張霞，朱東來，韓熠，雷萍，楊光宇，鞏效偉，李壽波，段沅杏，韓敬美，陳永寬

新型煙草制品研究所，云南中煙技術(shù)中心，昆明，650231

GC-TEA法測(cè)定卷煙主流煙氣TSNAs前處理方法的改進(jìn)

張霞，朱東來，韓熠，雷萍，楊光宇，鞏效偉，李壽波，段沅杏，韓敬美，陳永寬

新型煙草制品研究所，云南中煙技術(shù)中心，昆明，650231

為改進(jìn)氣相色譜-熱能分析聯(lián)用法（GC-TEA）法測(cè)定卷煙主流煙氣TSNAs的前處理方法，依托改良的索氏提取器將原方法中的提取、濃縮、柱層析凈化、再濃縮四步有機(jī)結(jié)合，然后對(duì)卷煙主流煙氣中的TSNAs進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明：①在10～ 4000 ng/mL的濃度范圍內(nèi)，4種TSNAs回歸曲線的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999，該方法檢測(cè)限在0.12～0.15 ng/cig之間，回收率在92.0%～102.3% 之間，日內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.06%～5.80% 之間，日間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.40%～6.93% 之間；②將本方法與CORESTA N° 63方法進(jìn)行比較，兩者結(jié)果無顯著性差異。本方法采用改良的索氏提取器進(jìn)行樣品前處理可避免多次轉(zhuǎn)移、濃縮，簡化了操作步驟，縮短了前處理時(shí)間，有效減少分析誤差，且有機(jī)溶劑用量大大減少，減少了對(duì)環(huán)境的污染，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，適用于主流煙氣中TSNAs的分析檢測(cè)。

改良的索氏提取器；氣相色譜-熱能分析聯(lián)用法；主流煙氣；煙草特有亞硝胺

煙草特有亞硝胺(TSNAs)是卷煙煙氣中可能會(huì)誘發(fā)癌癥的主要活性成分之一[1-2]，主要包括N-亞硝基降煙堿(NNN)、4-（甲基亞硝基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮(NNK)、N-亞硝基新煙草堿(NAT)、N-亞硝基假木賊堿(NAB)等。國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）確定NNN、NNK致癌性等級(jí)為I類，NAB、NAT致癌等級(jí)為3類[3-7]。隨著人們對(duì)吸煙與健康問題的關(guān)注，卷煙產(chǎn)品的安全、衛(wèi)生越來越得到各方面的重視，因此，測(cè)定卷煙煙氣中TSNAs的釋放量具有重要的意義。

由于烤煙型卷煙主流煙氣中的TSNAs濃度很低，一般均在ng/支數(shù)量級(jí)，而且卷煙主流煙氣樣品背景復(fù)雜，化學(xué)成分繁多，要準(zhǔn)確定性定量測(cè)定TSNAs難度很大。目前，檢測(cè)卷煙主流煙氣中TSNAs的分析方法主要有氣相色譜-熱能分析聯(lián)用法(GC-TEA)[8-9]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC/MS)[10-12]和液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS/MS)[13-14]等。LC-MS/MS法具有較高的靈敏度，但基質(zhì)效應(yīng)對(duì)分析物造成不利影響。GC-MS法重現(xiàn)性較好，但樣品前處理非常麻煩。GC-TEA法對(duì)亞硝胺類化合物具有很好的選擇性，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，但樣品前處理非常復(fù)雜、耗時(shí)較長，需多次的轉(zhuǎn)移、濃縮，易造成TSNAs的損失和轉(zhuǎn)化，影響測(cè)定的準(zhǔn)確性，而且有機(jī)溶劑（二氯甲烷）消耗量很大，樣品前處理過程中大量溶劑向空氣中散發(fā)，環(huán)境污染大。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文依托改良的索氏提取器[15]對(duì)現(xiàn)有的GC-TEA法測(cè)定卷煙主流煙氣TSNAs的前處理方法進(jìn)行了改進(jìn)，簡化了樣品前處理操作步驟，顯著減少了前處理過程中有機(jī)溶劑用量，避免了樣品處理過程中的環(huán)境污染。測(cè)定結(jié)果與CORESTA N° 63方法進(jìn)行了對(duì)照，結(jié)果無顯著性差異。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

