氣相色譜-質(zhì)譜測定卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯方法的構(gòu)建

何 軍， 丘寶東， 阮藝斌， 楊敬國， 惠非瓊，趙 楊， 張小濤， 張 麗， 姬厚偉

(貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司， 貴州 貴陽 550009)

引言

【研究意義】三乙酸甘油酯，又名三醋酸甘油酯，因其無毒無味、易降解等優(yōu)點，在國內(nèi)外卷煙醋纖濾棒成型工藝中普遍被用作增塑劑[1-3]。程良琨等[4-5]研究表明，三乙酸甘油酯施加量的大小對濾棒的硬度及吸阻等物理指標(biāo)存在影響，進而影響卷煙的抽吸及濾嘴過濾效果。濾棒硬度隨著三乙酸甘油酯施加量的增加而增大，但其對卷煙煙氣釋放的單酚類物質(zhì)尤其是苯酚的過濾效率也隨之提高[6-10]。因此，建立快速、準(zhǔn)確地測定濾棒中三乙酸甘油酯施加量方法對提高濾棒加工工藝質(zhì)量及控制卷煙煙氣苯酚的釋放量具有重要意義。【前人研究進展】目前，卷煙濾棒中三乙酸甘油酯含量的測定方法主要有重量法和氣相色譜法[11-13]，重量法因簡便、快速，常被濾棒成型車間采用，但精確度不高；而氣相色譜法測定三乙酸甘油酯已被定為煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[14]，但該方法存在稱樣量大、消耗溶劑多和試驗周期較長等缺點，影響檢測效率。近年來，高效液相色譜法[15]和近紅外光譜法[16-17]等新方法已得到應(yīng)用。但鮮見采用氣相色譜-質(zhì)譜法測定卷煙醋纖濾棒中三乙酸甘油酯含量的研究報道。【研究切入點】在對色譜柱、萃取溶劑和萃取時間條件優(yōu)化后，旨在建立一種適合不同類型醋酸纖維濾棒中三乙酸甘油酯測定的快速、準(zhǔn)確、靈敏的氣相色譜-質(zhì)譜法。【擬解決的關(guān)鍵問題】構(gòu)建氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用測定卷煙醋纖濾棒中三乙酸甘油酯的分析方法，以彌補標(biāo)準(zhǔn)方法[14]稱樣量大、溶劑消耗多、萃取時間長、檢測效率低等不足，為卷煙醋纖濾棒質(zhì)量控制及煙氣苯酚釋放量的管控提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 醋纖濾棒 不同品牌醋纖濾棒樣品共計12種，編號為1～12，選自貴陽卷煙廠。

1.1.2 儀器 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(Clarus 600GC-600CMS)，美國PE公司； AG104電子天平(感量：0.000 1 g)，瑞士Mettler Toledo公司；超聲波清洗儀，昆山超聲波清洗機有限公司。

1.1.3 試劑 無水乙醇(分析純)，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；甲醇(色譜純)，天津市登科化學(xué)試劑有限公司；乙腈(色譜純)，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；乙酸乙酯(色譜純)，天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司；異丙醇(色譜純)，天津市富宇精細(xì)化工有限公司；標(biāo)準(zhǔn)品為三乙酸甘油酯、正十七烷(純度均≥99%)，百靈威科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 內(nèi)標(biāo)-正十七烷和三乙酸甘油酯的標(biāo)準(zhǔn)溶液配制 稱取1.000 0 g 正十七烷，于50 mL容量瓶中，用無水乙醇定容，配制成儲備液20 mg/mL，于4℃冰箱中密封保存；稱取三乙酸甘油酯0.200 0 g于25 mL容量瓶中，用無水乙醇定容。分別移取50 μL、100 μL、200 μL、400 μL、800 μL、1 000 μL和1 500 μL超純水于7個10 mL容量瓶中后添加200 μL內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液，再用無水乙醇定容，得到7個系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.2.2 樣品處理方法及色譜質(zhì)譜條件 按GB/T 5605-2011[18]的方法抽取醋纖濾棒樣品，常溫下密封保存，并在15 d內(nèi)完成檢測。

1) 樣品制備。從密封袋中隨機抽取1支濾棒樣品，迅速將濾棒沿縱向剖開，再橫向剪成10 mm長的小段；稱取0.200 0 g置于50 mL具塞錐形瓶中，加入200 μL內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液，再添加25 mL無水乙醇萃取劑，超聲40 min，取1.0 mL萃取液于色譜瓶中，進行氣相色譜-質(zhì)譜法(GC/MS)分析。

2) 分析條件。色譜柱為TG-WAXMS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm, 0.25 μm)，進樣口溫度250℃，載氣為氦氣(純度≥99.999%)，載氣流速1.0 mL/min，分流比為50∶1，進樣量1 μL；柱溫箱升溫程序：初始80℃，保持1 min，以10℃/min升至200℃，再以20℃/min升至240℃，保持10 min；總運行時間25 min，傳輸線溫度250℃，離子源溫度230℃，溶劑延遲5 min；電離方式：EI源，電離能量70 eV；掃描方式：選擇離子監(jiān)測(SIM)。三乙酸甘油酯和內(nèi)標(biāo)-正十七烷的保留時間和特征離子見表1。

