理论与实践: UPLC法测定卷烟主流烟气中B[a]P的滤嘴截留效率

     作者：郑晓敏               

     苯并芘是一种含有5个环的稠环芳烃，具有多种同分异构体，通常认为苯并[a]芘具有强致癌性，国外的研究部门已将其列入包含44种烟气有害成分的“霍夫曼清单”。滤嘴可以有效地滤除卷烟烟气中的有害成分，准确地测定卷烟滤嘴中截留的苯并[a]芘，能够对滤嘴材料的选择和卷烟减害提供依据，具有较大的参考价值。目前，烟草行业标准GB/T21130-2007采用气相色谱串联质谱法(GC-MS)测定卷烟主流烟气中的苯并[a]芘，其前处理方法采用超声

提取，过固相萃取小柱进行纯化，工作繁琐，易造成损失，回收率低，成本高。因此，，采用超高效液相色谱-荧光法对卷烟主流烟气中苯并[a]芘的滤嘴截留进行了测定，获得了较满

意的结果。

1  材料与方法

1.1材料与仪器

1.1.1试剂

    环己烷：色谱纯，德国MERCK公司；乙腈：色谱纯，美国Fisher公司。

1.1.2标样

    苯并[a]芘标品，购于Sigma公司，纯度97%。

1.1.3仪器与设备

    Acquity超高效液相色谱系统，带有二元高压梯度泵、自动进样器、柱温箱、荧光检测器，以及Waters Empower 2.0数据处理工作站：美国Waters公司；RM20H转盘式吸烟机：德国Borgwaldt-KC公司；KBF 115恒温恒湿箱：德国Binder公司；XP 204分析天平：感量：0.1 mg，瑞士Mettler Toledo公司；MILLI-Q超纯水制备仪：美国MILLIPORE公司；JHN-2型超声波清洗器。

1.2处理与分析方法

    按GB/T 5606.1-2004和GB/T 19609-2004挑选卷烟烟支，将挑选烟支和剑桥滤片在温度22℃±2℃和相对湿度60%±5%下平衡48 h。经质量和吸咀测定，挑选平均质量±0.02 g和平均吸阻±49 Pa/支的烟支作为抽吸烟支，用吸烟机在标准条件下抽吸，用剑桥滤片补集主流炯气总粒相物。

    将收集有20支卷烟的总粒相物滤片放入300 mL锥形瓶中，并准确加入40 mL环己烷，超声萃取40 min，静置5 min后将萃取液于旋转蒸发仪上蒸干，再用乙腈将残渣溶解，转移至10 mL容量瓶并定容至刻度，即可进行UPLC分析。

    收集吸烟机截留下来的滤嘴（20支／组），去除烟蒂上残留的烟锥，用剪刀纵向按十字型剪开成4等份，放入150 mL锥形瓶，并准确加入50 mL环己烷，超声萃取40 min，静置5 min后将萃取液于旋转蒸发仪上蒸干，再用乙腈将残渣溶解，转移至10 mL容量瓶并定容至刻度，即可进行UPLC分析。

    色谱柱：Waters Acquity UPLC BEH C18色谱柱( 2.1 mm i.d．×50 mm，1.7 um)。流动相为乙腈(A) -水(B)，梯度洗脱，B[a]P的梯度洗脱程序如表1。荧光检测器激发波长为365 nm，发射波长为410nm，色谱柱温度为35℃，进样量为2uL，流速为0.2mL/min，运行时间为10 min。

2结果与讨论

2.1萃取溶剂的选择

    苯并[a]芘含有五个苯环，极性很小，故极性较小的溶剂如苯、氯仿、二氯甲烷、正已烷和环已烷都可将其从滤嘴中萃取出来。但苯的毒性较大，不宜作为萃取溶剂。氯仿和二氯甲烷会将滤嘴溶解，萃取液黏性较大，不利于后续试验的进行，故氯仿和二氯甲烷也不宜作为萃取溶剂。综合萃取效率、毒性等因素，试验选择环已烷作为萃取溶剂。

2.2萃取溶剂用量的选择

    抽吸5组同一品牌卷烟（每组取2个平行样），收集每次截留下来的滤嘴，每份20支。分别加入40，50, 60，70和80 mL的环乙烷作为萃取剂。试验表明，加入的溶剂太少，萃取将不完全。50 mL萃取液足以将滤嘴中截留的苯并[a]芘完全萃取出来且萃取效率最高。因此，从节省溶剂的角度来考虑，选择50 mL为萃取液的最佳萃取体积。

2.3萃取时间的选择

    在室温情况下，取相同等份卷烟抽吸后收集的滤嘴，每份20支。加入50 mL环己烷作为萃取剂，分别置于超声波发生器内超声萃取20，30，40和50 min。结果表明，超声20 min就足以将苯并[a]芘萃取完全。因此选择萃取时间为20 min。