參比卷煙2個(gè)(1R5F和2R4F)；國內(nèi)市售卷煙15個(gè)（其中烤煙型卷煙10個(gè)，混合型卷煙5個(gè)）。

1.2 儀器的結(jié)構(gòu)與流程

改良的索氏提取器具體結(jié)構(gòu)見圖1，該裝置由回流冷凝管1、提取器3和燒瓶8三部分組成，燒瓶8的底部設(shè)有一段1～2 mL的尾管7，提取器3是由溶劑汽流管4和填料管15上部相連而成的U形管，溶劑汽流管4下端接燒瓶磨口5，填料管15中裝有篩板11。填料管15上端接回流冷凝管1，下端的管件通過三通閥10后接于燒瓶8，三通閥10的另一出口接溶劑回收口9，回流冷凝管1的液滴出口垂直正對(duì)填料管15上方。

提取器3為異徑的U形管，溶劑汽流管4的管徑為18～22 mm，填料管15的管徑為30～35 mm，提取器3與回流冷凝管1相接的磨口2至填料管底部的距離為160～200 mm。

篩板11上放置柱層析材料氧化鋁層12和無水硫酸鈉層14，氧化鋁層14的厚度為50～70 mm，直接放置在篩板上，樣品層13置于氧化鋁層和無水硫酸鈉層之間。燒瓶7中加入溶劑6，加熱回流時(shí)溶劑6通過三通閥10回到圓底燒瓶8，轉(zhuǎn)動(dòng)三通閥10至溶劑回收口9，溶劑6則可從回收出口流出。

圖1 改良的索氏提取器的結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of improved soxhlet extractor

1.3 儀器與試劑

氯仿（色譜純）：美國sigma公司；無水甲醇（分析純），無水硫酸鈉（分析純），丙酮（分析純），堿性氧化鋁（200目～300目）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限責(zé)任公司；N-戊基-（3-甲基吡啶基）亞硝胺、NNN、NAT、NAB、NNK純品（純度大于97%）：百靈威化學(xué)試劑公司。

分析天平（感量0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司）；RM200轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)（德國Borgwaldt公司）；92mm劍橋?yàn)V片（英國Whatman公司）；氣相色譜-熱能分析聯(lián)用儀（美國Thermo Electron公司）；色譜柱，彈性毛細(xì)管柱30 m× 0.53 mm× 1 μm，固定相為50%甲基-50%苯基聚硅氧烷；保護(hù)柱，彈性石英毛細(xì)管柱 1m × 0.53mm，經(jīng)脫活處理。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

按下列濃度范圍配制TSNAs標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液，以氯仿為溶劑，內(nèi)標(biāo)N-戊基-（3-甲基吡啶基）亞硝胺的濃度為400 ng/mL。

NNN，NAT，NNK：20 ng/mL，100 ng/mL，500 ng/mL，1000 ng/mL，2000 ng/mL，4000 ng/mL。

NAB：10 ng/mL，50 ng/mL，200 ng/mL，500 ng/mL，1000 ng/ mL，2000 ng/mL。

1.5 樣品前處理

采用20孔道轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)抽吸卷煙，根據(jù)GB/T 19609—2004規(guī)定的方法[11]采用92 mm劍橋?yàn)V片捕集20支卷煙主流煙氣的總粒相物。

在改良的索氏提取器中加入15 g堿性氧化鋁層，將劍橋?yàn)V片折疊后放在堿性氧化鋁層上面，再在濾片上面鋪2.5 g無水硫酸鈉；在燒瓶中加入150 mL丙酮與氯仿（V:V=2:8）的混合溶劑，再加入1 mL內(nèi)標(biāo)溶液，然后將改良的索氏提取器放入水浴鍋中在75℃下加熱回流40 min，直至燒瓶尾管中的樣品溶液約為1 mL。將收集到的樣品溶液轉(zhuǎn)入2 mL樣品瓶，按GB/T 23228—2008規(guī)定的GC-TEA分析條件進(jìn)行檢測(cè)。

1.6 儀器條件

本方法所采用的是GB/T 23228—2008規(guī)定的色譜條件，具體如下：

程序升溫：初始溫度150℃，保持2 min；以3℃/min速率升至230℃，20℃/min速率升至260℃，保持20 min；進(jìn)樣口溫度：230℃；載氣：氦氣，恒流10 mL/min進(jìn)樣量：2 μL，不分流，不分流時(shí)間：1 min，吹掃流量：50 mL/min；熱裂解溫度：550℃；接口溫度：250℃。

標(biāo)樣和卷煙煙氣樣品色譜圖見圖2。

圖2 標(biāo)樣 (a)和卷煙煙氣樣品(b)色譜圖Fig.2 Chromatogram of standard solution sample (a) and mainstream cigarette smoke sample (b)

