高效液相色譜法測定卷煙爆珠中的甲醛與乙醛

劉 欣，田麗梅，楊葉昆，黃海濤，繆恩銘，王 晉，許 永，向 明，李 晶

(云南中煙工業有限責任公司技術中心，云南 昆明 650106)

爆珠，是嵌于卷煙濾嘴中的一種易捏破的香味膠囊，它可包裹不同類型的香精香料，吸煙者在卷煙吸食過程中可將其捏破，以釋放出特色香味，達到突出產品個性化特征，提升卷煙抽吸品質的作用[1-3]。近年來，隨著消費者對卷煙產品個性化需求的日趨強烈，爆珠在卷煙產品中得到了廣泛應用，爆珠卷煙在國內外市場的銷售額快速增長[4]。

雖然國內外的爆珠卷煙近些年發展迅速，但與其相關的研究報道較少，其作為添加劑的使用安全性受到了關注[5]。卷煙爆珠主要由芯材和壁材兩部分組成，芯材主要是包裹的香精香料，而壁材則主要由蟲膠、動物膠等天然膠組成。在爆珠的生產過程中，由于受生產原料、操作工藝等條件的影響，一些外源性危害成分，如：低分子醛酮類化合物(甲醛、乙醛等)、苯系物、增塑劑等，可能殘留在卷煙爆珠內。其中，甲醛不僅對人的眼睛、皮膚、粘膜和呼吸道有急性刺激和致敏作用，而且具有生殖毒性，長期高濃度接觸還會對神經系統、免疫系統、肝臟器官等產生毒害，是潛在的致癌物[6-7]。而高濃度的乙醛會引起窒息，導致呼吸麻痹而死亡，且具有遺傳毒性[8]。因此，卷煙爆珠中甲醛和乙醛含量的準確測定對保障爆珠在卷煙中的使用安全性具有重要意義。

目前，檢測煙用材料中甲醛和乙醛的分析方法主要有氣相色譜法[9]、連續流動分析法[10]和高效液相色譜法[11-16]等。這些方法在煙用紙張、水基膠等檢測方面取得了許多重要進展，但也存在諸多缺陷：氣相色譜法雖然較靈敏，但需用五氟芐基羥胺作為衍生化試劑對樣品進行前處理，實驗條件要求較高，檢測較耗時；連續流動分析法選擇性較差，易受外界環境干擾產生假陽性結果而影響檢測準確性；高效液相色譜法由于分離能力強、靈敏度和選擇性高，在2010年發布的YC/T 332-2010《煙用水基膠甲醛的測定高效液相色譜法》[16]中被作為標準方法廣泛用于煙用水基膠中甲醛的檢測。但常規液相色譜分析甲醛和乙醛時，需通過溶劑提取、離心除去沉淀物、過濾等一系列前處理操作得到分析試液，甚至還需通過固相萃取富集或凈化[17-18]。上述方法不僅操作步驟復雜，而且在樣品轉移過程中易引入操作誤差，影響檢測準確性。本研究建立了一種爆珠中甲醛和乙醛測定的新方法，樣品萃取液無需轉移，可直接過濾到色譜進樣瓶中進行分析，大大簡化了樣品前處理操作，減少了可引入誤差的因素，提高了分析效率和檢測準確性。另外，使用該方法對14個卷煙爆珠樣品中的甲醛和乙醛進行檢測，取得了滿意的結果。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀(配二極管陣列檢測器，沃特世科技(上海)有限公司)；AE240電子分析天平(精度0.1 mg，梅特勒-托利多國際貿易(上海)有限公司)；電熱恒溫超聲波水浴鍋(常州諾基儀器有限公司)；Milli-Q50超純水儀(美國Millipore公司)。

甲醛、乙醛標準品(國家標準物質研究中心)；2,4-二硝基苯肼(純度>98%，西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司)；乙腈(色譜級，德國Merck公司)；醋酸鈉、冰醋酸(國藥集團化學試劑有限公司)。

委托廠家添加不同量的甲醛與乙醛，加工制作了14個不同的卷煙爆珠樣品，依次編號為1#～14#。

1.2 實驗條件

1.2.1溶液配制醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)：準確稱取12.0 g醋酸鈉和8.0 g冰醋酸于1.0 L容量瓶中，用超純水溶解并定容至刻度。

衍生化試劑：準確稱取1.0 g的2,4-二硝基苯肼，用乙腈溶解后移入1.0 L容量瓶中，并定容至刻度，得到質量濃度為1.0 g/L的衍生化試劑。

甲醛與乙醛的混合標準儲備溶液：分別準確稱取0.1 g的甲醛和乙醛標準品，用醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)溶解后，移入1.0 L容量瓶中，并定容至刻度，得到0.1 g/L的混合標準儲備溶液，-20 ℃冰箱內保存。使用時，移取不同量的混合標準儲備溶液，用醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)稀釋成系列濃度的標準工作溶液。

