理論與實踐: UPLC法測定卷煙主流煙氣中B[a]P的濾嘴截留效率
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作者：鄭曉敏
苯并芘是一種含有5個環(huán)的稠環(huán)芳烴，具有多種同分異構(gòu)體，通常認(rèn)為苯并[a]芘具有強致癌性，國外的研究部門已將其列入包含44種煙氣有害成分的“霍夫曼清單”。濾嘴可以有效地濾除卷煙煙氣中的有害成分，準(zhǔn)確地測定卷煙濾嘴中截留的苯并[a]芘，能夠?qū)V嘴材料的選擇和卷煙減害提供依據(jù)，具有較大的參考價值。目前，煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T21130-2007采用氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-MS)測定卷煙主流煙氣中的苯并[a]芘，其前處理方法采用超聲
提取，過固相萃取小柱進行純化，工作繁瑣，易造成損失，回收率低，成本高。因此，，采用超高效液相色譜-熒光法對卷煙主流煙氣中苯并[a]芘的濾嘴截留進行了測定，獲得了較滿
意的結(jié)果。
1 材料與方法
1.1材料與儀器
1.1.1試劑
環(huán)己烷：色譜純，德國MERCK公司；乙腈：色譜純，美國Fisher公司。
1.1.2標(biāo)樣
苯并[a]芘標(biāo)品，購于Sigma公司，純度97%。
1.1.3儀器與設(shè)備
Acquity超高效液相色譜系統(tǒng)，帶有二元高壓梯度泵、自動進樣器、柱溫箱、熒光檢測器，以及Waters Empower 2.0數(shù)據(jù)處理工作站：美國Waters公司；RM20H轉(zhuǎn)盤式吸煙機：德國Borgwaldt-KC公司；KBF 115恒溫恒濕箱：德國Binder公司；XP 204分析天平：感量：0.1 mg，瑞士Mettler Toledo公司；MILLI-Q超純水制備儀：美國MILLIPORE公司；JHN-2型超聲波清洗器。
1.2處理與分析方法
按GB/T 5606.1-2004和GB/T 19609-2004挑選卷煙煙支，將挑選煙支和劍橋濾片在溫度22℃±2℃和相對濕度60%±5%下平衡48 h。經(jīng)質(zhì)量和吸咀測定，挑選平均質(zhì)量±0.02 g和平均吸阻±49 Pa/支的煙支作為抽吸煙支，用吸煙機在標(biāo)準(zhǔn)條件下抽吸，用劍橋濾片補集主流炯氣總粒相物。
將收集有20支卷煙的總粒相物濾片放入300 mL錐形瓶中，并準(zhǔn)確加入40 mL環(huán)己烷，超聲萃取40 min，靜置5 min后將萃取液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上蒸干，再用乙腈將殘渣溶解，轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶并定容至刻度，即可進行UPLC分析。
收集吸煙機截留下來的濾嘴（20支／組），去除煙蒂上殘留的煙錐，用剪刀縱向按十字型剪開成4等份，放入150 mL錐形瓶，并準(zhǔn)確加入50 mL環(huán)己烷，超聲萃取40 min，靜置5 min后將萃取液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上蒸干，再用乙腈將殘渣溶解，轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶并定容至刻度，即可進行UPLC分析。
色譜柱：Waters Acquity UPLC BEH C18色譜柱( 2.1 mm i.d．×50 mm，1.7 um)。流動相為乙腈(A) -水(B)，梯度洗脫，B[a]P的梯度洗脫程序如表1。熒光檢測器激發(fā)波長為365 nm，發(fā)射波長為410nm，色譜柱溫度為35℃，進樣量為2uL，流速為0.2mL/min，運行時間為10 min。
2結(jié)果與討論
2.1萃取溶劑的選擇
苯并[a]芘含有五個苯環(huán)，極性很小，故極性較小的溶劑如苯、氯仿、二氯甲烷、正已烷和環(huán)已烷都可將其從濾嘴中萃取出來。但苯的毒性較大，不宜作為萃取溶劑。氯仿和二氯甲烷會將濾嘴溶解，萃取液黏性較大，不利于后續(xù)試驗的進行，故氯仿和二氯甲烷也不宜作為萃取溶劑。綜合萃取效率、毒性等因素，試驗選擇環(huán)已烷作為萃取溶劑。
2.2萃取溶劑用量的選擇
抽吸5組同一品牌卷煙（每組取2個平行樣），收集每次截留下來的濾嘴，每份20支。分別加入40，50, 60，70和80 mL的環(huán)乙烷作為萃取劑。試驗表明，加入的溶劑太少，萃取將不完全。50 mL萃取液足以將濾嘴中截留的苯并[a]芘完全萃取出來且萃取效率最高。因此，從節(jié)省溶劑的角度來考慮，選擇50 mL為萃取液的最佳萃取體積。
2.3萃取時間的選擇
在室溫情況下，取相同等份卷煙抽吸后收集的濾嘴，每份20支。加入50 mL環(huán)己烷作為萃取劑，分別置于超聲波發(fā)生器內(nèi)超聲萃取20，30，40和50 min。結(jié)果表明，超聲20 min就足以將苯并[a]芘萃取完全。因此選擇萃取時間為20 min。
2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，定量限和檢出限
稱取20.4 mg苯并[a]芘標(biāo)準(zhǔn)品（精確到0.1 mg）于燒杯中，加入適量環(huán)己烷將其溶解，隨后將溶液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中定容至刻度，得標(biāo)準(zhǔn)儲備液。取1 mL標(biāo)準(zhǔn)儲備液于100 mL容量瓶中，用甲醇定容，作為一級標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取0.1，0.2，0.5，1和2 mL-級標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL的容量瓶中，用甲醇定容。取4 mL最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL的容量瓶中，用甲醇定容。配制成質(zhì)量濃度為2.04，4.08, 10.20, 20.40和40.80 ng/mL系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。以上溶液均放置在4 cC的冰箱中保存。對標(biāo)準(zhǔn)溶液進行UPLC分析，進樣量為2uL。