2 結(jié)果與討論

2.1 方法原理

用GC-TEA法測(cè)定卷煙主流煙氣中的TSNAs，樣品前處理分為樣品提取、濃縮、凈化、再濃縮四步；具體操作步驟為：捕集了卷煙主流煙氣總粒相物的濾片用二氯甲烷提取，提取液進(jìn)行濃縮，濃縮液加到氧化鋁層析柱上，用二氯甲烷-甲醇為洗脫劑洗脫凈化，柱層析凈化后的流出液再濃縮，然后供儀器分析用。而采用本文中的裝置，啟動(dòng)水浴鍋加熱，溶劑蒸發(fā)后再經(jīng)回流冷凝管(圖1中1)冷凝回到提取器中；溶劑經(jīng)無水硫酸鈉層(圖1中14)干燥，然后再把劍橋?yàn)V片(圖1中13)上捕集的TSNAs洗脫下來；經(jīng)過下面的堿性氧化鋁柱(圖1中12)凈化，這樣雜質(zhì)保留在堿性氧化鋁柱上，而TSNAs則被溶劑洗脫下而進(jìn)入圓底燒瓶中，經(jīng)過一段時(shí)間的回流提取，樣品中的TSNAs被完全提取，轉(zhuǎn)換三通閥，讓溶劑從溶劑回收出口流出，這樣圓底燒瓶中的溶液不斷被濃縮，當(dāng)濃縮到約1 mL時(shí)停止加熱，取出樣品，即可供分析用。

2.2 萃取、凈化溶劑的選擇

TSNAs測(cè)定樣品前處理的關(guān)鍵步驟是氧化鋁柱層析凈化，溶劑的選擇非常重要，溶劑對(duì)氧化鋁柱的洗脫強(qiáng)度適當(dāng)才能讓TSNAs從氧化鋁柱上洗脫，并讓雜質(zhì)更多的保留在柱上，從而達(dá)到樣品凈化的目的。傳統(tǒng)方法一般用一種洗脫強(qiáng)度小的溶劑(二氯甲烷)和一種洗脫強(qiáng)度大的溶劑(甲醇)混合作為洗脫劑，通過兩者的比例調(diào)節(jié)洗脫強(qiáng)度。在本方法中，要求兩種溶劑的沸點(diǎn)相近，以保持在水浴加熱時(shí)能達(dá)到基本同時(shí)氣化。氯仿的沸點(diǎn)(61.3℃)和丙酮的沸點(diǎn)(56.5℃)非常接近，經(jīng)常使用這兩種溶劑混合調(diào)節(jié)溶劑強(qiáng)度作為正相色譜的流動(dòng)相，因此選擇氯仿和丙酮混合作為本實(shí)驗(yàn)中的提取、凈化溶劑。試驗(yàn)了不同比例的氯仿和丙酮混合對(duì)烤煙型、混合型卷煙煙氣樣品中TSNAs的萃取效率的影響，見圖3、圖4，結(jié)果表明：丙酮的比例過低會(huì)導(dǎo)致柱上的亞硝胺洗脫不完全，使測(cè)定結(jié)果偏低，丙酮的比例過高又會(huì)導(dǎo)致大量雜質(zhì)洗脫而達(dá)不到預(yù)期的凈化效果；丙酮和氯仿的比例在20:80時(shí)能將樣品中的TSNAs完全萃取，且能達(dá)到較好凈化效果，因此，本實(shí)驗(yàn)中選擇體積比為2:8的丙酮-氯仿作為前處理中的溶劑。

圖3 萃取溶劑體積比對(duì)烤煙型卷煙主流煙氣中TSNAs萃取效果的影響Fig.3 Effect of volume ratio of extraction solvent on determina tion of TSNAs in flue-cured cigarette smoke

圖4 萃取溶劑體積比對(duì)混合型卷煙主流煙氣中TSNAs萃取效果的影響Fig.4 Effect of volume ratio of extraction solvent on determina tion of TSNAs in blended cigarette smoke

2.3 萃取劑體積的選擇

在本實(shí)驗(yàn)中，需在提取裝置中加入足夠量的溶劑，以保持溶劑在前處理過程中能循環(huán)，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)提取裝置中的溶劑量達(dá)120 mL時(shí)能保持正常循環(huán)，但考慮到在樣品前處理過程中溶劑因蒸發(fā)而有少量損失，因此選擇在提取器中加入150 mL的氯仿-丙酮混合溶劑。

2.4 水浴溫度的選擇

在本實(shí)驗(yàn)中，氯仿的沸點(diǎn)為61.3℃，丙酮的沸點(diǎn)為56.5℃，當(dāng)水浴溫度超過70℃時(shí)，尾管燒瓶中的溶劑開始沸騰，隨溫度增加，溶劑蒸發(fā)速度迅速加快，當(dāng)溫度達(dá)到75℃時(shí)溶劑蒸發(fā)速度能達(dá)到10 mL/min左右（稍大于氧化鋁柱上的流下速度），溫度過高則會(huì)增加提取過程中的溶劑損失，因此，實(shí)驗(yàn)選擇水浴溫度為75℃。

