)双乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮标准储备液至同一10 mL容量瓶中,甲醇定容、混匀;再准确称取0.1 g(精确到0.1 mg)乙偶姻标准储备液至另一10 mL容量瓶中,甲醇定容、混匀,分别得到10 mg/L的双乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮混合标准溶液和10 mg/L的乙偶姻标准溶液。

分别准确移取50,100,200,500和1 000 μL 10 mg/L的双乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮混合标准溶液和10 mg/L的乙偶姻标准溶液至不同1 mL容量瓶中,甲醇定容,配制成质量浓度为0.5,1.0,2.0,5.0,10.0 mg/L的双乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮混合标准系列溶液和乙偶姻标准系列溶液。

1.2.3 处理样品

准确称取1.0 g(精确到0.1 mg)电子烟油样品于10 mL容量瓶中,加入甲醇溶解并定容至刻度,涡旋振荡5 min,过0.22 μm有机相滤膜得到待测样品。

2 结果与讨论

2.1 选择毛细管色谱柱

在开发方法的过程中,对比了不同色谱柱的分离效果。实验条件相同的情况下,对HP-5MS[60 m×0.25 mm×0.25 μm,填充物为(5 %)-二苯基(95 %)-二甲基亚芳基硅氧烷共聚物]弱极性色谱柱和DB-WAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm,填充物为聚乙二醇)极性柱进行实验对比,使用HP-5MS时,目标物峰型不佳、分离度不高(图1),而使用DB-WAX极性柱进行测试时,五种化合物的色谱峰峰形佳,分离度较高(图2)。

1-双乙酰;2-2,3-戊二酮;3-2,3-己二酮;4-2,3-庚二酮。

1-双乙酰;2-2,3-戊二酮;3-2,3-己二酮;4-2,3-庚二酮。

2.2 选择溶剂

将甲醇和乙醇作为样品溶剂选择,经过测试发现,以乙醇作为样品溶剂时,双乙酰的保留时间离溶剂很近,得不到较好的峰形和分离度,且会对目标物的定性、定量造成干扰(图3)。以甲醇作为样品溶剂,其沸点较乙醇低,相对分子质量较乙醇小,保留时间在乙醇之前,与双乙酰的保留时间不接近,且特征离子不同,在选择离子监测扫描模式下,甲醇不出峰(图4)。

乙醇(RT:6.009 min);双乙酰(被乙醇峰覆盖);2,3-戊二酮(RT:8.461 min);2,3-己二酮(RT:10.306 min);2,3-庚二酮(RT:13.215 min);乙偶姻(RT:15.279 min)。

双乙酰(RT:6.703 min);2,3-戊二酮(RT:8.377 min);2,3-己二酮(RT:10.245 min);2,3-庚二酮(RT:13.184 min);乙偶姻(RT:15.263 min)。

2.3 混合标准溶液配制的选择

标准溶液的配制决定了校准曲线的相关系数以及样品的定量准确度。在配制五种混合物的混合标准溶液过程中发现,双乙酰和乙偶姻同时存在会影响定量的准确度,因此将乙偶姻配制为单标,其他四种酮配制混标。

2.4 校准曲线相关系数、检出限及测定下限

分别进样1 μL的标准系列溶液,以浓度为横坐标、峰面积为纵坐标绘制校准曲线,通过最小二乘法计算得出线性回归方程。选取阴性样品,按照本方法并向其中加入接近于低质量浓度(0.5 mg/L)的目标物,重复测试7次,计算其标准偏差,方法的检出限为3.143倍标准偏差,以3.3倍方法检出限为方法的测定下限,结果见表2。

2.5 准确度与精密度

选取阴性样品,添加三个浓度水平的五种酮的标准溶液,每个添加水平平行测定六次,计算其加标回收率及精密度。五种酮的加标回收率都在80%～120%,精密度RSD≤5%,结果见表3。

表3 加标回收率和精密度

2.6 样品测定

按试验方法测定了24种不同口味的烟油,其中19种口味的烟油有检出双乙酰,检出率约为79.2%,13种口味的烟油有检出乙偶姻,检出率约为54.2%。所测的烟油样品里只有苦咖啡烟油里有检出170.8 mg/kg的2,3-戊二酮,2,3-己二酮、2,3-庚二酮在所测烟油里均未检出。苦咖啡、摩卡咖啡、卡布奇诺、焦糖玛奇朵等咖啡味的烟油皆有检出双乙酰或乙偶姻;芝士蛋糕、草莓冰淇淋、益力多、牛轧糖、面包等有奶味口味的烟油皆有检出双乙酰和乙偶姻;棉花糖、麦香、玉米、花生、欧洲香草、法式香草、巧克力等带有特殊香味口味的烟油,皆有检出双乙酰或乙偶姻;雪茄、万宝路、津巴布韦、法国烟斗等传统卷烟口味的烟油,皆有检出双乙酰。荔枝味、杨梅味、苹果味、绿茶味烟油五种酮均未检出。说明水果味等植物口味的烟油很少含有五种酮;而奶香味、咖啡等特殊香味口味的烟油中,含有双乙酰或乙偶姻可能性比较大;传统卷烟口味的烟油皆仅检出双乙酰。测试结果见表4。

表4 不同口味烟油测试结果

目前市面上的烟油产品内所含奶味等特殊香味口味的物质,主要是双乙酰和乙偶姻,且检出的双乙酰和乙偶姻的含量大部分超过当地法规要求的限值,相关单位应加强电子烟中违禁物质的管控。

3 总结

建立了用GC-MS测定电子烟油中双乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮以及乙偶姻的分析方法,方法操作简便快捷、重现性好、灵敏度和准确度高。烟油中的成分较为复杂,存在部分特征离子相同的化合物,质谱仪只采用选择离子监测模式(SIM)扫描,定性不够准确;若只采用全扫描模式(Scan),烟油中物质会对目标化合物的定量造成干扰,无法准确定量;本方法采用全扫描定性、选择离子监测模式定量,能够很好地定性定量目标化合物,适用于电子烟油中上述五种酮的测定。