斯 文， 林 墾， 朱書秀， 蔣佳磊， 錢翠珠， 陸明華*

(浙江中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，浙江杭州 310024)

卷煙紙[1]質量約占煙支總質量的5%左右，但其燃燒性能與煙支的燃燒速率、抽吸口數、吸阻、有害物質的釋放量等都存在一定關聯，影響卷煙的感官特性、抽吸品質和內在質量。卷煙紙中的鉀、鈉、鎂含量是調節(jié)卷煙紙燃燒性能的重要參數。卷煙紙中添加適量鉀鹽能有效提高卷煙紙的燃燒速率，降低燃燒溫度，減少CO、焦油在煙氣中的釋放量[2]。在受熱條件下，鈉鹽對卷煙紙的熱解催化有利于改善卷煙紙的透氣性能，影響卷煙紙對小分子氣體的稀釋和擴散，從而降低CO、焦油的傳遞量[3]。而鎂鹽則對提升煙支包灰性能具有一定的作用。

目前，已報道的卷煙紙中助燃劑含量測定方法主要有火焰原子吸收光譜法、火焰原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、離子色譜法[4 - 7]等。本文采用準確度高、精密度和重復性好、檢出限低、分析效率突出的電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)測定卷煙紙中的鉀、鈉、鎂含量，以期為快速、準確測定卷煙紙中助燃劑含量提供參考依據，為科學合理地評價卷煙紙理化特性，穩(wěn)定卷煙產品內在質量提供技術支撐。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

Mars Xpress型微波消解儀(美國，CEM公司)；DRC-e型電感耦合等離子體質譜儀(美國，PE公司)；Milli-Q Synthesis型超純水處理系統(tǒng)(美國，Millipore公司)。

1 000 μg/mL 鉀、鈉、鎂標準儲備液,1 000 mg/L 銠標準儲備液,10 mg/L多元素混合標準溶液，HNO3(優(yōu)級純，德國默克公司)，高純氬氣(純度大于99.999%)，高純氧氣(純度大于99.999%)，超純水(電阻率≥18.2MΩ·cm)。

1.2 實驗方法

1.2.1樣品制備準確稱取0.10～0.12 g卷煙紙(精確至0.0001 g)，置于微波消解罐中，加入5 mL HNO3，旋緊密封后進行消解。消解完畢，待溫度降至室溫后，將消解罐內試樣溶液轉移至樣品瓶中。用超純水沖洗消解罐3次以上，所得洗滌液一并轉移，定容至50 mL。準確移取2.5 mL溶液于50 mL塑料樣品瓶中，用超純水定容得一級稀釋液。準確移取一級稀釋液10 mL于50 mL塑料樣品瓶中，用超純水定容得到待測溶液。用同樣的方法制備空白。

1.2.2標準溶液配制用超純水將1 000 μg/mL 鉀、鈉、鎂標準儲備液分別稀釋成10 μg/mL的鉀、鈉、鎂一級使用液，并由此一級使用液配制不同濃度的鉀、鈉、鎂標準溶液。其中，鉀濃度梯度為50、100、200、400 μg/L；鈉和鎂均為10、20、50、100 μg/L。標準溶液需現配現用，濃度應覆蓋待測試樣中檢測的鉀、鈉、鎂含量。

1.2.3樣品測定實驗選取103Rh為內標元素，采用在線加入的方法開展。儀器調諧完畢后，將內標進樣管插入銠內標溶液中，進樣管依次插入標準空白溶液，各濃度的鉀、鈉、鎂標準溶液，空白及待測卷煙紙樣品溶液中進行測定。

1.2.4ICP-MS操作參數本方法的ICP-MS主要操作參數設定見表1。

表1 ICP-MS工作參數

2 結果與討論

2.1 定容過程的選擇

經前期探索發(fā)現，大部分卷煙紙中鉀含量占卷煙紙總質量的1%～1.5%，鈉含量占0.03%～0.3%，鎂含量占0.05%～0.2%?；诖?，本方法對定容過程作出優(yōu)選，即對消化液進行二次稀釋，以確保在注入電感耦合等離子體質譜儀前，溶液中的鉀、鈉、鎂含量降至μg/mL數量級，從而減小由高鹽溶液引起的物理效應產生的測量誤差。

2.2 內標物的選擇

有文獻報道[8]，45Sc作為內標能對基體效應起到明顯的校正作用。然而在實際測試中發(fā)現，45Sc在超純水中信號值較高，這說明45Sc作為內標物并不十分合理。以10 mg/L多元素混合標準溶液為標準建立曲線，對卷煙紙樣品進行半定量分析。通過研究，找尋卷煙紙中信號值低，干擾較小的元素，并結合質量數、電離度、操作性、適用性等因素，最終確定使用103Rh為內標元素。

