液液萃取/氣相色譜-質譜法結合自動解卷積-Kováts保留指數法定性分析電子煙液中的揮發性成分

史洪飛，徐伯芃，徐成鑫，權養科，周修齊，應耿迪

（1.南京警察學院 刑事科學技術學院，江蘇 南京 210023；2.公安部鑒定中心，北京 100038；3.南京市煙草公司六合分公司，江蘇 南京 211500）

電子煙是用于產生氣溶膠供人抽吸的電子傳送系統［1］。由于法律法規和國家標準的不完善，出現了口味眾多的調味電子煙，吸引著國內外未成年人的關注［2-3］。部分非法商家在電子煙中添加的香精香料成分未經嚴格檢驗［4-5］，加之電子煙中含有尼古丁、鄰苯二甲酸酯類化合物［6］、羰基物［7］、酚類化合物［8］等有害成分，給吸食者的身體健康帶來了較大危害［9-10］。2020 年1 月2 日，美國食品藥品監督管理局發布禁令，所有水果口味的霧化電子煙在美國全面禁售；我國國家煙草專賣局發布的《電子煙管理辦法》（自2022 年10 月1 日起施行）規定，禁止向未成年人出售電子煙產品，禁止銷售除煙草口味外的調味電子煙和可自行添加霧化物的電子煙。但由于缺少果味電子煙的檢測識別標準，監管存在一定困難。

果味煙液中的香氣成分可依據香氣環渡理論和香韻輻成環理論［11-14］，歸為果香、花香、木香、豆香、青香、焦香、辛香、乳香等香韻。果味煙液多以果香和花香香韻化合物為主香成分，青香、花香、木香和豆香等香韻化合物作為變調劑。主香成分僅同時存在于此種或此類煙液中，可用于識別果味煙液的果味類型。

目前，有文獻基于頂空-固相微萃取-氣相色譜質譜聯用［15-16］、動態捕集針-氣相色譜質譜聯用［17］、溶劑萃取-氣相色譜質譜聯用［18］、溶劑萃取-氣相色譜質譜聯用結合氣相色譜離子遷移譜［19］、頂空-氣相色譜離子遷移譜聯用［20-21］建立了果味電子煙液中揮發性香氣成分的檢測方法，結合揮發性香氣成分的香氣特征，實現了部分口味果味電子煙的檢測識別。但上述方法存在前處理過程復雜、樣品用量大（動態捕集針法使用1 g 煙液，頂空-固相微萃取法使用4 mL 煙液）、樣品分析時間長（儀器分析時間均在70 min 以上）等不足。解卷積是一種在色譜-質譜分析過程中通過提取各組分的質譜碎片種類和豐度信息，有效識別低濃度組分和共流出組分的數據分析方法，將其與Kováts 保留指數聯用能夠提高定性分析的準確性，縮短分析時間。該方法已被廣泛應用于香氣成分分析、農殘檢測和毒物毒品分析等領域［22-23］。

本研究基于液液萃取/氣相色譜-質譜法結合自動解卷積-Kováts保留指數法建立了電子煙液中揮發性成分的檢測方法，對42 顆21 種口味的果味電子煙和20 顆10 種煙草味電子煙的香氣成分進行定性分析。通過分析果味煙液和煙草味煙液的香韻構成和差異，明確果味煙液的特征香氣成分，建立了果味煙液和煙草味煙液的分辨方法及煙液果味類型的識別方法，旨在為果味電子煙液的檢驗識別提供參考。

1 實驗部分

1.1 試劑與材料

乙醚、乙酸乙酯（分析純，南京化學試劑股份有限公司）；甲醇（色譜純，美國 Thermo Fisher 公司）；C7～C40正構烷烴混合標準品（天津阿爾塔科技有限公司）。

5 個品牌的2 mL 果味電子煙煙彈（21 種口味：草莓、藍莓、黑加侖、混合莓果、青提、葡萄、櫻桃、青梅綠茶、番石榴、荔枝、芒果、菠蘿、椰子、青蘋果、桃、梨、檸檬、橘子、柚子、西瓜、哈密瓜，每種口味采購2種品牌，共42顆）；10種符合國家標準規定的煙草口味電子煙煙彈（3種溪煙、4種山烤、1種巖烤、1種瀑煙、1種津巴煙草口味，每種采購2顆，共20顆）。

