煙用熱熔膠中酚類抗氧化劑的測定

牛佳佳，張艷芳，李 棟，陳 宸，余晶晶，葉長文，賀 琛，陳連芳，高 鳳

1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2 號 450001

2.河北中煙工業有限責任公司，石家莊市維明南大街1 號 050051

3.四川中煙工業有限責任公司，成都市錦江區成龍大道1 段56 號 610066

煙用熱熔膠是以熱塑性樹脂或彈性體（一般為乙烯-醋酸乙烯樹脂，EVA）為基料，添加增黏劑、增塑劑、抗氧化劑、阻燃劑及填料，經熔融混合而成的固態黏合劑。其在常溫下為固體，加熱到一定溫度后能熔融形成可流動且具有一定黏性的液體。煙用熱熔膠是卷煙生產中重要的煙用材料之一，主要用于濾棒成型紙、卷煙條與盒、煙箱等的粘接［1-2］。

抗氧化劑廣泛用于橡膠、塑料和黏合劑等高分子聚合物中，以防止聚合物材料因氧化降解而失去強度和韌性。煙用熱熔膠常用于濾棒成型，由于其在使用過程中需加熱融化，因此熱熔膠生產中常加入一定量抗氧化劑來增強產品的穩定性［3］。國內外食品接觸材料法規及標準規定了許可使用的抗氧化劑及使用要求。國家標準GB 9685—2016［4］許可使用2,6-二特丁基-4-甲基苯酚（BHT），且有最大殘留量（QM）或特定遷移量（SML）的限制要求，如聚乙烯、聚丙烯塑料中BHT的QM 為0.5%；歐盟食品接觸材料法規［5］對此也有詳細的規定，如食品接觸涂層中BHT 的QM 為0.5%，SML 為3 mg/kg。食品添加劑領域也有抗氧化劑使用的具體規定，國家標準GB 2760—2014［6］許可使用丁基羥基茴香醚（BHA）、特丁基對苯二酚（TBHQ）等抗氧化劑，且有嚴格的用量要求。準確測定煙用熱熔膠中的酚類抗氧化劑含量對于卷煙工業企業和熱熔膠生產企業進行此類添加劑的質量監控有重要意義。

近年來，涉及抗氧化劑的卷煙煙氣自由基、有害成分形成方面的研究［7-9］已有報道，但卷煙輔助材料中抗氧化劑的研究報道較少。關于抗氧化劑的測定，研究對象主要涉及食品、食品包裝材料、高分子材料等，一般以食品添加劑中限量使用的抗氧化劑為目標物。例如：孟繁磊等［10］利用超高效液相色譜（UPLC）測定了食用油中10 種抗氧化劑；王國軍等［11］利用高效液相色譜（HPLC）測定了聚丙烯餐具中12 種抗氧化劑的遷移量。目前，關于食品包裝、高分子材料等樣品中抗氧化劑的測定已有國家或行業標準方法［12-13］。例如，SN/T 1504.4—2005［12］提供了采用HPLC 測定高密度聚乙烯中的6 種酚類抗氧化劑的方法。此外，抗氧化劑的測定方法還有氣相色譜-質譜法［14］、加壓毛細管電色譜法［15］、液相色譜-串聯質譜法［16］等。目前，煙草行業尚未針對煙用熱熔膠產品建立抗氧化劑的測試方法。熱熔膠中含有大量的乙烯-醋酸乙烯聚合物、石蠟等基體物質，如何在實現目標分子有效提取的同時，盡可能地凈化提取液，減少基質干擾是方法開發的重點和難點。為此，以煙用熱熔膠實際生產過程可能使用以及食品和食品包裝領域常用的苯酚、TBHQ、BHA、BHT、2,4-二特丁基苯酚、2,6-二特丁基苯酚、四［β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸］季戊四醇酯（Irganox 1010）和β-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸十八碳醇酯（Irganox 1076）等8 種抗氧化劑為目標物，通過考察前處理條件、色譜參數等，建立一種快速、高效、可操作性強的煙用熱熔膠中酚類抗氧化劑的超高效液相色譜（UPLC）分析方法，旨在為煙用熱熔膠的質量監控提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

10 個用于濾棒成型的熱熔膠樣品，2018 年取樣于濾棒生產車間機臺，編號為1～10。

標準品：苯酚、TBHQ、BHA、2,4-二特丁基苯酚、2,6-二 特 丁 基 苯 酚、BHT、Irganox 1010、Irganox 1076（＞98%，百靈威科技有限公司）；四氫呋喃（使用前減壓蒸餾純化）、甲醇、乙腈（色譜純，美國Tedia 公司）。

