冷阱捕集-氣相色譜-質譜法測定卷煙主流煙氣中的呋喃

許藹飛，范 忠，陳志燕，馮守愛，張峻松

1.鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，鄭州高新技術產業開發區科學大道166號 450001

2.廣西中煙工業有限責任公司技術中心，南寧市北湖南路28號 530001

冷阱捕集-氣相色譜-質譜法測定卷煙主流煙氣中的呋喃

許藹飛1，2，范 忠2，陳志燕2，馮守愛2，張峻松*1

1.鄭州輕工業學院食品與生物工程學院，鄭州高新技術產業開發區科學大道166號 450001

2.廣西中煙工業有限責任公司技術中心，南寧市北湖南路28號 530001

建立了測定卷煙主流煙氣中呋喃的冷阱捕集-氣相色譜-質譜（GC/MS）法。主流煙氣中的呋喃用含有氘代內標(呋喃-d4)的冷甲醇吸收后在選擇離子監測模式下進行GC/MS分析；考察了11個不同品牌卷煙在ISO抽吸模式與加拿大深度抽吸模式下主流煙氣呋喃的釋放量。結果表明：方法的線性相關系數為0.999 7，檢出限為0.028 μg/mL，加標回收率和相對標準偏差(RSD)分別為94.2%～98.5%和3.3%～4.6%。加拿大深度抽吸模式下卷煙主流煙氣中呋喃的釋放量為ISO抽吸模式下的兩倍以上，ISO抽吸模式下卷煙主流煙氣呋喃釋放量與實測焦油量顯著線性相關。該方法適用于測定卷煙主流煙氣中呋喃的釋放量。

冷阱捕集；氣相色譜-質譜法；主流煙氣；呋喃

呋喃是一種無色易揮發的雜環化合物，具有芳香性，在某些食品加熱的過程中容易產生，動物實驗表明，呋喃易通過生物膜或腸道吸收從而引起癌變，國際癌癥研究機構將其列為可能讓人類致癌的2B類物質［1］。近年來，卷煙煙氣中呋喃受到了廣泛關注，2001年被列為卷煙煙氣69種有害化學成分之一［2］，2012年美國食品藥品監督局（FDA）發布了新的煙草制品及煙草煙霧中有害物質及潛在有害物質成分（HPHCs）名單，呋喃也被列入其中［3］。目前卷煙主流煙氣中呋喃的捕集方式主要有直接進樣法［4-6］、氣袋捕集-固相微萃取法［7］等；分析檢測手段主要有氣相色譜-紫外檢測（GC-UV）法［4］、氣相色譜-氫火焰離子化檢測（GC-FID）法［5］、氣相色譜-單光子電離-飛行時間質譜（GC-SPI-TOFMS）法［6］、GC/MS 法［7］等。直接進樣法易污染系統，靈敏度低；固相微萃取法重現性較差；GC-UV法和GC-SPI-TOFMS法是非常規檢測手段，且操作繁瑣；GC-FID法特異性差。目前冷阱捕集-GC/MS法已被廣泛應用于分析卷煙煙氣中的揮發性有機化合物，并取得了令人滿意的效果［8-12］。因此，建立了以同位素為內標、采用冷阱捕集和GC/MS檢測卷煙主流煙氣中呋喃釋放量的方法，旨在為主流煙氣中呋喃的快速、準確測定提供方法參考，為評價卷煙安全性提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

11個卷煙樣品，卷煙類型及煙氣指標見表1。其中，1#和2#卷煙樣品分別為肯塔基參比卷煙1R5F和3R4F。

表1 11個卷煙樣品的煙氣指標 （mg·支-1）

甲醇（色譜純，美國J&T Baker公司）；異丙醇（AR，廣東省化學試劑工程技術研究開發中心）；干冰（南寧國信氣體公司）；呋喃（德國Dr.Ehrenstorfer公司）；呋喃-d4（加拿大TRC公司）。

Agilent 7890A-5975C型氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent公司）；RM 20H轉盤式吸煙機、92 mm劍橋濾片（德國Borgwaldt-KC公司）。

1.2 方法

1.2.1 標準溶液配制

準確稱取25 mg呋喃于25 mL容量瓶中，用甲醇定容，配成質量濃度為1 mg/mL的標準儲備液；準確稱取40 mg呋喃-d4于25 mL容量瓶中，用甲醇定容，配成質量濃度為1.6 mg/mL的內標標準儲備液；分別移取5、25、125、250、625和1 250 μL呋喃標準儲備液于25 mL容量瓶中，加入150μL內標標準儲備溶液，用甲醇定容，配制濃度分別為0.2、1、5、10、25和50 μg/mL的系列標準工作溶液。1.2.2 卷煙煙氣捕集與分析