2.5 萃取時(shí)間的選擇

選取烤煙型、混合型卷煙樣品各一個(gè)，采用RM200 轉(zhuǎn)盤式吸煙機(jī)進(jìn)行抽吸后將捕集有TSNAs的劍橋?yàn)V片在75℃的水浴中進(jìn)行回流提取，考察提取時(shí)間對(duì)TSNAs測(cè)定結(jié)果的影響。比較了提取時(shí)間分別為20、25、30、35、40、45、50 min的測(cè)定結(jié)果，如圖5、圖6所示。結(jié)果表明：萃取時(shí)間為20 min時(shí)，由于樣品萃取不完全導(dǎo)致結(jié)果偏低，40 min以后萃取效率達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，為節(jié)約時(shí)間并避免引入更多的干擾成分，因此，選擇40 min 作為提取含有TSNAs的劍橋?yàn)V片的最佳時(shí)間。

圖5 萃取時(shí)間對(duì)烤煙型卷煙流煙氣TSNAs測(cè)定結(jié)果的影響Fig.5 Effect of extraction time on determination of TSNAs in fl uecured type cigarette smoke

圖6 萃取時(shí)間對(duì)混合型卷煙流煙氣TSNAs測(cè)定結(jié)果的影響Fig.6 Effect of extraction time on determination of TSNAs in blended cigarette smoke

2.6 定量校正曲線及方法的檢測(cè)限

6級(jí)校正溶液分析后，建立了內(nèi)標(biāo)法校正曲線。在10～4000 ng/mL 的范圍內(nèi)，4種TSNAs的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999，表明本方法擁有較寬的、良好的線性范圍。上述濃度范圍相當(dāng)于每支卷煙主流煙氣中NNN、NNK、NAT、NAB含量為0.5～200 ng/cig，覆蓋的樣品含量范圍廣，基本可以滿足所有卷煙樣品的分析測(cè)定。

將最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)進(jìn)樣10次，測(cè)定其標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為檢出限，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為定量限。具體結(jié)果見表1。

表1 本方法的線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢測(cè)限Tab.1 Linear range,correlation coefficients,and LOQ

2.7 方法的精密度和回收率

選取烤煙型、混合型卷煙樣品各一個(gè)，進(jìn)行5次日內(nèi)和日間平行性測(cè)定，如表2所示。結(jié)果表明，4種TSNAs日內(nèi)、日間測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別在3.06%～5.80% 和 3.40%～6.93% 之間，說明本方法的重復(fù)性較好。

表2 方法的重復(fù)性結(jié)果Tab.2 Results from repeatability test ng/cig

選取烤煙型、混合型卷煙各一個(gè)樣品，以其實(shí)際含量的約20%、50%、100%加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，測(cè)定本方法的樣品加標(biāo)回收率，結(jié)果列于表3?？緹熜途頍熤髁鳠煔庵?種TSNAs的回收率在92.0%～102.0%之間，混合型卷煙主流煙氣中4種TSNAs回收率在93.8～102.3%之間，說明本方法的樣品加標(biāo)回收率良好。

表3 本方法的回收率試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Recovery rate

續(xù)表3

2.8 本方法和 CORESTA方法的對(duì)比

將本方法的前處理時(shí)間和溶劑消耗量與CORESTA N° 63方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表4，從表中可以看出采用本方法明顯縮短了前處理的時(shí)間，提高了工作效率，減少了前處理過程中有機(jī)溶劑用量，且精密度高于CORESTA N° 63方法，主要是由于改良的索氏提取器將傳統(tǒng)方法中的提取、濃縮、柱層析凈化、再濃縮四步有機(jī)結(jié)合起來，有效減少了分析誤差，提高了方法的精密度。

表4 本方法和 CORESTA N° 63方法的比較結(jié)果Tab.4 Comparison with CORESTA N° 63 method

3 實(shí)際樣品的測(cè)定及與CORESTA方法的比對(duì)

3.1 參比卷煙主流煙氣中 TSNAs的測(cè)定

采用本方法測(cè)定了1R5F和2R4F卷煙主流煙氣中TSNAs的釋放量，并與2006年CORESTA組織的17家實(shí)驗(yàn)室共同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值進(jìn)行了比較，結(jié)果見表5。由表5可知，采用本方法的測(cè)定結(jié)果與CORESTA共同實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。