Waters ACQUITY UPLC I-Class 超高效液相色譜儀、二極管陣列檢測器（PDA）、Empower 3 色譜工作站（美國Waters 公司）；KQ-700DE 型超聲儀（昆山市超聲儀器有限公司）；BP221S 電子天平（感量0.0001 g，德國Sartorius 公司）；Milli-Q 超純水機（美國Millipore公司）；微孔有機濾膜（0.22 μm，上海安譜科學儀器有限公司）。

1.2 樣品處理與分析

用刀片將熱熔膠樣品切成粒徑小于2 mm 的粒狀，混合均勻。準確稱取0.2 g 熱熔膠樣品，置于50 mL 錐形瓶中，加入5 mL 四氫呋喃，常溫下超聲提取2 h；加入15 mL 甲醇稀釋，于-18 ℃下放置10 min；過濾，用少量甲醇潤洗固形物；合并濾液并用甲醇定容至25 mL，過有機濾膜后進行UPLC 分析。色譜分析條件為：

色譜柱：Waters ACQUITY UPLC@BEH（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）；柱溫：30℃；柱流速：0.6 mL/min；進樣量：2 μL；檢測波長：200 nm。流動相A：水；流動相B：乙腈；梯度洗脫程序：0～15 min，20%～100%B；15～20 min，100%B。

以保留時間定性，采用外標法定量。

2 結果與討論

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 檢測波長

參照文獻［5，7］，分別以200、280 nm 波長進行檢測。圖1 為8 種目標物在200、280 nm 波長下的色譜圖。由圖1 可以看出，在波長200 nm 下，8種目標物的色譜峰信號強度均明顯高于280 nm。另外，采用二極管陣列PDA 檢測器對標準溶液進行190～400 nm 全波段掃描，結果如圖2 所示。由圖2 可以看出，8 種目標物在波長200 nm 左右的吸光度均最高，因此選擇檢測波長200 nm。

圖l 8 種目標物在200 和280 nm 波長下的色譜圖Fig.1 Chromatograms of eight targets at 200 and 280 nm

圖2 190～400 nm 下8 種目標物的吸光度Fig.2 Absorbances of eight targets at 190-400 nm

2.1.2 流動相

酚類抗氧化劑分離中常用的流動相是乙腈和水，例如，SN 1504.4—2005［12］中采用乙腈和水對目標物進行梯度洗脫。為了改善目標物的色譜峰形，流動相中常需要加入甲酸或乙酸。本實驗中分別考察了乙腈-水、乙腈-1%甲酸水溶液、乙腈-1%乙酸水溶液等3 個流動相體系。結果表明，在相同的梯度條件下，甲酸、乙酸水溶液和純水流動相體系條件下的目標物色譜峰形接近，乙腈-水體系條件下8 種目標物的分離度較高。因此，選擇乙腈和水作為流動相。

進一步考察了流動相洗脫條件，結果表明，20%乙腈等度洗脫條件下可以實現目標物的有效分離，但有部分目標物的保留時間過長（Irganox 1076 保留時間為42 min）。通過對洗脫程序的優化，最終確定1.2 節所示的梯度洗脫程序，由圖1A 可以看出，在17 min 內目標物完全分離，表明分析效率較高。

2.1.3 色譜柱

考察了Waters ACQUITY UPLC@BEH（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）、AgilentZORBAX Eclipse XDBC18（50 mm×2.1 mm，1.8 μ m）超高效色譜柱以及Agilent ZORBAX Eclipse plus C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）常規色譜柱對目標化合物的分離效果，結果分別見圖3A～C。可以看出，Waters ACQUITY UPLC@BEH（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）色譜柱對8 種目標物的分離效果好，分析速度快，可滿足定性、定量分析要求。因此，選擇Waters ACQUITY UPLC@BEH 色譜柱。

圖3 不同色譜柱分離效果對比Fig.3 Comparing the separation effects by different columns

2.2 前處理條件的確定

根據熱熔膠樣品特點以及目標化合物的理化性質，選擇甲醇、乙腈、三氯甲烷、四氫呋喃等溶劑進行酚類抗氧化劑的提取效果考察。結果表明：采用振蕩提取方式，樣品均難以溶解；在超聲條件下，四氫呋喃、三氯甲烷兩種溶劑可使樣品完全溶解，但不同樣品溶解耗時差異較大；超聲萃取2 h可使樣品完全溶解，且通過對比四氫呋喃、三氯甲烷的測試數據發現，數據之間無明顯差異。考慮到三氯甲烷不易購得（根據中華人民共和國國務院令第445 號《易制毒化學品管理條例》可知，三氯甲烷屬于第二類管制化學品），因此選擇四氫呋喃為溶劑且超聲2 h 的提取條件。

