HPLC-MS/MS法測定煙用接裝紙中的六價鉻含量

韓維岐，王 洋，谷超林，朱良華，金 哲

（吉林煙草工業有限責任公司技術研發中心，長春 130031）

煙用接裝紙是煙支濾嘴最外層的包裝紙，主要起到連接濾嘴與煙支的作用。隨著時代的發展，人們賦予它更多的職能，如美觀、標識等，工藝更加復雜，加工過程中需加入各種助劑和印刷油墨等。加上環境因素，導致接裝紙中含有痕量的重金屬，其中就包括六價鉻［1-3］。六價鉻具有高毒性，吸入會引起腎炎、貧血、神經炎等疾病，具有強致癌性［4-6］。在卷煙抽吸過程中，接裝紙直接與口腔接觸，其中含有的六價鉻可能會遷移至體內，對人體造成傷害，因此，準確測定接裝紙中六價鉻含量對卷煙危害性評價有重要意義。目前，六價鉻檢測方法主要有原子吸收光譜法、分光光度法、熒光分析法、電感耦合等離子體質譜法、離子色譜法、高效液相色譜法、連續流動法等［5，7-12］，現行行業標準方法［2］前處理過程中需數次轉移樣品，前處理步驟較多，操作繁瑣，檢測效率低、檢出限高。在煙用材料六價鉻的檢測研究中，使用高效液相色譜-串聯質譜（HPLC-MS/MS）法檢測卻鮮有提及。本研究將煙用接裝紙樣品超聲萃取，直接用HPLC-MS/MS檢測其六價鉻含量，該方法前處理簡單快速，檢出限低，結果準確性高，旨在為煙用接裝紙中六價鉻含量的準確測定提供一種新的解決方案。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

儀器：HY-8A型數顯調速多用振蕩器，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；DU-14型超聲儀，英國Clifton公司；Milli-Q10型純水儀，美國Millipore公司；ORION STAR A214型pH計，美國Thermo科技公司；Agilent 6410B型三重四級桿質譜、Agilent 1290型高效液相色譜，美國安捷倫公司；Astoria-305D型連續流動分析儀（配有540 nm濾光片），美國API公司。

試劑：乙酸（色譜純）、甲醇（色譜純）、乙腈（色譜純），美國fisher公司；六價鉻標準溶液（1 000μg/mL），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；去離子水（電阻率18.2 MΩ·cm）。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備 將煙用接裝紙樣品剪成0.5 cm×0.5 cm的碎片，混勻，稱取2 g（精確至0.000 1 g）于50 mL三角瓶中，用于萃取試驗。

1.2.2 色譜條件的確定 采用ZORBAX Eclipse Plus C18色譜柱（2.1 mm×50.0 mm，1.8μm）；柱溫30℃；進樣量10μL；等梯度洗脫；運行時間3 min，后運行1 min。對其他色譜條件進行篩選。

1）流動相的選擇。高效液相色譜-串聯質譜法常用的流動水相為高純水、乙酸銨溶液、乙酸溶液、甲酸溶液和氨水溶液；常用的流動有機相為甲醇和乙腈。對濃度為1.0 mg/L的六價鉻標準溶液進樣，先固定有機相為甲醇，后分別對流動水相高純水、10 mmol/L乙酸銨、0.1%乙酸、0.2%乙酸、0.1%甲酸、0.1%氨水進行篩選分析。

2）流動相比例優化。根據上一步確定的流動相，對濃度為1.0 mg/L的六價鉻標準溶液進樣，流動相配比分別為0∶100、50∶50、60∶40、70∶30、80∶20、90∶10，對不同的流動相比例進行分析。

3）流速優化。根據優化的流動相比例，分別對不同流速0.1、0.2、0.3、0.4 mL/min進行分析。

1.2.3 質譜條件 離子源為電噴霧離子源（ESI），掃描模式為負離子模式，檢測模式為多重反應監測模式（MRM），碎裂電壓為110 V，碰撞能（CE）為30 eV，干燥氣流量為3.0 L/min，干燥氣溫度為300℃，霧化器壓力為0.1 MPa，毛細管電壓為3 000 V。

