GC-TCD 法同時檢測加熱不燃燒卷煙氣溶膠水分，及煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的釋放量

王 康，柳 均，肖少紅*，黃 龍，陳 慧，張 婷

1. 湖北省煙草質量監督檢測站，武漢市硚口區寶豐路6 號 430030

2. 湖北中煙工業有限責任公司，武漢市東西湖區金山大道1355 號 黃鶴樓科技園 430014

近年來，在日趨嚴峻的控煙環境下，加熱不燃燒（Heat-not-burn）卷煙產品正在快速興起［1]。相比于傳統卷煙，其外觀和煙氣產生機制均有較大不同［2-4]。加熱不燃燒卷煙產品是基于蒸餾技術，利用外部熱源加熱煙草而不直接燃燒煙支，抽吸間歇煙絲處于非燃燒狀態，因此因煙草高溫燃燒裂解產生的有害成分大幅降低［5-7]。有研究表明，加熱不燃燒型卷煙產品的安全性高于傳統卷煙［8]。

加熱不燃燒型卷煙產品的氣溶膠組成也和傳統卷煙不同［9]。根據文獻［10-12]報道，加熱不燃燒卷煙氣溶膠的主要成分包含水、丙三醇、煙堿以及低質量分數的潛在有害成分等，其中水、丙三醇、1,2-丙二醇所占的比例相比于傳統卷煙煙氣變化較大，CO、多環芳烴、TSNAs 和酚類化合物等的質量分數大幅下降。目前，國內專門針對加熱不燃燒型卷煙煙氣組分檢測方法的報道較少，相關文獻中涉及的內容大多是參照傳統卷煙煙氣組分的檢測方法。對于加熱不燃燒型卷煙，這些傳統方法不僅針對性不強，而且需對水分、煙堿、多元醇類等組分進行分類檢測，相對費時耗力且成本高［13-16]。因此，針對加熱不燃燒型卷煙氣溶膠組分，開發了一種能對加熱不燃燒卷煙氣溶膠中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇同時進行檢測的方法，旨在為加熱不燃燒型卷煙氣溶膠主要成分的快速測定提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

編號為1#、2#、3#和4#的4 個IQOS 系列加熱不燃燒型卷煙樣品（美國Philip Morris International 公司），其中2#和3#樣品為薄荷口味。

煙堿標準品（≥99%，國家煙草質量監督檢驗中心提供）；丙三醇、1,2-丙二醇、薄荷醇，1,3-丁二醇、正丁醇（內標）（≥99%，國藥集團化學試劑有限公司）；三乙酸甘油酯［≥99.5%，阿拉丁試劑（上海）有限公司]；異丙醇（色譜純，德國CNW 科技公司）。

加熱不燃燒型卷煙的加熱裝置（美國Philip Morris International 公司）；7890A 氣相色譜儀（配有熱導檢測器），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）彈性石英毛細管色譜柱（美國Agilent 公司）；HY-5 調速回旋振蕩器（常州國華電器有限公司）；AL204 電子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）；200 μL、1 000 μL、10 mL移液器（美國Gilson Inc.公司）。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

按照加拿大深度抽吸模式進行卷煙抽吸。將捕集了3 支卷煙樣品總粒相物的劍橋濾片放入萃取瓶中，加入20 mL 含內標的異丙醇萃取劑（萃取劑中內標物正丁醇、1,3-丁二醇的濃度分別為2.0、0.2 mg/mL），振蕩40 min 后，取1 mL 萃取液至色譜瓶中，進行GC-TCD 分析。分析條件：

色譜柱：DB-1701 型毛細管柱；升溫程序：80 ℃（2.5 min）250 ℃（3 min）；進樣口溫度：260 ℃；TCD 檢測器溫度：260 ℃；載氣：氦氣，恒流模式，1.5 mL/min；尾吹氣氦氣流速：30 mL/min；進樣體積：1 μL；進樣模式：分流進樣；分流比：5∶1。

1.2.2 標準工作溶液配制

分別稱取一定量的水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇，加入異丙醇中，配制成標準儲備液，其中水和丙三醇的濃度分別為60 和30 mg/mL，其余化合物的濃度均為6 mg/mL。取5 個萃取瓶，分別加入0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 mL標準儲備液后，再分別加入20 mL 含內標的異丙醇溶液，配制成5 級標準工作溶液。

2 結果與討論

2.1 內標的選擇

選擇與目標物理化性質相近的物質作為內標，可以修正進樣誤差，提高分析結果的準確性。由于總粒相物中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的質量分數差異較大，因此，本研究中采用雙內標進行定量測定。根據文獻［15, 17-19]的報道和本課題組前期實驗篩查結果，最終選擇以正丁醇為內標對水分進行定量，以1,3-丁二醇為內標對煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇進行定量測定。正丁醇和1,3-丁二醇的保留時間分別為3.6 和5.7 min，與樣品中的其他成分無重疊，峰形對稱性較好（圖1），適合用作內標。

