液相色譜串聯質譜法測定煙用紙張中的芳香胺

張廷貴　鄧其馨　林　艷　劉澤春　許寒春　謝　衛

(福建中煙工業有限責任公司技術中心,福建廈門,361022)

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液相色譜串聯質譜法測定煙用紙張中的芳香胺

張廷貴鄧其馨林艷劉澤春許寒春謝衛*

(福建中煙工業有限責任公司技術中心,福建廈門,361022)

摘要：建立了液相色譜串聯三重四級桿質譜(LC-MS/MS)測定煙用紙張中20種芳香胺的檢測方法。用檸檬酸緩沖液浸泡煙用紙張,加入連二亞硫酸鈉還原為芳香胺,浸泡液過固相萃取小柱后,用甲醇洗脫,并濃縮定容,進行液相色譜串聯質譜測定。該方法的回收率為77.5%～112.1%, 精密度(RSD)為1.4%～13.4%,檢出限均小于0.1 ng/mL。該方法靈敏度高,分析時間短,適用于煙用紙張中芳香胺的測定。

關鍵詞：煙用紙張；芳香胺；液相色譜-串聯質譜

煙用紙張上通常會印有精美的文字和圖案,而這些印刷品中有的使用含有偶氮染料的涂料。部分偶氮染料與人體的代謝產物(如汗液等)作用會產生對人體有致癌作用的芳香胺[1- 2]。偶氮染料、芳香胺也是我國煙草行業根據行業特點列出的可能涉及卷煙產品質量安全的行業高度關注物(SVHC)。因此,對煙用紙張中芳香胺進行監測,對保護消費者具有十分重要的意義。目前芳香胺的定量檢測方法有氣相色譜質譜聯用法(GC-MS)[3- 7]、液相色譜串聯三重四級桿質譜法(LC-MS/MS)[8]等。部分方法的檢出限較高,不能很好地滿足檢測的需求。有研究者[2]以硅膠柱作為固相萃取柱,氮吹濃縮后用甲醇定容,最后進行氣相色譜-串聯質譜法測定紙質食品包裝材料中的禁用芳香胺。本實驗通過比較檢測前進預處理及檢測條件,建立了同步提取、同時測定煙用紙張中20種芳香胺的高效液相色譜串聯質譜的分析方法。

1實驗

1.1儀器與試劑

安捷倫液相色譜儀1290(美國Agilent公司)；三重四級桿質譜儀QTRAP 5500(美國應用生物公司)；AG104電子天平(感量0.0001 g,瑞士Mettler Toledo公司)；0.22 μm微孔過濾膜(北京頗賽科技發展有限公司)；數顯恒溫水浴鍋(江蘇金壇市江南儀器廠)；真空旋轉蒸發儀(德國Heidolph公司)；Human超純水系統(北京普析通用儀器有限責任公司)；甲醇(色譜純,百靈威化學試劑公司)；20種禁用芳香胺混合標準溶液濃度均為300 μg/mL(Accustandard 公司)。

1.2標準樣品溶液的制備

將20種禁用芳香胺混合標準溶液1 mL,置于100 mL棕色容量瓶中,采用甲醇溶解和定容,得到禁用芳香胺一級混合標準儲備液(20種禁用芳香胺的濃度均為3 μg/mL)；取一級混合標準儲備液5 mL,置于100 mL棕色容量瓶中,再以甲醇溶解和定容,得到禁用芳香胺二級混合標準儲備液(20種禁用芳香胺的濃度均為150 μg/mL)。分別準確吸取禁用芳香胺二級混合標準儲備液0.2,0.4,1.0,2.0,4.0 mL于100 mL棕色容量瓶中,以甲醇稀釋至刻度。得到禁用芳香胺濃度分別為 0.3,0.6,1.5,3.0,6.0 ng/mL的標準溶液系列。

1.3分析條件

色譜柱：Zorbax SB-C3色譜柱(2.1 mm×150 mm, 5 μm)；流動相：A甲醇,B去離子水；洗脫梯度：0～3 min,20%A；流速：0.2 mL/min，3～8 min,80%A；流速：0.5 mL/min，8～11 min,5%A；流速：0.5 mL/min，11～15 min,5%A；流速：0.2 mL/min；柱溫：40 ℃；進樣體積：3 μL；離子源：電噴霧電離源(ESI)；掃描方式：正離子掃描；檢測方式：多反應監測(MRM)；電噴霧電壓：5000 V；離子源溫度：350 ℃；輔助氣Gas1壓力：413.70 kPa(60 psi)；輔助氣Gas2壓力：344.75 kPa(50 psi)；去簇電壓(DP)：40 V；目標物、保留時間、定量離子對(m/z)、定性離子對(m/z)、碰撞能和CAS號見表1。