4）目標離子確認。六價鉻在水溶液中主要以鉻酸根（CrO42-）形式存在，分別掃描空白樣品和濃度為1.0 mg/L的六價鉻標準溶液，通過二者掃描譜對比、確認。

1.2.4 標準曲線 用移液槍準確移取1 mL濃度為1 000μg/mL的六價鉻標準溶液于100 mL容量瓶中，用去離子水定容，得到濃度為10μg/mL的一級標準儲備液，再移取1 mL一級標準儲備液于另1個100 mL容量瓶中，用去離子水定容，得到濃度為100μg/L的二級標準儲備液，再分別移取0.5、1、2、5、10、20 mL二級標準儲備液于100 mL容量瓶中，用去離子水定容，得到濃度為0.5、1、2、5、10、20μg/L的標準工作溶液，按照上述優化后的分析條件上機檢測，對峰面積進行外標法作圖。

1.2.5 萃取條件的確定

1）樣品萃取液pH選擇。取4份樣品，各加入20 mL pH分別為6.0、7.0、8.0、9.0的萃取液（萃取液為去離子水中加入乙酸或氨水調節pH至目標值），超聲萃取30 min。各取適量萃取液用0.22μm水相濾膜過濾至色譜瓶中，按照“1.2.2”的色譜條件和“1.2.3”質譜條件，測定六價鉻的含量。

2）萃取方式的選擇。取3份樣品，加入20 mL萃取液（調節pH至上述試驗確定的目標值），分別以浸泡、振蕩（180～200 r/min）、超聲3種方式各萃取30 min。各取適量萃取液用0.22μm水相濾膜過濾至色譜瓶中，按照“1.2.2”的色譜條件和“1.2.3”質譜條件，測定六價鉻含量，選擇合適的萃取方式。

3）萃取時間的選擇。根據以上確定的萃取條件，取6份樣品，加入20 mL的萃取液，按照上述確定的萃取方式，分別萃取15、30、45、60、90、120 min。各取適量萃取液用0.22μm水相濾膜過濾至色譜瓶中，測定其中六價鉻含量，選擇合適的萃取時間。

1.2.6 六價鉻含量測定 按“1.2.1”方法制備樣品，然后按照“1.2.5”萃取條件萃取樣品，取適量上層萃取液用0.22μm水相濾膜過濾至色譜瓶中，置于儀器中按照篩選的色譜條件和質譜條件，測定樣品中的六價鉻含量。

1.2.7 精密度與回收率試驗 移取濃度為10μg/mL的一級標準儲備液2 mL于100 mL容量瓶中，用萃取液定容得到濃度為200μg/L的標準溶液，按照“1.2.1”步驟制備相同接裝紙樣品3份，再分別向樣品中加入0.10、0.15、0.20 mL濃度為200μg/L的標準溶液，按照“1.2.6”試驗步驟進行測定，分別在1.00、1.50、2.00μg/L 3個濃度水平上進行加標回收試驗，每個濃度平行測定6次考察方法精密度。

2 結果與分析

2.1 目標離子確認

通過六價鉻溶液與空白樣品的掃描譜對比（圖1），結合六價鉻在水溶液中的存在形式［主要以鉻酸根（CrO4

圖1 掃描譜

2-）形式存在］，可以確認目標母離子為117.1。對母離子施加一定的碎裂電壓將其打碎，根據所得子離子譜（圖2）以確認目標子離子為100.1。

圖2 子離子譜

2.2 流動相的選擇

按照“1.2.2”色譜條件對濃度為1.0 mg/L的六價鉻標準溶液進樣，分別對不同流動水相進行了分析，結果見圖3。從圖3可以看出，其他條件一致時，0.1%和0.2%體積分數的乙酸水溶液比其他幾種流動相的效果要好，從成本角度考慮，試驗采用0.1%體積分數的乙酸水溶液作為流動相水相。對甲醇和乙腈分別作為有機相進行了考察，結果顯示，乙腈作為流動相時出現多峰、連峰的情況，不適宜作為本研究的流動相。因此，本研究的流動相選定為0.1%乙酸（體積分數）和甲醇。

圖3 不同流動水相峰面積結果

2.3 流動相比例優化

為了使目標物響應值盡可能大，達到最佳檢測效果，按照“1.2.2”色譜條件”，流動相選定為0.1%乙酸（體積分數）和甲醇，對不同配比的流動相進行測定，結果見圖4。從圖4可以看出，隨著水相比例的增加，目標物響應值增大，峰形也越來越好，考慮到色譜柱的耐受性，采用A∶B=90∶10的方案。