樣品提取液中含有大量的熱熔膠基體物質，如果直接進樣則會嚴重污染色譜柱及管路等，因此須對提取液進行凈化。本實驗采用向提取液中加入不良溶劑沉淀基體物質的方法來去除熱熔膠基體，比較了甲醇、乙醇對熱熔膠基體的沉淀效果。提取液中加入甲醇后，出現塊狀沉淀；提取液中加入乙醇后，溶液呈懸濁狀。可見，甲醇去除基體效果更好（圖4A）。由圖4B 可知，甲醇和乙醇作為沉淀劑時，測試結果一致性均較好。將甲醇或乙醇沉淀后的沉淀物烘干后進行稱量，進一步比較驗證兩種溶劑對熱熔膠基體的沉淀效果，結果顯示，甲醇的沉淀效果明顯優于乙醇。另外，增加-18 ℃冷凍處理步驟后，沉淀物的質量均有所增加，因此，最終確定1.2 節所示的前處理條件。

圖4 甲醇、乙醇作為沉淀劑的效果對比Fig.4 Comparing the effects of methanol and ethanol as precipitants

2.3 工作曲線和檢測限

準確稱取各標樣25 mg，置于250 mL 容量瓶中，加入四氫呋喃甲醇混合溶液（1∶5，體積比），超聲3 min 溶解并定容，配制成標準儲備液。準確移取標準儲備液0.05、0.1、0.5、1.0 和2.0 mL，分別置于5 個10 mL 的容量瓶中，用四氫呋喃甲醇混合溶液定容，得到0.5、1、5、10 和20 mg/L 5 個不同質量濃度的標準工作液。

各取0.5 mL 不同濃度的標準工作溶液，按照濃度由低到高的順序分別進行UPLC-UV 測定，將測得的UV 峰面積（y）與標準溶液的質量濃度（x，mg/L）進行線性回歸分析，得到各目標化合物的標準工作曲線方程。選擇合適的最低濃度的標準溶液平行測定10 次，計算其標準偏差，以3 倍標準偏差為檢出限，10 倍標準偏差為定量限。結果（表1）顯示，本方法工作曲線線性良好、檢出限低。

表1 標準工作曲線和檢測限Tab.1 Standard working curve and detection limit

2.4 回收率和精密度

采用標準加入法測定方法的回收率。稱取0.2 g 樣品，加入與其含量相當的混合標準溶液，按照1.2 節方法進行前處理和分析，進行6 次重復實驗，測定加標回收率和重復性，結果見表2。可以看出，方法回收率為90.9%～103.4%，RSD 為0.7%～6.7%，可以滿足定量分析要求。

表2 方法的回收率和精密度（n=6）Tab.2 Recovery and repeatability of the method（n=6）

2.5 穩定性考察

稱取0.2 g 樣品，加入與其含量相當的混合標準溶液，按照1.2 節方法進行提取，分別在0、2、4、8、12、24 h 對處理好的樣品溶液進樣測試。結果表明，8 種目標物的RSD 為1.6%～4.2%，表明樣品處理液在24 h 內穩定。

2.6 實際樣品分析

采用本方法測定了10 個煙用熱熔膠樣品中8種抗氧化劑的含量。結果（表3）表明，所有樣品均檢出抗氧化劑。煙用熱熔膠中常用抗氧化劑以BHT、Irganox 1010 為 主，其 中BHT 含 量 為497.4 ～3 951.5 mg/kg，Irganox 1010 為456.3 ～7 990.5 mg/kg；少量樣品中檢測出2,4-二特丁基苯酚、2,6-二特丁基苯酚，含量均在500 mg/kg 左右。以歐盟食品接觸材料法規［5］要求的涂層中BHT 的QM 為0.5%來看，煙用熱熔膠樣品中BHT 的含量能夠滿足該要求。

表3 10 個樣品檢測結果①Tab.3 Test results of ten adhesive samples （mg·kg-1）

3 結論

采用四氫呋喃良性溶劑提取和甲醇不良溶劑去除熱熔膠基體的前處理條件，可使目標物提取、凈化一步完成。以乙腈-水為流動相，利用UPLC梯度洗脫，建立了煙用熱熔膠中苯酚、TBHQ、BHA、2,4-二特丁基苯酚、2,6-二特丁基苯酚、BHT、Irganox 1010、Irganox 1076 等8 種抗氧化劑的測定方法。方法測定結果準確（回收率90.9%～103.4%）、精密度良好（RSD≤6.7%）、檢測靈敏（檢測限0.008～0.028 μg·mL-1）、分析速度快（儀器運行17 min），適用于煙用熱熔膠中酚類抗氧化劑的測定。實際樣品測試結果表明，煙用熱熔膠樣品中抗氧化劑以BHT、Irganox 1010 為主，未發現苯酚、TBHQ、BHA、Irganox 1076 等食品及食品接觸材料中其他常見的抗氧化劑或污染物。