2.2 色譜柱的選擇

圖1 DB-1701 色譜柱分離標樣的色譜圖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 種不同極性色譜柱的分離效果。采用DB-1 和DB-5 色譜柱，1,2-丙二醇和丙三醇的峰形變寬，這可能是因為1,2-丙二醇和丙三醇的極性較強，在非極性和弱極性的色譜柱中分離效果較差，容易因吸附而引起色譜峰拖尾［17,20]。煙堿和1,2-丙二醇在強極性的DB-INNOWAX 色譜柱中保留時間較長，因此分析時間較長，不利于大批量樣品的測定。相比之下，采用DB-1701 色譜柱分離6 種目標物的效果較理想，色譜峰分離完全，峰型較好，尖銳對稱無拖尾，出峰快，僅需10 min即可完成一次分析；既能滿足低濃度組分檢測靈敏度的要求，又對高濃度組分的進樣量不過載。故選擇采用DB-1701 色譜柱進行樣品分析。

2.3 色譜峰定性

利用保留時間定性是GC 分析中最常用的方法。當色譜條件相同時，同一物質具有相同的保留時間。對照標準溶液中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的GC 保留時間與氣溶膠萃取液中組分的GC 保留時間確定目標物。同時利用峰高加入法確認目標物：將標準物質加入到萃取液中后，與未加標準物質的試樣色譜圖進行比較，如果峰高增加，即認為加入的標準物質與試樣中的待測組分為同一化合物。

2.4 萃取時間的比較

根據文獻［21-22]報道，選用異丙醇作為萃取溶劑。考察了10、20、30、40、50 和60 min 6 個不同時間條件下6 種目標物的萃取結果。結果（表1）表明，隨振蕩萃取時間的延長，測定值總體上呈增大的趨勢；不同組分達到平衡所需要的時間不同，但是在40 min 后，6 種組分的量均逐漸達到平衡。因此，選擇振蕩萃取時間為40 min。

表1 萃取時間對加熱不燃燒型卷煙氣溶膠6 種組分萃取量的影響Tab.1 Effects of extraction times on extraction efficiencies of six components in aerosol of heat-not-burn product （mg·支-1）

2.5 方法學考察

2.5.1 標準工作曲線與檢測限

將配制的系列標準工作溶液進行GC-TCD 分析，采用內標法定量。以各目標物濃度與其對應的內標濃度之比為縱坐標，各個目標物與內標的峰面積比值為橫坐標，得到各個目標物的線性回歸方程及相關系數；將最低濃度的標準溶液重復進樣8 次，分別以測定結果標準偏差的3 倍和10倍確定方法的檢出限和定量限。結果（表2）顯示，6 種目標物的標準工作曲線線性關系良好，相關系數均大于0.999；各目標物的定量限遠低于煙氣萃取液中目標物的質量分數，滿足加熱不燃燒卷煙氣溶膠成分分析的檢測要求。

表2 目標化合物的標準工作曲線、相關系數、檢出限和定量限Tab.2 Calibration curves, regression coefficients, LODs and LOQs of target components

2.5.2 精密度和回收率

將氣溶膠萃取液均分為4 份，以其中1 份為參比，向另外3 份中分別添加不同體積的水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的標準溶液，配制成高、中、低3 個濃度水平的樣品，每個添加水平重復實驗3 次。按照本方法對樣品進行測定，并根據參比樣中目標物質量分數、加標量和加標后檢測值計算方法的加標回收率。結果（表3）表明，水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的加標回收率分別在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%之間。將添加中等濃度水平的樣品重復測定6 次，計算得到水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的相對標準偏差（RSD）分別為1.77%、2.87%、3.37%、4.13%、4.28%和2.26%。因此，本方法重復性較好，回收率較高。

表3 方法的加標回收率Tab.3 Spiked recoveries of this method

2.6 方法比較

為驗證本方法，采用本方法和國標中主流煙氣煙堿［21]和水分檢測方法［23]同時測定了8 個含有不同濃度煙堿和水分的萃取液樣品。結果（表4）表明，本方法與國標方法所得結果的一致性較好。

表4 采用本方法和國標方法對樣品中煙堿和水分的測定結果Tab.4 Test results of nicotine and moisture obtained by this method and the standard method（mg·支-1）

2.7 實際樣品分析

圖2 為經色譜柱分離后加熱不燃燒卷煙氣溶膠樣品的色譜圖。應用本方法對4 個樣品進行了測定，結果如表5 所示。可知，所有樣品中均檢出了1,2-丙二醇、丙三醇、三乙酸甘油酯，在兩個薄荷口味卷煙氣溶膠樣品中均檢出了薄荷醇。

圖2 加熱不燃燒卷煙氣溶膠樣品的色譜圖Fig.2 Chromatogram of aerosol of heat-not-burn sample

表5 4 個加熱不燃燒卷煙樣品氣溶膠分析結果Tab.5 Results of aerosol analysis of four heat-not-burn tobacco product samples （mg·支-1）

3 結論

①建立了采用劍橋濾片捕集加熱不燃燒卷煙的氣溶膠，雙內標物定量，同時測定氣溶膠萃取液中水分、煙堿、丙三醇、1,2-丙二醇、三乙酸甘油酯和薄荷醇的氣相色譜-熱導檢測器（GC-TCD）方法。②本方法前處理簡單、分析速度快、定量準確、靈敏度高、重復性好，適用于加熱不燃燒卷煙氣溶膠主要成分的快速定量檢測。