1.2 儀器與設備

Agilent 7890A-5975C 氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent 公司）；Lab Dancer 渦旋振蕩儀（德國IKA公司）；Pico17 微量高速離心機（美國Thermo Fisher 公司）；Milli-Q IQ 超純水制備系統（德國 Merck Millipore 公司）。

1.3 實驗條件

1.3.1 樣品前處理條件移取50 μL 煙液于2 mL 離心試管中，加入1 mL 乙醚，渦旋振蕩5 min，以10 000 r/min離心3 min，取上清液于1.5 mL進樣瓶中待測。

1.3.2 檢測條件色譜柱：DB-5MS 毛細管色譜柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；載氣：He；流速：1 mL/min；進樣量：1 μL；進樣方式：20∶1 分流進樣；進樣口溫度：250 ℃；升溫程序：100 ℃保持1.5 min，以15 ℃/min升溫至200 ℃，保持3 min，再以20 ℃/min升溫至280 ℃，保持1 min。

傳輸線溫度：250 ℃；電離方式：EI；電離能量：70 eV；離子源溫度：230 ℃；四極桿溫度：150 ℃；溶劑延遲：2 min；采集方式：全掃描模式；質量掃描范圍：m/z40～500。

1.3.3 數據分析方法利用Agilent MassHunter Workstation Quantitative Analysis 未知物分析軟件，采用解卷積的數據分析方法從總離子流圖（TIC）中識別色譜峰，并檢索NIST17 數據庫，最小匹配系數為75；參照“1.3.2”的條件檢測C7～C40正構烷烴混合標準品，參照公式（1）計算化合物的保留指數，對照NIST17 數據庫中的保留指數，計算保留指數的相對誤差。若保留指數的相對誤差小于3%，則確認檢出該物質；若保留指數的相對誤差大于3%，則利用MSD Chemstation 軟件手動匹配識別，對新匹配結果重新計算保留指數，若保留指數的相對誤差小于3%則確認檢出該物質，若保留指數的相對誤差仍大于3%則需對該組分進一步分析。將煙液中檢出的香氣成分對照“2.3.2”中總結的各類果味煙液特征香氣成分，判斷該電子煙煙液是否為果味電子煙煙液，并識別煙液的果味類型。

式中：I為待測組分的保留系數；ti為待測組分的保留時間（min）；tn為具有n個碳原子的正構烷烴的保留時間（min）；tn+1為具有n+1個碳原子的正構烷烴的保留時間（min）。

2 結果與討論

2.1 提取溶劑的選擇

煙液的基質溶劑主要為丙三醇和丙二醇。分別考察了甲醇、乙酸乙酯、乙醚提取，以及0.5 mL水溶解后1 mL乙醚提取4種方法對混合莓果味電子煙液中揮發性香氣成分的提取效果，按照“1.3.2”條件進行檢測，結果見圖1。利用自動解卷積法在上述4 種方法提取的樣品中分別識別出28 種、30 種、30種和12種組分；檢索NIST17數據庫結合保留指數進行化合物識別，分別檢出14種、21種、26種和8種成分。從TIC圖的響應強度和解卷積的化合物識別結果可知，以甲醇、乙酸乙酯為提取溶劑時樣品中的丙三醇分別在2.41～4.01 min、2.41～3.75 min 出現了色譜峰過載現象，不利于該時間段內流出組分的定性分析；而以乙醚提取時，有效減弱了樣品中丙三醇對其他組分識別的干擾，因此選擇乙醚為提取溶劑。

圖1 4種提取溶劑提取所得電子煙液的總離子流圖Fig.1 Total ion chromatograms（TIC） of e-liquid extracted by four extraction solvents