表5 參比卷煙主流煙氣中的TSNAs檢測(cè)結(jié)果比較Tab.5 Comparison of TSNAs in reference cigarettes mainstream smoke ng/cig

3.2 卷煙主流煙氣中 TSNAs的測(cè)定

采用本方法和CORESTA N° 63方法測(cè)定了國內(nèi)市場銷售的15個(gè)卷煙樣品主流煙氣中TSNAs的釋放量，將各樣品含量進(jìn)行比較。由表6可以看出，采用本方法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果與CORESTA方法的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行成對(duì)t檢驗(yàn)，4種TSNAs的t檢驗(yàn)值均大于0.05，表明兩種方法的測(cè)定結(jié)果無顯著性差異。

表6 本方法及 CORESTA N° 63方法測(cè)定國內(nèi)卷煙主流煙氣中TSNAs的結(jié)果比較Tab.6 Comparison of TSNAs in domestic cigarette smoke detect ed by this method and by CORESTA N° 63 method ng/cig

4 結(jié)論

本研究依托改良的索氏提取器對(duì)GC-TEA法測(cè)定卷煙主流煙氣TSNAs的前處理方法進(jìn)行改進(jìn)。采用改良的索氏提取器可將原方法中的提取、濃縮、柱層析凈化、再濃縮四步有機(jī)結(jié)合，避免了樣品前處理過程中的多次轉(zhuǎn)移、濃縮，簡化了操作步驟，可有效減少分析誤差，使測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確，而且樣品處理在相對(duì)封閉的裝置中完成，避免了GB/T 23228—2008（或CORESTA N° 63）前處理方法中許多敞開操作，減少了環(huán)境污染。采用本方法在10～4000 ng/mL的濃度范圍內(nèi)，4種TSNAs的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999，檢測(cè)限在0.12～0.15 ng/cig之間，回收率在92.0%～102.3% 之間，日內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.06%～ 5.80% 之間，日間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.40%～6.93%之間，說明本方法的回收率高，重復(fù)性好；且本方法的測(cè)定結(jié)果與CORESTA N° 63方法進(jìn)行了配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果無顯著性差異，說明本方法準(zhǔn)確可靠，適用于主流煙氣中TSNAs的分析檢測(cè)。

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Improvement of pretreatment method for determination of TSNAs in mainstream cigarette smoke by GC-TEA

ZHANG Xia,ZHU Donglai,HAN Yi,LEI Ping,YANG Guangyu,GONG Xi aowei,LI Shoubo,DUAN Yuanxing,HAN Jingmei,CHEN Yongkuan
Non-traditional Tobacco Products Institute,Technology Center,China Tobacco Yunnan Industrial CO.,Ltd,Kunming 650231,China

In order to improve pretreatment method for the determination of TSNAs in mainstream cigarette smoke by GC-TEA，improved soxhlet extractor was used to pre-treat mainstream cigarette smoke samples which combined four steps of extraction,concentration,column chromatography pufication and re-concentration traditionally used.Results indicated that: 1) with concentration range of 10-4000 ng/mL,the linear correlation coefficients of four TSNAs regression curves were higher than 0.999.The limits of quantification of this method ranged from 0.12 to 0.15 ng/cig,the recoveries were from 92.0% to 102.3% ,the intra-day relative standard deviations(RSD) were between 3.06% and 5.80%,and the inter-day RSD were between 3.40% and 6.93%.2) No significant difference was detected compared with CORESTA N° 63 method.Repeated transferring and concentrating steps could be avoided.Therefore this method was suitable for the determination of TSNAs in mainstream cigarette smoke as it featured more accuracy and better reliability as well as simplified operation steps,shorted pretreatment time,less organic solvents,reduced analysis errors.

improved soxhlet extractor;GC-TEA;mainstream cigarette smoke;tobacco-specific N-nitrosamines

張霞，朱東來，韓熠,等.GC-TEA法測(cè)定卷煙主流煙氣TSNAs前處理方法的改進(jìn)[J].中國煙草學(xué)報(bào)，2015,21（3）

云南中煙新型煙草制品研發(fā)及其共性技術(shù)研究（2014CP02）

張霞（1984—），碩士，助理研究員，主要從事新型煙草制品研究，Email：zhangxia840511@163.com

陳永寬（1966—），博士，研究員，主要從事新型煙草制品研究，Email:cyk1966@163.com

2014-04-25

: ZHANG Xia,ZHU Donglai,HAN Yi,et al.Improvement of pretreatment method for determination of TSNAs in mainstream cigarette smoke by GC-TEA [J].Acta Tabacaria Sinica,2015,21(3)