按照 GB/T 5606.1—2004［13］挑選試樣煙支，并于溫度（22±1）℃和相對濕度（60±3）%條件下平衡48 h；采用 ISO 抽吸模式［14］（抽吸容量/頻率/持續時間/濾嘴通風孔封閉：35 mL/60 s/2 s/0%）時抽吸10支卷煙，采用加拿大深度抽吸模式［15］（55 mL/30 s/2 s/100%）時抽吸5支卷煙，用劍橋濾片捕集卷煙主流煙氣粒相物，在吸煙機捕集器后面連接兩只串聯的各裝有15 mL甲醇的吸收瓶并分別加入90μL內標標準儲備溶液，吸收瓶置于異丙醇-干冰混合物組成的冷阱（≤-70℃）中，抽吸完畢合并吸收液，振蕩均勻后，直接進行GC/MS檢測。GC/MS分析條件為：

色譜柱：Supelco VOCOL毛細管柱（60 m×0.32 mm×1.8 μm）；進樣口溫度：180 ℃，進樣量：2.0 μL；載氣：氦氣；柱流量：1.5 mL/min，恒流模式；分流比：10∶1；程序升溫：40 ℃（6 min）；傳輸線溫度：220 ℃；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：6 min；掃描方式：選擇離子監測模式（SIM），呋喃定性與定量離子（m/z）分別為39和68，呋喃-d4定性與定量離子（m/z）分別為42和72。

2 結果與討論

2.1 捕集方式的選擇及吸收瓶數量和吸收液體積的確定

據文獻報道，呋喃僅存在于卷煙主流煙氣氣相物中［1］，因此考察卷煙主流煙氣氣相物中的呋喃即可表征卷煙主流煙氣中呋喃的總釋放量。鑒于呋喃的沸點為32℃，常溫下用溶劑捕集很難捕集完全，而采用冷溶劑捕集法能夠克服這種缺陷，因此選擇冷阱捕集方式。

通過在吸煙機后串聯3只裝有15 mL甲醇溶液吸收瓶，分別考察了ISO和加拿大深度抽吸模式下吸收瓶對呋喃的捕集效率。結果（表2）表明：在兩種抽吸模式下，前兩只吸收瓶的吸收液均能檢出呋喃，而在第3只吸收瓶中均未檢出。因此選擇兩只串聯的吸收瓶來捕集卷煙主流煙氣中的呋喃。

表2兩種抽吸模式下3只串聯吸收瓶中捕集呋喃的比例 （%）

為考察吸收液體積對呋喃捕集的影響，選擇體積為10、15、20、25 mL的吸收液，對2#樣品在兩種抽吸模式下分別進行了條件優化實驗，結果（圖1）表明：4種體積吸收液的實驗結果無明顯差異，綜合考慮，最終選擇吸收液體積15 mL。

圖1 不同體積吸收液條件下呋喃的測定結果

2.2 色譜柱的選擇

由于呋喃為揮發性有機化合物，因此針對性地考察了 DB-624（60 m×0.32 mm×1.8μm）和Supelco VOCOL（60 m×0.32 mm×1.8μm）兩種色譜柱對卷煙煙氣樣品中呋喃的分離效果。結果（圖2）表明，在分析卷煙煙氣樣品時，呋喃在DB-624色譜柱上的出峰時間處有明顯干擾物（圖2a）；而在Supelco VOCOL柱上呋喃與干擾物能實現基線分離（圖2b）。因此，選擇Supelco VOCOL（60 m×0.32 mm×1.8μm）色譜柱分析卷煙主流煙氣中的呋喃。

圖2 兩種色譜柱對標準溶液和樣品溶液中呋喃的分離效果

2.3 卷煙主流煙氣中呋喃的定性分析

為了對卷煙主流煙氣中呋喃進行定性分析，采用兩種方法確認呋喃的色譜峰：①比較標準溶液和樣品溶液色譜峰的保留時間；②標準溶液和樣品溶液色譜峰定量、定性離子的豐度比（100∶74）。圖3為標準溶液和卷煙煙氣樣品中呋喃及呋喃-d4的色譜圖。

2.4 工作曲線與檢出限

分別對1.2.1節中配制的系列標準工作溶液進行GC/MS分析，以呋喃與呋喃-d4的峰面積之比對其質量濃度之比進行線性回歸分析，得到呋喃的標準曲線線性回歸方程Y=0.991X+0.026，R2=0.999 7。將最低濃度的標準工作溶液進行GC/MS分析，重復測定10次，計算其標準偏差，以3倍標準偏差為檢出限，以10倍標準偏差為定量限，得到呋喃的檢出限為0.028μg/mL，定量限為0.093μg/mL。

2.5 樣品溶液的穩定性

以2#卷煙為實驗樣品，分別在兩種抽吸模式下進行卷煙抽吸和煙氣捕集，取吸收液分別在室溫下放置0、4、8、16、32、48、56、64、72 h，測定呋喃釋放量，結果見圖4。可見，在32 h內，實驗樣品中呋喃釋放量變化不大，32 h后呈下降趨勢，因此樣品溶液應在32 h內檢測完畢。