1.4樣品預處理

將樣品剪成2 mm×3 mm左右的碎片,混合均勻。稱取1 g樣品,精確至0.1 mg,置于具塞錐形瓶中,加入16 mL預熱至(70±2)℃的檸檬酸緩沖液,猛烈搖動,使液體浸透樣品,于(70±2)℃水浴中放置30 min,加入連二亞硫酸鈉水溶液3 mL,保持(70±2)℃,反應30 min,然后將錐形瓶置于冰水混合物中迅速冷卻至室溫。將錐形瓶中的液體部分倒入HLB固相柱,靜置15 min。用4×20 mL甲醇清洗錐形瓶和樣品,每次均充分震蕩,洗滌液全部倒入HLB固相柱,用具塞錐形瓶接取洗脫液。將洗脫液倒入濃縮瓶,于35℃旋轉蒸發至干,加入2 mL去離子水溶解殘渣。經0.22 μm濾膜過濾后,進行LC-MS/MS分析。

表1　20種芳香胺的MRM質譜參數

注定量、定性離子對為母離子/子離子。

2結果與討論

2.1固相萃取柱的選擇

從煙用紙張中遷移出來的芳香胺含量很低,通常需要進行濃縮富集,常用方法為固相萃取。研究發現,不同的固相萃取柱對芳香胺的富集效果各不相同。取添加有4-氨基偶氮苯標樣的提取液4 份,分別采用硅膠柱、氧化鋁柱、硅藻土柱、HLB固相柱為固相萃取柱進行實驗。結果發現,過柱后色譜圖的雜質峰大大減少,其中HLB固相柱的效果最佳。過柱后,HLB固相柱的回收率為95.3%,硅膠柱為83.2%,氧化鋁柱為74.5%,硅藻土柱為70.3%。因此,選擇HLB固相柱為固相萃取柱。

2.2pH 值的確定

禁用芳香胺均帶有氨基,是呈弱堿性的極性化合物,溶液的pH 值對芳香胺的電離性能有重要影響。取添加有4-氨基偶氮苯標樣的提取液3 份,調節溶液的pH值分別為8.0、9.0、10.0,測定其回收率,結果發現其回收率分別為83.6%、91.2%、82.3%,可見當pH 值為9.0 時,固相萃取柱對目標分析物具有較理想的吸附特性。

2.3淋洗劑的選擇

取添加有4-氨基偶氮苯標樣的提取液5 份,過HLB固相萃取柱,過柱后,分別用20 mL 甲醇、正己烷、丙酮、二氯甲烷、叔丁基甲醚進行淋洗,結果發現,使用甲醇的萃取效率最高,因此選擇甲醇為淋洗劑。甲醇用量過少時,芳香胺洗脫不完全; 用量過多時又會將吸附在固相萃取柱上的雜質洗脫下來。取5 份添加有4-氨基偶氮苯標樣的提取液,過HLB固相萃取柱,過柱后,分別用5、10、15、20、25 mL 甲醇進行淋洗,測定其回收率,結果發現其回收率分別為79.5%、81.4%、82.7%、92.7%、89.3%。當淋洗體積為20 mL 時,回收率達到最大值,因此淋洗體積選擇為20 mL。

2.4定容條件的確定

許多研究者用氮吹將固相柱洗脫后的萃取液吹干,但在實驗過程中發現由于萃取液中含有大量水分,用氮吹無法將其吹干,因此采用真空旋轉蒸發,將萃取液濃縮至干。此外,相關文獻報道[1- 2],在旋轉蒸發后,采用甲醇溶液定容過膜,直接進樣測試,但本實驗發現,用甲醇溶液定容過膜后,還會有大量白色沉淀析出,對色譜進樣產生不良影響,因此本實驗采用去離子水定容,并過膜進樣。

2.5色譜柱的分析

參考相關文獻[2],選擇Zorbax SB-C3色譜柱。如圖1所示,用Zorbax SB-C3色譜柱,色譜峰的峰型較好,且可以實現2,4-二甲基苯胺和2,6-二甲基苯胺這對同分異構體的基線分離。

圖1　標準溶液中的提取離子流色譜圖

2.6質譜分析

本實驗基于LC-MS/MS母離子和子離子一一對應的MRM,通過設定多個掃描通道來實現20種芳香胺的同時測定。取芳香胺二級混合標準儲備液(以下簡稱混標),稀釋10倍,得到20種芳香胺濃度均為1.5 μg/mL的混合標準溶液。采用流動注射法對該溶液直接進行質譜分析,根據芳香胺的分子結構特征,選擇電噴霧(ESI)離子源,在正離子模式下再對芳香胺進行一級質譜分析,得到芳香胺的分子離子峰,選擇合適的分子離子峰進行二級質譜碎片分析,得到子離子信息。各組分的MRM監測條件見表1。圖2是混標在表1條件下得到的多反應監測總離子流圖。從圖2中可以看出,20種芳香胺的譜峰峰形均尖銳對稱,各譜峰之間都能完全分離出來。圖3是實際樣品的MRM總離子流圖。從圖3可以看出,實際樣品中的芳香胺目標物峰形尖銳,可以實現與樣品雜質的基線分離,該方法適合于實際樣品的分析檢測。