圖4 不同流動相比例的目標峰

2.4 流速優化

為了確定最佳流速，對濃度為1.0 mg/L的六價鉻標準溶液進樣測定。按照已經確定的色譜條件，測定不同流速0.1、0.2、0.3、0.4 mL/min下的樣品溶液響應情況，結果見圖5。由圖5可以看出，流速為0.2 mL/min時，目標峰的響應最好，故選擇流速為0.2 mL/min。

圖5 不同流速樣品響應情況

2.5 樣品萃取液p H選擇

按照確定的“1.2.2”色譜條件，各取適量萃取液用0.22μm水相濾膜過濾至色譜瓶中，測定其中六價鉻的含量，結果見圖6。從圖6可以看出，萃取液pH對六價鉻測定結果有一定的影響，在萃取液pH為8.0時，可以達到最佳萃取效果。因此，本研究選擇pH 8.0的氨水溶液作為萃取液。

圖6 萃取液p H對結果的影響

2.6 萃取方式的選擇

取3份萃取樣品，加入20 mL pH 8.0的氨水萃取液，分別以浸泡、振蕩（180～200 r/min）、超聲3種方式各萃取30 min。各取適量萃取液用0.22μm水相濾膜過濾至色譜瓶中，按照確定的“1.2.2”色譜條件，測定其中六價鉻的含量，結果見圖7。從圖7可以看出，同等試驗條件下，超聲萃取效果要比振蕩和浸泡好，因此，試驗采用超聲萃取的方式。

圖7 萃取方式對結果的影響

2.7 萃取時間的選擇

取6份萃取樣品，加入20 mL pH 8.0的氨水萃取液，分別超聲萃取15、30、45、60、90、120 min。各取適量萃取液用0.22μm水相濾膜過濾至色譜瓶中，按照“1.2.2”確定的色譜條件，測定其中六價鉻的含量，結果見圖8。從圖8可以看出，開始時測定含量隨著萃取時間的增加而增加，但當萃取時間增加到30 min，即達到最佳萃取效果后，測定含量隨時間增加變化不大，因此，試驗采用超聲萃取30 min。

圖8 萃取時間對結果的影響

2.8 標準曲線與檢出限

按照“1.2.4”方法，得到標準曲線（圖9）Y=208.762 6X-65.055 6，相關系數R2=0.999 8。將標準溶液逐級稀釋，以3倍信噪比所對應濃度為檢出限，檢出限為3μg/kg。

圖9 標準曲線

2.9 精密度與回收率

按照“1.2.7”所述操作考察方法精密度與回收率，測定結果見表1。從表1可以看出，該方法精密度和回收率均滿足痕量分析要求。峰形，且目標峰具有很高的辨識度，干擾峰少。現行行業標準方法前處理較為繁瑣，效率偏低，從表2可以看出，本研究方法有著更高的檢測靈敏度、更低的檢出限，具有更加簡單快速的優點。

表1 精密度與回收率結果（n=6）

2.10 樣品測定與對比

按照“1.2.6”方法，分別對5個不同牌號煙用接裝紙中的六價鉻含量進行了測定（圖10），并與現行行業標準方法［2］進行了對比，結果見表2。

表2 煙用接裝紙樣品Cr（Ⅵ）測定結果（單位：μg/kg）

圖10 典型樣品譜

從圖10可以看出，該方法檢測結果具有很好的

3 小結

本研究結果表明，在水溶液中六價鉻母離子質荷比為117.1，母離子被打碎后的子離子質荷比為100.1。在pH為8.0的條件下，超聲萃取30 min可以對接裝紙樣品中的六價鉻獲得最好的提取效果。使用0.1%體積分數的乙酸水溶液和甲醇作為流動相，二者比例為90∶10，流速為0.2 mL/min時可以取得最好的分離效果。對碎裂電壓在70～150 V、碰撞能10～50 eV進行了考察，結果表明碎裂電壓為110 V、碰撞能為30 eV時有最好的響應。在與行標進行對比檢測的結果中可以看出，本方法的靈敏度較高。從對樣品的檢測結果來看，煙用接裝紙中六價鉻的含量低。

本研究建立了煙用接裝紙中六價鉻的HPLC-MS/MS測定方法。采用pH 8.0的氨水溶液超聲萃取樣品，過濾后直接檢測。與現行行業標準方法相比，前處理更加簡單、快速，檢測靈敏度更高，檢出限更低，穩定性更好。本方法具有良好的精密度和回收率，簡單、準確、靈敏，適用于煙用接裝紙中六價鉻含量的測定。