離子色譜法同時測定卷煙紙中六種陽離子

陳 謙，邱建華，李國政，孟祥士，王紅霞，黃 沛，艾 丹，馬 燕

(河南中煙工業有限責任公司技術中心，河南 鄭州 450000)

卷煙紙是卷煙的重要組成部分，它的特性對卷煙煙支的燃燒性、吸味和主流煙氣中有害成分釋放量等均有一定影響。碳酸鈣是卷煙紙中常用的填料，碳酸鈣的添加能有效改善紙張的均勻度、提高不透明度和手感[1-2]。鎂鹽可部分替代碳酸鈣，研究表明[3-4]在碳酸鈣中混入部分鎂鹽所制成的卷煙紙熱解溫度降低，卷煙燃燒狀態因此改變，卷煙主流煙氣中總粒相物、焦油、煙堿和一氧化碳整體降低。鉀鹽和鈉鹽作為卷煙紙常用的助燃劑，對煙支燃燒和包灰性能具有較好的改善作用[5]。鋰鹽有助于卷煙紙透氣度的提高。磷酸二氫銨作為灰分調節劑，通常用于改善煙灰的外部特征，而磷酸二氫銨中引入的銨離子，有可能進入主流煙氣影響主流煙氣中氨的含量。因此，準確測定卷煙紙中的鈉、鉀、鎂、鈣、鋰和氨離子含量，對于監控卷煙紙的質量和提高卷煙的品質具有重要意義。

紙制品中鈉、鉀、鎂、鈣、鋰等元素的測定方法主要有原子吸收光譜法、火焰分光光度法等原子光譜法。這些方法中火焰分光光度法靈敏度較低，原子吸收光譜法線性范圍較窄且每次只能測定一種元素，并且，這些原子光譜方法不能測定氨離子。目前，用離子色譜法測定卷煙紙中鈉、鉀、鎂、鈣含量已有報道[6-7]。但是關于卷煙紙中鋰、鈉、氨、鉀、鎂、鈣六種陽離子同時測定的方法，還沒有相關文獻報道。

本工作采用離子色譜法測定卷煙紙中鋰、鈉、氨、鉀、鎂和鈣六種陽離子，結果表明：該方法具有快速、重復性好、靈敏度高等優點，可滿足卷煙紙質量控制中六種陽離子分析的要求。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

ICS3000離子色譜儀(配電導檢測器、自動進樣器、自動淋洗液發生器甲烷磺酸(MSA)罐和Chromeleon色譜工作站),美國DIONEX公司；IonPac CSl2A陽離子分析柱(4 mm×250 mm)和Ionpac CGl2A陽離子保護柱(4 mm×50 mm)；Milli Q超純水儀,美國Millipore公司； CP 224S電子天平,北京賽多利斯儀器系統有限公司；振蕩器(HY-5)；超聲波清洗器,江蘇省昆山市超聲儀器有限公司。

鈉標準溶液[GSB 04-1738-2004，1000 μg/mL]，鉀標準溶液[GSB 04-1733-2004，1000 μg/mL]，鎂標準溶液[GSB 04-1735-2004，1000 μg/mL]，鈣標準溶液[GSB 04-1720-2004，1000 μg/mL]，鋰標準溶液[GSB 04-1734-2004，1000 μg/mL]，氨標準溶液[GSB 04-2831-2011，1000 μg/mL]。

1.2 色譜工作條件

色譜柱：Dionex IonPac CSl2A(4 mm×250 mm)；保護柱：Dionex IonPac CGl2A(4 mm×50 mm)；淋洗液：MSA；濃度：20 mmol/L；流速：1.0 mL/min；進樣量：25 μL；采集時間：20 min；洗脫方式：等度；檢測器：電導檢測器；抑制器：CSRS-II；電流：59 mA。

1.3 標準曲線的配制

分別移取不同體積的標準溶液于50 mL容量瓶中，超純水定容至刻度線，搖勻，配制成不同濃度的混合標準溶液。6種陽離子的濃度范圍分別為：鋰0.02～0.5 μg/mL，鈉2～50 μg/mL，氨0.02～0.5 μg/mL，鉀2～50 μg/mL，鎂0.2～5 μg/mL，鈣20～500 μg/mL。

1.4 樣品前處理與分析

準確稱取0.100 g(精確至0.001 g) 卷煙紙樣品，置于100 mL塑料錐形瓶中，準確加入 50 mL 20 mmol/L鹽酸，于室溫下振蕩萃取40 min。將萃取液經0.45 μm水系濾膜過濾后移入進樣管中，按色譜工作條件進行分析。

2 結果與討論

2.1 萃取條件的優化

2.1.1 萃取劑的選擇

圖1 萃取溶劑對測定結果的影響Fig.1 Effects of extraction solvents on contents of six cations

2.1.2 萃取液體積的選擇

圖2 萃取液體積對測定結果的影響Fig.2 Effects of extraction volume on contents of six cations

稱取0.100 g卷煙紙，分別用不同體積萃取液進行萃取，試驗發現，鹽酸用量小，離子提取不完全，用量大則導致提取液中的離子濃度降低，色譜峰面積減小。在一定范圍內，離子峰面積隨鹽酸用量的增加而增大，但增幅較小，當鹽酸用量為50 mL時，離子峰面積最大，提取效果最好，因此選用50 mL提取劑。

2.1.3 萃取時間的選擇

圖3 萃取時間對測定結果的影響Fig.3 Effects of extraction time on determination results

2.2 標準曲線及檢出限

將配制好的混合標準溶液按試驗方法進行測定，并對各離子的峰面積和其濃度進行回歸分析，建立工作曲線，將最低濃度的標準工作溶液連續進樣10次，計算結果的標準偏差，以3倍的標準偏差作為各離子的檢出限。各離子的線性回歸方程、相關系數和檢出限見表1所示。

圖4 標準樣品圖和實際樣品離子色譜圖Fig.4 Chromatograms of standard sample and cigarette paper sample

表1 6種離子的回歸方程、相關系數和檢出限Table 1 Regression equation, correlation coefficient and detection limit of six cations

由表1可知，6種陽離子的相關性系數范圍為0.9992～0.9999，方法的檢出限范圍為0.0090～0.0722 μg/mL之間，說明方法線性良好，檢出限能滿足測定需要。

2.3 方法回收率

按試驗方法對卷煙紙樣品溶液進行測定，并做加標回收試驗。準確稱取已知各離子含量的卷煙紙樣品，分別添加低、中、高 3 個不同濃度的標準溶液，按照1.4的方法處理樣品，進行色譜分析，各離子的加標回收率見表2所示。

表2 六種陽離子回收率Table 2 Recoveries of six cations

由表2可知，方法在低中高三個濃度加標，回收率在96.9%～101.2%之間，說明方法準確性良好，能滿足樣品測定需要。

2.4 實際樣品測定結果

表3 不同樣品中6種陽離子含量Table 3 Contents of six cations in different samples

3 結 論

本研究建立了離子色譜法同時檢測卷煙紙中六種陽離子的方法，優化了樣品的前處理條件，實現了卷煙紙中六種陽離子的完全、快速分離。該方法前處理簡單，試劑消耗量小，分析效率高，非常適合大批量卷煙紙樣品中這六種陽離子的分析。