2.3 儀器工作條件優(yōu)選

2.3.1反應氣選擇本實驗檢測的39K會受到多原子離子38ArH的干擾，選用動態(tài)反應池(DRC)模式能有效提升數據的準確性和可靠性。實驗選用氧氣作反應氣與干擾離子38ArH發(fā)生電荷轉移反應，反應產物穩(wěn)定。

2.3.2反應氣流量及低質量截取閾值(RPQ)的優(yōu)化本實驗分別測定反應氣流量從0.1～1.0 mL/min，RPQ從0.1到0.8梯度變化，不同條件組合下100 μg/L鉀標準溶液及標準空白的靈敏度，并根據結果擬合一條信背比曲線。從條件實驗結果來看，隨著反應氣流量及RPQ逐漸增大，該曲線呈現逐漸上升到達頂點后逐漸下降的趨勢。本方法測量鉀元素時，取氧氣流量為0.35 mL/min，RPQ為0.25。

2.4 穩(wěn)定性研究

實驗選取4種不同牌號卷煙紙樣品，考察不同模式下方法的短期穩(wěn)定性和長期穩(wěn)定性，結果見表2。短期穩(wěn)定性在15 min內，每間隔5 min連續(xù)測量同一樣品；長期穩(wěn)定性在6 h內，每間隔2 h連續(xù)測量同一樣品。從比對效果看，動態(tài)反應池模式測量的數據波動較小，檢測結果的準確度和穩(wěn)定性高。

2.5 方法學評價

2.5.1線性回歸方程及檢出限按上述1.2.3條件進樣，記錄各試樣中鉀、鈉、鎂和銠的計數率(cps)。以目標物濃度(X)為橫坐標，儀器測得目標物計數率與銠計數率比值(Y)為縱坐標作圖，繪制工作曲線。計算得到鉀濃度關系的線性回歸方程為:Y=0.0086X+0.1344，R2=0.9998；鈉濃度關系的回歸方程為：Y=0.7344X+0.0856，R2=0.9994；鎂濃度關系的回歸方程為：Y=0.0349X-0.0823，R2=0.9999。

表2 鉀含量穩(wěn)定性比對結果(mg/g)

檢出限的測定采用空白11次測量結果的3倍標準偏差所對應的分析物濃度。進樣測定后求得本方法鉀、鈉、鎂的檢出限分別為2.18、0.38和1.20 μg/L。

2.5.2精密度以目標物含量不同的3款卷煙紙為研究對象。各準確稱取6份試樣，按照上述分析步驟進行微波消解和ICP-MS測定，計算三種元素含量的相對標準偏差(RSD)，結果見表3。

表3 方法的精密度(n=6)

2.5.3回收率以已知各目標物含量的樣品為本底，在本底樣品中準確加入低、中、高三個不同濃度的標準溶液進行回收率實驗，結果表明，三個添加水平下，各目標物的回收率為91.3%～106.2%，結果見表4。

表4 回收率試驗

采用本方法和行業(yè)現行標準方法(YC/T 274-2008)[9]對3種不同牌號卷煙紙鉀、鈉、鎂含量展開分析測試。同時使用SPSS軟件，采用配對t檢驗評估兩種方法測定結果的一致性。結果顯示，兩種方法測得的鉀、鈉、鎂含量相伴概率值均大于顯著性水平5%，說明在95%置信區(qū)間內，采用兩種不同分析方法測定的實際樣品結果間無顯著性差異，測定結果具有一致性。

2.6 應用

選取8個不同廠家、不同牌號、不同規(guī)格的卷煙紙樣品，采用本方法開展助燃劑含量的測定，結果見表5。由表可知，不同牌號卷煙紙之間的助燃劑含量差異較大。造成此現象的主要原因為卷煙紙生產商在遵循不降低卷煙紙其他物理性能的前提下，適當添加不同含量的助燃劑，以期不同程度地改善卷煙紙的燃燒性能，滿足多元化需求。

表5 卷煙紙樣品助燃劑含量

3 結論

本工作建立了動態(tài)反應池模式電感耦合等離子體質譜法同時測定卷煙紙中鉀、鈉、鎂含量的方法，優(yōu)選了定容過程及內標物的使用，比對了標準模式和動態(tài)反應池模式測量鉀元素的穩(wěn)定性，探討了反應氣流量、RPQ值的參數設置。本方法檢出限低，精密度和準確度好，回收率較高，消除多原子離子干擾效果強，具有簡單快速、分析效率突出的優(yōu)勢，對準確測定大批量卷煙紙樣品助燃劑含量具有一定的參考價值。