2.2 數據處理方法對香氣成分識別的影響

參照“1.3”方法對20顆10種煙草味煙彈和42顆21種口味的果味煙彈中的煙液進行提取檢測。

2.2.1 解卷積法對物質確證分析的影響為縮短樣品分析時間，提升檢測效率，本方法設定了較高的程序升溫速率，導致多個組分發生共流出現象。解卷積法通過提取共流出色譜峰中的碎片離子后重新組合，對共流出組分有良好的分辨識別能力。例如，葡萄味煙液樣品中的共流出組分D-檸檬烯和苯甲醇，通過解卷積法可實現有效識別，譜庫匹配度分別為81 和92，識別結果見圖2A。番石榴味煙液樣品中γ-癸內酯和肉桂酸乙酯的保留時間接近，解卷積法可有效地將濃度較低的γ-癸內酯從肉桂酸乙酯中識別出來，γ-癸內酯的譜庫匹配度為91，識別結果見圖2B。

圖2 解卷積法識別共流出組分的色譜圖Fig.2 Chromatograms of co-eluting components identified by deconvolution method

為簡化樣品提取過程，減少樣品用量，本方法利用溶劑提取后直接進樣分析，但部分香氣成分的響應較低。解卷積法能夠有效區分背景離子和目標組分的碎片離子，實現低響應組分的準確識別。例如，荔枝味煙液樣品中玫瑰醚、麥芽酚和苯乙醇的濃度較低，且存在共流出現象，從總離子流圖中無法分辨出上述3種成分。而通過解卷積法實現了有效識別，三者的譜庫匹配度分別為77、78和83，識別結果見圖3。

圖3 解卷積法識別低含量組分的色譜圖Fig.3 Chromatograms of low-content components identified by deconvolution method

2.2.2 Kováts 保留指數對成分確證分析的影響Kováts保留指數能實現質譜碎片離子種類和豐度相同、保留時間不同的3 組立體異構體（Z-檸檬醛和E-檸檬醛、α-紫羅蘭酮和β-紫羅蘭酮、α-蒎烯和β-蒎烯）的分辨。此外，解卷積法識別化合物時易出現該組分同系物匹配度較高的情況，通過Kováts保留指數可以檢驗解卷積法的識別結果，提升化合物的定性準確度。例如，椰子味煙液中保留時間6.17 min 的組分，解卷積譜庫匹配結果為γ-辛內酯，匹配度為88，保留指數為1 393，與譜庫保留指數（1 288）的相對誤差大于3%；采用手動匹配，匹配結果為δ-壬內酯，匹配度為85，與譜庫保留指數（1 404）的相對誤差小于3%，判定該組分為δ-壬內酯。

2.3 電子煙液香氣成分分析

煙草味煙液中檢出的15 種成分見表1，果味煙液中檢出的80 種成分見表2，共計84 種成分的色譜保留、質譜碎片離子以及Flavor Ingredient Library 和Flavornet 數據庫中的香氣特征及香韻類型信息見表3。依據不同果味煙液中香氣成分的檢出情況和香氣特征［24-36］，確定果味和煙草味電子煙液的香韻構成差異，以及不同果味煙液的特征香氣成分。

表1 10種煙草口味煙液中揮發性成分的檢出情況Table 1 Volatile components detected in 10 tobacco flavored e-liquids

表2 21種果味煙液中揮發性成分的檢出情況Table 2 Volatile components detected in 21 fruit flavored e-liquids

表3 果味和煙草味煙液中84種揮發性成分的色譜保留時間、保留指數、質譜碎片離子、香氣特征及香韻類型Table 3 Retention times，retention indexes，MS fragmentation ions，aroma characteristics and fragrance types of 84 volatile components in fruit and tobacco flavored e-liquids

2.3.1 煙草味和果味電子煙液香韻構成的差異煙草味煙液中檢出15種成分，包括尼古丁、2種涼味劑（WS-23、WS-3）、1 種甜味劑（乙基麥芽酚）、1 種防腐劑（苯甲酸）和10 種香氣成分。10 種香氣成分可歸為豆香、花香、果香和焦香4種香韻：豆香香韻成分5種、花香香韻成分2種、果香香韻成分2種、焦香香韻成分1 種。結果顯示，符合國標規定的煙草味煙液的香氣成分種類較少，以豆香和焦香成分為主，甜味劑和涼味劑的添加種類和添加量較少。