1.2.2色譜條件色譜柱：Waters XBridge C18(150 mm×4.6 mm，3.5 μm)；流動相：乙腈-水(65∶35，體積比)；流速：2.0 mL/min；進樣量：25 μL；柱溫：30 ℃；用二極管陣列檢測器檢測，檢測波長：甲醛352 nm，乙醛360 nm。

圖1 樣品萃取管的示意圖Fig.1 Representative of extraction tube devicea：outer tube；b：inside tube；c：sample extraction；d：sample filtering and collect

1.2.3樣品前處理及分析本方法自主設計了一種新型的集萃取、過濾和轉移功能為一體的樣品萃取管，具體結構如圖1所示。樣品萃取管由帶密封圈的外套管(圖1a)和帶0.45 μm過濾篩板的內套管(圖1b)組成。具體前處理過程如下：

(1)取樣：按照GB/T 5606.1-2004[19]要求對卷煙樣品進行抽樣，取出卷煙過濾嘴中的爆珠，防止其破裂。

(2)萃取：將樣品萃取管的外套管(圖1a)置于不銹鋼試管架上，稱取0.2～0.3 g(精確至0.1 mg)爆珠于外套管中，分別加入10 mL衍生化試劑和10 mL醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)。然后將萃取管的內套管卡在外套管的管口處(圖1c)，安裝完畢后將放有樣品萃取管的試管架置于60 ℃電熱恒溫超聲波水浴鍋中超聲萃取25 min。在萃取過程中，爆珠溶解，內含的甲醛和乙醛會轉移至萃取液中，并與預先加入的衍生化試劑發生反應生成衍生產物。

(3)過濾轉移：待萃取和衍生化反應完成后，壓下內套管，萃取溶液通過過濾篩板進入內套管中，并從內套管中的細彎管流出，達到樣品過濾的效果(圖1d)。于細彎管口收集萃取液，棄去最初的2～3 mL，用色譜進樣瓶收集1.0～1.5 mL樣品，冷卻至室溫。

(4)液相色譜測定：取10 mL不同濃度的甲醛和乙醛混合標準工作溶液，分別加入10 mL衍生化試劑，按上述前處理步驟操作，采用選定的色譜條件進行分析，以峰面積為縱坐標，質量濃度為橫坐標，分別建立甲醛與乙醛的校正曲線。取上述制備的爆珠樣品進行測定，并與標樣對比，通過保留時間定性，外標法定量，計算甲醛和乙醛含量。

2 結果與討論

2.1 樣品萃取管的改進

目前，采用高效液相色譜分析甲醛和乙醛時，樣品需通過萃取液萃取、離心除去沉淀物，再進行衍生化反應，用針頭過濾器過濾后方能進行液相色譜分析，不僅樣品前處理操作步驟繁瑣，而且在樣品轉移過程中還有可能引入誤差。針對此問題，本研究設計了一種如圖1所示的新型樣品萃取管，該樣品萃取管由帶密封圈的外套管(圖1a)和帶0.45 μm過濾篩板的內套管(圖1b)組成。詳細的樣品前處理過程如“1.2.3”所述。整個樣品前處理過程中無需轉移樣品即能得到過濾好的待分析樣品，大大簡化了前處理操作，減少了可能引入誤差的環節，提高了分析結果的準確性和重復性。

2.2 樣品萃取與衍生化條件的優化

目前卷煙爆珠的壁材多以蟲膠或動物膠為材料加工而成，大部分溶于熱水和極性有機溶劑，且甲醛和乙醛也為水溶性成分。采用20%～60%的乙腈對14種卷煙爆珠樣品在60 ℃超聲波水浴鍋中超聲萃取10 min以上，發現爆珠的壁材均能完全溶解。因此，本研究選用50%的乙腈水溶液作為萃取溶劑。

據文獻報道，低分子醛可在弱酸性介質中與2,4-二硝基苯肼發生衍生化反應，反應產物可直接用于HPLC測定[14]。本研究發現，在反應體系中加入適量乙腈能使2,4-二硝基苯肼和反應產物充分溶解，且當乙腈含量為20%～70%時，衍生化反應完全且衍生產物穩定。因此，本研究選擇在樣品中加入10 mL醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)和10 mL含2,4-二硝基苯肼的乙腈溶液，并控制萃取液中乙腈的含量為50%(體積分數)。衍生化反應溫度對衍生物的產率和穩定性有顯著影響，本實驗參考文獻[20]在60 ℃水浴中進行衍生化反應，發現反應10 min即可完成，延長反應時間至3 h反應產物的峰面積無明顯變化。為了保證衍生化反應完全，本研究選擇在60 ℃超聲萃取25 min。