在色譜條件下測定苯并[a]芘標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。以苯并[a]芘質(zhì)量濃度(x，ng/mL)為橫坐標(biāo)，峰面積(y)為縱坐標(biāo)作圖，其線性方程為：y=1.947 9x+39 800，R=0.999 9。表明苯并[a]芘在1.02—40.80 ng/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。取最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)進樣10次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為檢出限，10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差為定量限，得出苯并[a]芘的最低檢出限為0.10 ng/g，定量限為0.36 ng/g。苯并[a]芘標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖，濾嘴中苯并[a]芘的超高液相色譜圖如圖1~圖2。
2.5重復(fù)性和精密度
在相同的條件下處理同一品牌的濾片和濾嘴樣品各10份，取樣進行UPLC分析，結(jié)果顯示，濾片和濾嘴相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別小于5.2%和6.9%。取同一濾片和濾嘴樣品進樣10次，結(jié)果表明，濾片中苯并[a]芘的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6.4%，濾嘴中苯并[a]芘的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6.8%。表明儀器的精密度良好。
2.6回收率
選取某種卷煙樣品，UPLC法測定捕集在濾片中和截留在濾嘴中的苯并[a]芘的含量，根據(jù)檢測所得濾片和濾嘴中苯并[a]芘的含量，分別依次加入高，中，低三個水平濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用相同的處理方法，然后計算苯并[a]芘的回收率。苯并[a]芘的回收率如表2。結(jié)果表明，濾片和濾嘴中的苯并[a]芘回收率在85.0%—94.3%之間，說明濾片和濾嘴中苯并[a]芘的測定準(zhǔn)確可靠。
2.7卷煙樣品濾嘴中的截留測定結(jié)果
選取6個樣品針對不同抽吸方案（ISO，馬薩諸塞州，加拿大）的截留效率進行了比較，如表3。結(jié)果表明，深度抽吸方式( Massachusetts，Canada)比標(biāo)準(zhǔn)抽吸方式( ISO)的截留率稍高；與ISO模式相比，隨著抽吸容量的增大，主流煙氣中苯并[a]芘的釋放量及在濾嘴中的截留量都相應(yīng)地增大，只是濾嘴中苯并[a]芘的變化因子比煙氣的要高，截留率相應(yīng)的要高一
些。而抽吸容量為55 mL與45 mL相比，無論主流煙氣中的釋放量還是濾嘴中的截留量，變化極小，經(jīng)計算得出，濾嘴對苯并[a]芘的在不同抽吸模式下的截留效率相當(dāng)。
抽取15種卷煙樣品，測定主流煙氣及濾嘴截留的苯并[a]芘含量，計算截留效率。表4顯示，大部分濾嘴的截留率在19.00/0—35.8%之間。只有復(fù)合濾嘴對苯并[a]芘的截留效率最高，可達44.00/0以上。
2.8與標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21130-2007測定結(jié)果的比較
考察了10個卷煙樣品，按照試驗方法與現(xiàn)行有效國標(biāo)GB/T 21130-2007氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-MS)結(jié)果進行了比較，具體如表5。
由表5可以看出，10個卷煙樣品的測定結(jié)果顯示：試驗方法與現(xiàn)行有效國標(biāo)GB/T 21130-2007氣相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法( GC-MS)結(jié)果基本相一致。
3結(jié)論
優(yōu)化了捕集在濾片中和濾嘴中截留的苯并[a]芘前處理方法，采用UPLC方法測定了卷煙主流煙氣截留在濾嘴中的苯并[a]芘含量。試驗證明，濾嘴對苯并[a]芘截留效率較大，某些普通濾嘴的截留效率達到了35.8%。選取的10個樣品所測得的截留效率與GC-MS方法的測定值基本相吻合。兩種方法的共同點是復(fù)合濾嘴的截留率比普通醋纖濾嘴要高，可能是由于復(fù)合濾嘴加入了特殊的添加劑，能夠選擇性地過濾苯并[a]芘，效果比普通濾嘴的好。
4摘要
為考察苯并[a]芘(B[a]P)的濾嘴截留效率(FEs)，建立了采用超高效液相色譜-熒光法(UPLC-FLD)測定濾嘴中苯并[a]芘截留量的方法。用環(huán)己烷萃取煙蒂濾嘴，萃取液蒸干后用乙腈溶解，采用超高效液相色譜分離，熒光檢測器檢測。復(fù)合濾嘴對苯并[a]芘的截留效率高于醋纖濾嘴。苯并[a]芘在1.02~40.80 ng/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)㈤為0 999 9。不同類型濾嘴中截留苯并[a]芘的回收率均在85.0%~94.3%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于7 5%，檢出限為0.10 ng/g。該方法具有快速、靈敏、簡便等優(yōu)點，適合于煙用苯并faJ芘(B[a]P)的濾嘴截留效率FEs)的測定。