表1 三乙酸甘油酯和內(nèi)標(biāo)-正十七烷的保留時間與定性定量離子

1.2.3 色譜柱的選擇及萃取溶劑與時間的優(yōu)化

1) 色譜柱的選擇。稱取0.200 0 g醋酸纖維濾棒小段置于50 mL具塞錐形瓶中，加入200 μL內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液，再添加25 mL無水乙醇萃取劑，超聲40 min，取1.0 mL萃取液于色譜瓶中，比較中等極性DB-624(60 m×0.32 mm×1.8 μm)和強極性TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱對內(nèi)標(biāo)和三乙酸甘油酯的分離效果。

2) 萃取溶劑的優(yōu)化。稱取0.200 0 g醋酸纖維濾棒小段5份，分別置于50 mL具塞錐形瓶中，加入200 μL內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液；再分別添加異丙醇、甲醇、無水乙醇、乙酸乙酯和乙腈5種溶劑，超聲萃取40 min，取1.0 mL萃取液于色譜瓶中，比較不同溶劑的萃取效率。

3) 萃取時間的優(yōu)化。稱取0.200 0 g醋酸纖維濾棒小段5份，分別置于50 mL具塞錐形瓶中，加入200 μL內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液，再添加25 mL無水乙醇萃取劑，分別超聲萃取10 min、20 min、30 min、40 min和60 min，取1.0 mL萃取液于色譜瓶中，比較不同溶劑的萃取效率。

1.2.4 方法靈敏度與加標(biāo)回收率

1) 方法靈敏度。分別對7個不同濃度三乙酸甘油酯準(zhǔn)溶液進行GC/MS分析，采用內(nèi)標(biāo)法定量，以三乙酸甘油酯與內(nèi)標(biāo)的峰面積比(y)為縱坐標(biāo)，三乙酸甘油酯濃度(x,g/mL)為橫坐標(biāo)進行回歸分析，得到三乙酸甘油酯的回歸方程及其相關(guān)系數(shù)；再將最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋，并對三乙酸甘油酯的3倍信噪比(LOD)和10倍信噪比(LOQ)進行GC/MS分析比較，以確定方法的靈敏度是否滿足定量分析要求。

2) 加標(biāo)回收率。取已知三乙酸甘油酯含量的醋纖濾棒(樣品含量12.71 mg)為研究對象，按低(4.0 mg)、中(8.0 mg)、高(12.0 mg)3個添加水平進行加標(biāo)回收試驗，6次重復(fù)，測定其回收率。

1.2.5 測定方法的驗證試驗 采用氣相色譜-質(zhì)譜法測定12種不同品牌卷煙醋纖濾棒中三乙酸甘油酯含量，并比較其與煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法〔醋酸纖維濾棒中三乙酸甘油酯的測定 氣相色譜法(YC/T 331-2010)[14]〕(以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)法)的稱樣量、溶劑消耗、且萃取時間及檢測效率。

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜柱的選擇

從圖1看出，內(nèi)標(biāo)-正十七烷和三乙酸甘油酯在中等極性DB-624(60 m×0.32 mm×1.8 μm)和強極性TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱的分離效果均較好，且色譜峰形較好，但中等極性DB-624(60 m×0.32 mm×1.8 μm)色譜柱較長，內(nèi)標(biāo)-正十七烷和三乙酸甘油酯出峰時間較晚，影響檢測效率。因此，選擇強極性TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱。

注：1為內(nèi)標(biāo)-正十七烷，2為三乙酸甘油酯。

2.2 萃取溶劑和時間的優(yōu)化

2.2.1 萃取溶劑 從圖2可知，異丙醇、甲醇、無水乙醇、乙酸乙酯和乙腈5種溶劑對卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯的萃取率存在差異。以無水乙醇萃取率最高，乙腈萃取率其次，甲醇萃取率最低，依次為無水乙醇>乙腈>異丙醇>乙酸乙酯>甲醇。表明，卷煙醋纖濾棒在乙腈和乙酸乙酯中易溶解，萃取后的萃取液較為渾濁，不適宜作為卷煙醋纖濾棒的萃取溶劑。因此，選擇無水乙醇為萃取劑。

圖2 不同溶劑萃取卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯的萃取率

2.2.2 萃取時間 從圖3可知，10 min、20 min、30 min、40 min和60 min超聲萃取時間對卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯的萃取率存在差異。10～40 min，隨著時間的增加對卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯的萃取率呈明顯遞增趨勢；40～60 min，隨著時間的增加卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯的萃取率變化趨勢不明顯。因此，選擇40 min為超聲萃取時間。