果味煙液中檢出80種成分，包括尼古丁、3種涼味劑（L-薄荷醇、WS-23、WS-3）、2種甜味劑（麥芽酚、乙基麥芽酚）、1 種防腐劑（苯甲酸）和73 種香氣成分。73 種香氣成分可歸為果香、花香、木香、豆香、青香、焦香、辛香和乳香8 種香韻：果香香韻成分43 種、花香香韻成分13 種、木香香韻成分5種、豆香香韻成分3 種、青香香韻成分3 種、焦香香韻成分2 種、辛香香韻成分2 種、乳香香韻成分2種。結果顯示，果味煙液的香氣成分種類較多，以果香和花香香韻成分為主，甜味劑和涼味劑的添加種類和添加量較多。

2.3.2 果味電子煙液的特征香氣成分依據表2 實驗數據，總結16 類果味電子煙的特征香氣成分（見圖4）。草莓醛和肉桂酸甲酯僅在草莓味煙液中同時檢出，與草莓的香氣特征相似，為此類煙液的特征香氣成分；藍莓、黑加侖、混合莓果味煙液的檢出成分相似，將三者歸為一類，覆盆子酮、α-紫羅蘭酮、β-紫羅蘭酮僅在此類煙液中同時檢出，且與藍莓、黑加侖等莓果的香氣特征相似，為此類煙液的特征香氣成分。參照上述方法，鄰氨基苯甲酸甲酯和2-甲氨基苯甲酸甲酯為青提、葡萄味煙液的特征香氣成分；α-松油醇、γ-松油醇、D-檸檬烯、E-檸檬醛和Z-檸檬醛等萜烯類成分為檸檬、橘子、柚子味煙液的特征香氣成分；鳳梨醛和菠蘿酯為菠蘿煙液的特征香氣成分；椰子醛和6-甲基香豆素為椰子煙液的特征香氣成分；β-二氫大馬酮、乙酸己酯、丁酸己酯和異戊酸異戊酯為蘋果煙液的特征香氣成分；γ-己內酯、γ-辛內酯、γ-癸內酯、δ-癸內酯和桃醛為桃子煙液的特征香氣成分；己酸葉醇酯、乙酸己酯為梨煙液的特征香氣成分；西瓜醛為西瓜煙液的特征香氣成分；兔耳草醛為哈密瓜煙液的特征香氣成分；乙酸肉桂酯和肉桂酸甲酯為番石榴煙液的特征香氣成分；肉桂醛、肉桂酸乙酯、苯甲醛丙二醇縮醛和肉桂酸甲酯為櫻桃煙液的特征香氣成分；乙酸葉醇酯、丁酸葉醇酯和丁酸二甲基芐基原酯為青梅綠茶煙液的特征香氣成分；玫瑰醚、香茅醇和香葉醇為荔枝煙液的特征香氣成分；γ-辛內酯、己酸己酯、γ-癸內酯和芒果酮為芒果煙液的特征香氣成分。

圖4 不同果味電子煙液的特征香氣成分Fig.4 Characteristic aroma components of different fruit flavored e-liquids

2.4 隨機驗證實驗

以學校鑒定中心送檢的26 顆果味電子煙和方法建立使用的20 顆煙草口味電子煙、42 顆果味電子煙為隨機驗證樣本，選取8 名實驗員，每人隨機抽取8 顆果味和5 顆煙草味電子煙煙彈，進行提取檢測。結果顯示，對照“2.3.2”中各類果味煙液的特征香氣成分圖均能準確識別果味煙液的果味類型。

3 結 論

本文優化并建立了基于液液萃取/氣相色譜-質譜法結合自動解卷積-Kováts保留指數的果味煙液和煙草味煙液中香氣成分的檢測方法。利用自動解卷積-Kováts保留指數的數據分析方法實現了低濃度和共流出組分的定性分析。依據不同果味煙液中香氣成分的檢出情況和香氣特征，確定煙草味和果味電子煙液香韻構成的差異，推斷不同果味煙液的特征香氣成分，進而有效分辨煙草味和果味電子煙液，并成功識別果味電子煙液類型。上述方法可應用于非法銷售調味電子煙案件中果味電子煙液的檢驗鑒定，為果味電子煙液的檢驗識別和監管提供了技術支撐。