2.4标准曲线方程，定量限和检出限

    称取20.4 mg苯并[a]芘标准品（精确到0.1 mg）于烧杯中，加入适量环己烷将其溶解，随后将溶液转移至100 mL容量瓶中定容至刻度，得标准储备液。取1 mL标准储备液于100 mL容量瓶中，用甲醇定容，作为一级标准溶液。分别取0.1，0.2，0.5，1和2 mL-级标准溶液于100 mL的容量瓶中，用甲醇定容。取4 mL最低浓度的标准溶液于10 mL的容量瓶中，用甲醇定容。配制成质量浓度为2.04，4.08, 10.20, 20.40和40.80 ng/mL系列标准溶液。以上溶液均放置在4 cC的冰箱中保存。对标准溶液进行UPLC分析，进样量为2uL。

    在色谱条件下测定苯并[a]芘标准系列溶液。以苯并[a]芘质量浓度(x，ng/mL)为横坐标，峰面积(y)为纵坐标作图，其线性方程为：y=1.947 9x+39 800，R=0.999 9。表明苯并[a]芘在1.02—40.80 ng/mL质量浓度范围内呈良好的线性关系。取最低浓度的标准溶液重复进样10次，以3倍标准偏差为检出限，10倍标准偏差为定量限，得出苯并[a]芘的最低检出限为0.10 ng/g，定量限为0.36 ng/g。苯并[a]芘标准溶液色谱图，滤嘴中苯并[a]芘的超高液相色谱图如图1~图2。

2.5重复性和精密度

    在相同的条件下处理同一品牌的滤片和滤嘴样品各10份，取样进行UPLC分析，结果显示，滤片和滤嘴相对标准偏差分别小于5.2%和6.9%。取同一滤片和滤嘴样品进样10次，结果表明，滤片中苯并[a]芘的相对标准偏差小于6.4%，滤嘴中苯并[a]芘的相对标准偏差小于6.8%。表明仪器的精密度良好。

2.6回收率

    选取某种卷烟样品，UPLC法测定捕集在滤片中和截留在滤嘴中的苯并[a]芘的含量，根据检测所得滤片和滤嘴中苯并[a]芘的含量，分别依次加入高，中，低三个水平浓度的混合标准溶液，采用相同的处理方法，然后计算苯并[a]芘的回收率。苯并[a]芘的回收率如表2。结果表明，滤片和滤嘴中的苯并[a]芘回收率在85.0%—94.3%之间，说明滤片和滤嘴中苯并[a]芘的测定准确可靠。

2.7卷烟样品滤嘴中的截留测定结果

    选取6个样品针对不同抽吸方案（ISO，马萨诸塞州，加拿大）的截留效率进行了比较，如表3。结果表明，深度抽吸方式( Massachusetts，Canada)比标准抽吸方式( ISO)的截留率稍高；与ISO模式相比，随着抽吸容量的增大，主流烟气中苯并[a]芘的释放量及在滤嘴中的截留量都相应地增大，只是滤嘴中苯并[a]芘的变化因子比烟气的要高，截留率相应的要高一

些。而抽吸容量为55 mL与45 mL相比，无论主流烟气中的释放量还是滤嘴中的截留量，变化极小，经计算得出，滤嘴对苯并[a]芘的在不同抽吸模式下的截留效率相当。

    抽取15种卷烟样品，测定主流烟气及滤嘴截留的苯并[a]芘含量，计算截留效率。表4显示，大部分滤嘴的截留率在19.00/0—35.8%之间。只有复合滤嘴对苯并[a]芘的截留效率最高，可达44.00/0以上。

2.8与标准GB/T 21130-2007测定结果的比较

    考察了10个卷烟样品，按照试验方法与现行有效国标GB/T 21130-2007气相色谱串联质谱法(GC-MS)结果进行了比较，具体如表5。

    由表5可以看出，10个卷烟样品的测定结果显示：试验方法与现行有效国标GB/T 21130-2007气相色谱串联质谱法( GC-MS)结果基本相一致。

3结论

优化了捕集在滤片中和滤嘴中截留的苯并[a]芘前处理方法，采用UPLC方法测定了卷烟主流烟气截留在滤嘴中的苯并[a]芘含量。试验证明，滤嘴对苯并[a]芘截留效率较大，某些普通滤嘴的截留效率达到了35.8%。选取的10个样品所测得的截留效率与GC-MS方法的测定值基本相吻合。两种方法的共同点是复合滤嘴的截留率比普通醋纤滤嘴要高，可能是由于复合滤嘴加入了特殊的添加剂，能够选择性地过滤苯并[a]芘，效果比普通滤嘴的好。

4摘要  

为考察苯并[a]芘(B[a]P)的滤嘴截留效率(FEs)，建立了采用超高效液相色谱-荧光法(UPLC-FLD)测定滤嘴中苯并[a]芘截留量的方法。用环己烷萃取烟蒂滤嘴，萃取液蒸干后用乙腈溶解，采用超高效液相色谱分离，荧光检测器检测。复合滤嘴对苯并[a]芘的截留效率高于醋纤滤嘴。苯并[a]芘在1.02~40.80 ng/mL范围内线性关系良好，相关系数㈤为0 999 9。不同类型滤嘴中截留苯并[a]芘的回收率均在85.0%~94.3%之间，相对标准偏差(RSD)均小于7 5%，检出限为0.10 ng/g。该方法具有快速、灵敏、简便等优点，适合于烟用苯并faJ芘(B[a]P)的滤嘴截留效率FEs)的测定。