圖3 不同超聲時間的萃取率

2.3 方法的靈敏度與加標(biāo)回收率

經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜法對不同濃度三乙酸甘油酯準(zhǔn)溶液分析，得到其回歸方程為y=1.255 62x+11.200 8，相關(guān)系數(shù)(r)為0.999 7；方法的檢出限，三乙酸甘油酯的LOD和LOQ分別為0.08 μg/mL和0.15 μg/mL。表明，方法的靈敏度較高，滿足定量分析要求。經(jīng)加標(biāo)回收試驗，三乙酸甘油酯回收率為97.0%～101.5%，平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.6%～6.5%，同樣滿足定量要求。

2.4 不同類型卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯的含量

從表3可知，氣相色譜-質(zhì)譜法和標(biāo)準(zhǔn)法測定12個不同品牌卷煙醋纖濾棒中三乙酸甘油酯的含量差異不大，分別為5.93%～8.62%和5.89%～8.64%，相對偏差為0.01%～0.15%；氣相色譜-質(zhì)譜法和標(biāo)準(zhǔn)法稱樣量、萃取溶劑用量、萃取時間和分析時間分別為0.2 g和3.0 g、0.2 g和3.0 g、25.0 mL和100.0 mL、40.0 min和180.0 min、25.0 min和15.0 min(表4)，氣相色譜-質(zhì)譜法的稱樣量小、溶劑消耗量少、萃取時間短和檢測效率明顯提高。

表3 氣相色譜-質(zhì)譜法與標(biāo)準(zhǔn)法測定各類型卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯的含量

表4 氣相色譜-質(zhì)譜法與標(biāo)準(zhǔn)法的分析步驟比較

3 討論

三乙酸甘油酯含量對醋纖濾棒的理化指標(biāo)及卷煙煙氣中揮發(fā)酚類化合物的釋放量產(chǎn)生一定影響，其已作為濾棒質(zhì)量控制的主要指標(biāo)之一。目前，煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法[14]采用的GC-FID法，雖檢測限和定量限均能滿足檢測要求，但稱樣量、萃取溶劑用量和萃取時間方面上存在明顯不足，而基于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS)方法高效、靈敏，且已在多個領(lǐng)域廣泛使用，建立一種適用濾棒中的三乙酸甘油酯含量測定的新方法，以彌標(biāo)準(zhǔn)方法的缺點。何愛民[19]以異丙醇為溶劑，茴香腦為內(nèi)標(biāo)，采用HP-lMS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，建立適于卷煙煙氣總粒相物中三醋酸甘油酯的氣相色譜-質(zhì)譜分析方法，其線性范圍為較好，平均回收率為99.13%，RSD為0.83%。研究基于醋纖濾棒的理化特性，在樣品前處理、萃取溶劑、萃取時間、色譜柱和內(nèi)標(biāo)選擇等方面較何愛民[19]的方法進行了改進和優(yōu)化。研究結(jié)果表明，構(gòu)建的GC/MS測定卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯分析方法，優(yōu)化后選擇的色譜柱、萃取劑和超聲萃取時間分別為強極性TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、無水乙醇和40 min，選擇離子模式檢測，采用內(nèi)標(biāo)-正十七烷定量該方法測定醋酸纖維濾棒三乙酸甘油酯的線性關(guān)系良好，r為0.999 7；三乙酸甘油酯的檢出限LOD和定量限LOQ分別為0.08 μg/mL和0.15 μg/mL，加標(biāo)回收率為97.0%～101.5%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.6%～6.5%，其重復(fù)性較好和靈敏度較高；經(jīng)驗證試驗，氣相色譜-質(zhì)譜法和標(biāo)準(zhǔn)法測定12個不同品牌卷煙醋纖濾棒中三乙酸甘油酯含量差異不大，分別為5.93%～8.62%和5.89%～8.64%，相對偏差為0.01%～0.15%；與標(biāo)準(zhǔn)方法相比，具有樣品稱樣量小、溶劑消耗量少、萃取時間短和檢測效率高等優(yōu)點，更適于批量卷煙醋纖濾棒中三乙酸甘油酯含量的測定。

4 結(jié)論

內(nèi)標(biāo)-正十七烷和三乙酸甘油酯在強極性的TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱和中等極性DB-624(60 m×0.32 mm×1.8 μm)色譜柱上分離效果均較好，TG-WAXMS色譜柱出峰時間早，選擇強極性的TG-WAXMS作為分析柱，選擇無水乙醇作為萃取溶劑，超聲萃取40 min條件下，三乙酸甘油酯的萃取效率達最高，且趨于穩(wěn)定。構(gòu)建的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)測定卷煙醋纖濾棒三乙酸甘油酯分析方法，具有樣品稱樣量小、溶劑消耗量少、萃取時間短和檢測效率高等優(yōu)點，適于批量卷煙醋纖濾棒中三乙酸甘油酯含量的測定。