圖2 甲醛和乙醛的標準品(A)與實際樣品(B)色譜圖Fig.2 Chromatograms of formaldehyde and acetaldehyde standard(A) and real sample(B)1：formaldehyde；2：acetaldehyde

2.3 色譜條件的優化

甲醛和乙醛衍生產物的液相色譜分析通常采用反相C18色譜柱，以乙腈-水(65∶35，體積比)進行洗脫分離[21]。本研究選用Waters XBridge C18(150 mm×4.6 mm，3.5 μm) 作為分析柱，采用乙腈-水(65∶35)作為流動相進行分離，發現甲醛和乙醛在此條件下能得到很好的分離。為獲得最佳靈敏度，分別在甲醛和乙醛的最大吸收波長處進行檢測，檢測波長為甲醛352 nm，乙醛360 nm。

在選定色譜條件下甲醛、乙醛標樣和實際樣品的色譜圖如圖2所示，可觀察到甲醛和乙醛的色譜峰無明顯拖尾，峰形較好，且在實際樣品的色譜圖中無明顯干擾峰。

2.4 工作曲線、檢出限與定量下限

通過對標準儲備溶液逐級稀釋，配制一系列的標準工作溶液，采用選定的色譜條件進行測定，以各組分的峰面積為縱坐標(Y)，對應的質量濃度為橫坐標(X)繪制標準曲線，得回歸方程及相關系數，取最低濃度的標準工作溶液連續進樣10次，分別以信噪比S/N=3和S/N=10時所對應的濃度計算檢出限和定量下限。結果顯示，甲醛和乙醛的線性范圍分別為8～1 500 μg/L 和10～1 650 μg/L，相關系數均大于0.999，檢出限分別為2.5、2.8 μg/L，定量下限分別為8.0、9.5 μg/L，方法的線性范圍和靈敏度能滿足卷煙爆珠中甲醛和乙醛的分析要求。

2.5 方法回收率與精密度

為驗證方法的準確性，選取3個爆珠樣品進行加標回收率實驗。由表1可知，在2.0、5.0、10.0 μg/g加標水平下，甲醛和乙醛的回收率為96.9%～101.1%，說明本方法的回收率較好，可應用于實際樣品的測定。

表1 方法的加標回收率Table 1 The mean recovery of this method

此外，平行7次測定了上述3個爆珠樣品中的甲醛和乙醛含量，實驗結果表明：甲醛的日內相對標準偏差(RSD)為2.8%～3.2%，日間RSD為3.3%～3.6%;乙醛的日內RSD為3.0%～3.4%，日間RSD為3.5%～3.8%，表明本方法具有較好的重復性。

2.6 本方法與文獻方法的結果比較

選擇4個代表性的卷煙爆珠樣品，按優化實驗條件進行前處理和測定并與文獻[16]的方法進行對比。樣品5次分析結果的平均值和相對標準偏差如表2所示。本方法的測定結果與文獻結果相吻合，采用t檢驗分析對本方法與文獻方法的RSD值進行比較，P<0.05，表明本方法的精密度較文獻方法顯著提高。說明本方法在樣品前處理過程中減少了樣品轉移步驟后，可有效避免因樣品轉移帶來的實驗誤差，使分析結果更加準確可靠。

2.7 實際樣品的分析

為驗證方法的可靠性，采用建立的方法對委托廠家生產的14個外源添加的卷煙爆珠樣品(1#～14#)進行檢測。結果表明：爆珠樣品中甲醛的含量為0.68～9.54 μg/g，乙醛的含量為0.47～7.59 μg/g。但由于爆珠本身并不直接接觸人體口腔，因此對甲醛和乙醛含量的監測應進一步研究其遷移行為及遷移率。

表2 本方法與文獻報道方法的測定結果比較Table 2 Comparison of the results of this method and the reported method

3 結 論

針對目前高效液相色譜法分析甲醛和乙醛時前處理操作復雜等問題，本研究設計開發了一種新型的集萃取、過濾和轉移功能為一體的樣品萃取管，使得前處理過程中不需轉移樣品即能得到待分析溶液，簡化了操作流程，減少了誤差的引入，提高了分析效率。采用本方法對14個外源添加的卷煙爆珠樣品內的甲醛和乙醛含量進行了分析，取得了滿意結果。本方法的建立為卷煙爆珠中甲醛和乙醛的分析提供了簡便、快速的分析方法，為爆珠在卷煙產品中的安全使用提供了技術支撐。