2.7標準曲線方程和檢測限

在本方法確定的條件下,在空白基質中添加不同濃度的混標溶液,進行測定,結果發現,在一定濃度范圍內,其濃度x與響應值y之間有良好的線性關系,其線性相關系數均大于0.999,表2列出了各組分的線性關系。在S /N (信噪比)=3 的條件下,得到各組分的檢出限,在S /N (信噪比)=10的條件下,得到各組分的定量限,結果列于表2 中,所有禁用芳香胺的檢出限均小于0.1 ng /mL。

圖2　混標多反應監測總離子流圖 (圖中序號同表1)

目標物線性回歸方程線性相關系數檢出限/ng·mL-1定量限/ng·mL-12,4-二氨基甲苯y=287000x-4500000.99970.060.18鄰甲氧基苯胺y=601000x-37000000.99930.060.18鄰-甲基苯胺y=100000x-6900000.99920.070.214,4’-二氨基二苯醚y=207000x-16200000.99940.070.214,4’-二氨基二苯甲烷y=489000x-7340000.99970.060.182,4-二甲基苯胺y=413000x-2860000.99960.070.21聯苯胺y=2010x-127000.99980.080.242-甲氧基-5-甲基苯胺y=1020000x-24600000.99970.030.09對氯苯胺y=16800x-8240000.99980.060.183,3’-二甲基-4,4’-二氨基二苯甲烷y=39400x-1330000.99930.060.182,6-二甲基苯胺y=73500x-3540000.99960.070.213,3’-二甲氧基聯苯胺y=126000x-3240000.99990.040.122-萘胺y=410000x-19900000.99990.040.124-氯鄰甲苯胺y=178000x-7400000.99990.060.182-氨基-4-硝基甲苯y=1930x-24700.99970.030.094-氨基聯苯y=266000x-7180000.99980.030.094-氨基偶氮苯y=773000x-13500000.99990.010.033,3’-二氯聯苯胺y=66800x-849000.99970.020.063,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷y=39400x-1330000.99930.030.09鄰氨基偶氮甲苯y=306000x-1430000.99940.030.09

圖3　實際樣品的MRM總離子流圖

注x為目標物濃度,y為響應值。

2.8精密度和回收率

在空白樣品中添加高、中、低 3 個水平的混標溶液,按照方法進行回收率實驗,每個水平濃度下做6個平行樣,計算精密度。LC-MS/MS方法的回收率為77.5 %～112.1 %,精密度( RSD) 為1.4 %～13.4 %。其中,2,4-二甲基苯胺和聯苯胺的平均回收率低于80%,精密度高于10%,這可能是由于該方法對這兩種目標物的檢出限和定量限較高的緣故。據相關報道[2],GC-MS/MS方法的回收率為63.1%～98.4%,精密度為2.6%～16.2%,因此,本方法能滿足煙用材料中芳香胺的檢測要求。

2.9實際樣品分析結果

采用本方法測定了23個煙用紙張樣品,結果發現22個樣品檢出芳香胺,其含量均小于0.009 mg/kg。

3結論

采用檸檬酸緩沖液提取煙用紙張中的芳香胺,提取液經處理后進行液相色譜串聯三重四級桿質譜分析,從而建立了一種同時測定20種芳香胺的檢測方法。該方法與現有的氣相色譜串聯質譜法相比較[2],樣品的分析測試時間降至15min,可實現2,4-二甲基苯胺和2,6-二甲基苯胺這對同分異構體的基線分離,20種芳香胺的檢出限均低于0.1 ng/mL。可見,該方法快速、選擇性好、靈敏度高,適用于煙用紙張中芳香胺的檢測。

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(責任編輯：董鳳霞)

·消息·

“2015中國國際紙漿峰會”在上海召開

由全國工商聯紙業商會主辦的“2015中國國際紙漿峰會”于3月24—25日在上海召開。本屆紙漿峰會以“尋找漿紙價值回歸之道”為主題,邀請商務部領導、經濟學家、行業專家,全球制漿造紙行業有影響力的企業家到會演講、對話,共同探討如何通過建立良性的傳導機制,實現漿紙價值回歸,引領漿紙產業繼續攜手面對發展過程中的困難,共同推動制漿和造紙行業實現健康、可持續發展。

經過多年的高速發展,中國的造紙產量已經位居全球第一,同時中國紙漿進口量接近全球商品漿的三成,是世界上最大的紙漿需求國。中國以其在全球漿紙行業的重要市場地位,成為國內外漿紙企業發展的必爭之地。可以說,中國漿紙行業興旺,則全球漿紙市場晴朗。

在上海召開國際性的紙漿會議已經有近十年的歷史,由于中國造紙行業在世界紙漿市場上的地位越來越重要,3月底在中國上海召開的國際紙漿會議逐漸成為與英國倫敦漿周和加拿大溫哥華漿周齊名的世界三大紙漿會議之一。

紙業商會作為中國主要大型造紙企業組成的商會,第一次主辦紙漿會議,得到全國工商聯領導和商會全體會長領導們重視。紙業商會主辦紙漿會議,不僅僅是為漿紙貿易雙方搭建一個交流的平臺、提供一個相聚的機會,還是為了給世界漿紙企業創建一個讀懂中國漿紙市場平臺。

商會致力于把上海國際紙漿峰會打造成一個立足中國這個全球最大漿紙市場、吸引全球漿紙企業高度參與、大型企業高層參與度最高的國際化行業盛會。為讓全球紙漿企業進入中國,中國造紙企業資源全球化,創造一個國際化平臺,營造公平、穩定、持久的市場環境,紙業商會作為漿紙行業最具活力的行業組織,充分發揮行業組織的影響力,主辦了本屆中國國際紙漿峰會。

讀懂中國漿紙市場從這里開始,為此紙業商會精心安排論壇議程,設置熱點話題。在3月25日召開的紙漿高峰論壇上,專家、企業家分別就宏觀經濟和國際貿易形勢做了演講,探討中國和全球漿紙市場變革趨勢和企業未來發展戰略,介紹全球闊葉漿和針葉漿發展現狀,分析中國生活用紙和涂布包裝紙板的發展態勢。

會議期間,紙業商會還舉辦了高峰見面會和高峰晚宴等活動。在由30多位全球知名漿紙企業高層參加的高峰見面會,國際紙漿供應商和中國主要大型企業的高層圍繞中國造紙行業的產能過剩問題、中國紙漿市場的地位等問題進行了深入交流。

峰會同時得到亞太森博、斯道拉恩索、UPM、巴西金魚漿紙、大連集發、中海集運、亞馬遜化工等多家國內外制漿、造紙、物流、化學品等領域企業的贊助,亞太森博和亞馬遜化工分別冠名了高峰論壇和高峰晚宴。

李洪信名譽會長在高峰晚宴致辭中表示,服務行業、服務會員,推動行業健康發展是紙業商會的職責所在,因此紙業商會充分發揮行業的引領作用,讓國外紙漿企業更加了解中國,引導中國造紙企業加快與全球市場接軌,增強中國造紙行業在國際紙漿市場的地位和話語權。根據這個目標,紙業商會將把紙漿峰會作為今后一項重要工作,把中國國際紙漿峰會打造成一年一度的、全球漿紙企業參與度最高的國際性行業盛會。

·液相色譜·

Determination of Aromatic Amines in Cigarette Paper

by Using Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry

ZHANG Ting-guiDENG Qi-xinLIN YanLIU Ze-chunXU Han-chunXIE Wei*

(TechnologyCenterofChinaTobaccoFujianIndustrialCorporation,Xiamen,FujianProvince, 361022)

(*E-mail: xiewei@fjtic.cn)

Abstract：In this paper, a liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method for measuring 20 kinds of aromatic amines in cigarette paper was established. The sample was first extracted by citrate buffer and the aromatic amines were reduced by adding sodium dithionite, the extract was then concentrated on a solid phase extraction column and eluted by methanol. The elution was condensed and solved for LC-MS/MS analysis. The recoveries of the method were in the range of 77.5%～112.1%, while the relative standard deviation (RSD) change from 1.4%～13.4%, the limit of detection was lower than 0.1 ng/mL. The developed method was of good efficiency, sensitivity and selectivity, and could been successfully applied to determine the aromatic amines in cigarette paper．

Keywords:cigarette paper; aromatic amines; liquid chromatography-tandem mass spectrometry

通信作者：*謝 衛先生,E-mail: xiewei@fjtic.cn。

基金項目：福建中煙工業有限責任公司資助項目“煙用材料高度關注物芳香胺等5類檢測方法的研究與建立”(FJZYJH2014012)。

收稿日期：2014- 12- 19(修改稿)

中圖分類號：TS77

文獻標識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)04- 0043- 05

作者簡介：張廷貴先生,助理工程師；主要從事煙草化學分析的研究。