圖3 標準溶液（a，10 μg·支-1）和樣品溶液（b）中呋喃（m/z 68）及呋喃-d4（m/z 72）的色譜圖

圖4 樣品的穩定性試驗

2.6 精密度與回收率

采用2#樣品在3個水平下進行加標回收和精密度實驗，結果（表3）表明，呋喃的平均回收率在94.2%～98.5%之間，RSD在3.3%～4.6%之間。

表3 方法的回收率與精密度（n=6）

2.7 不同抽吸方案下卷煙主流煙氣中呋喃釋放量的對比分析

在ISO抽吸模式與加拿大深度抽吸模式下，分別對表1中的11個卷煙樣品主流煙氣中呋喃的釋放量進行測定。結果（圖5）表明，在加拿大深度抽吸模式下，由于抽吸容量和抽吸頻率的增加，卷煙主流煙氣中呋喃的釋放量明顯增加；11個卷煙樣品呋喃釋放量增加1.1～4.3倍，尤其是對于盒標焦油量≤5 mg的卷煙，增加幅度更大，均在兩倍以上，原因可能是這些卷煙在產品設計過程中都采用了打孔通風技術。

圖5 兩種抽吸模式下11個卷煙樣品主流煙氣中呋喃的釋放量

2.8 卷煙主流煙氣中呋喃釋放量與實測焦油量的相關性分析

對11個卷煙樣品的實測焦油量與ISO抽吸模式下卷煙主流煙氣中呋喃的釋放量進行相關性分析，結果（圖6）表明：卷煙主流煙氣呋喃釋放量（Y，μg/支）與實測焦油量（X，mg/支）的線性方程為Y=（2.24±0.13）X+（4.60±1.06），相關系數為0.965 9，說明ISO抽吸模式下卷煙主流煙氣呋喃的釋放量與焦油量之間存在顯著線性相關關系，與文獻［16］報道的結果一致。

圖6 ISO抽吸模式下卷煙主流煙氣呋喃釋放量與實測焦油量的相關性

2.9 與文獻報道結果的對比分析

在兩種抽吸模式下，采用本方法對肯塔基參比卷煙1R5F（1#卷煙樣品）和3R4F（2#卷煙樣品）進行測定，并與文獻［7］的報道進行了結果比較。結果（表4）表明，在ISO抽吸模式下，兩種方法測定結果的相對偏差小于6%，而在加拿大深度抽吸模式下測定結果的相對偏差小于7%，說明本方法的檢測結果與文獻報道的結果基本一致。

表4 本方法對呋喃的測定結果與文獻報道結果的比較 （μg·支-1）

3 結論

建立了卷煙主流煙氣中呋喃的冷阱捕集-氣相色譜-質譜法。采用同位素內標進行定量，可減少卷煙抽吸和煙氣樣品轉移過程中呋喃的揮發和損失，使定量結果更為準確。ISO抽吸模式下卷煙主流煙氣呋喃釋放量與實測焦油量顯著線性相關，加拿大深度抽吸模式下卷煙主流煙氣中呋喃的釋放量為ISO抽吸模式下的兩倍以上。

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Determination of Furan in Mainstream Cigarette Smoke by Cold Trap and Gas Chromatography-Mass Spectrometry

XU Aifei1,2,FAN Zhong2,CHEN Zhiyan2,FENG Shouai2,and ZHANG Junsong*1
1.School of Food and Bioengineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450000,China
2.Technology Center,China Tobacco Guangxi Industrial Co.,Ltd.,Nanning 530001,China

A method for determining the furan in mainstream cigarette smoke by cold trap and gas chromatography-mass spectrometry(GC/MS)was developed,wherein the furan in mainstream cigarette smoke was trapped with cold methanol containing deuterium-labeled internal standard(furan-d4)and then analyzed by GC/MS under selected ion monitoring mode.The samples of 11 cigarette brands were smoked under ISO and Health Canada Intense(HCI)smoking regimes,then the furan in mainstream cigarette smoke was determined with the developed method.The results showed that the linear correlation coefficient of calibration curve was 0.999 7,the detection limit of furan was 0.028 μg/mL,and recoveries of the spiked standard ranged from 94.2%to 98.5%with the relative standard deviation(RSD)from 3.3%to 4.6%.The furan release in mainstream cigarette smoke under HCI smoking regime was more than two-fold over that under ISO smoking regime.There was a significantly linear correlation between furan release and measured tar levels under ISO smoking regime.This method is suitable for the determinationof furan release in mainstream cigarette smoke.

Cold trap;GC/MS;Mainstream cigarette smoke;Furan

TS411.2

A

1002-0861（2015）12-0054-05

10.16135/j.issn1002-0861.20151209

2015-06-12

2015-09-29

廣西壯族自治區科學技術廳科技攻關項目“介孔納米材料選擇性吸附卷煙煙氣中有害成分的研究及應用”（11194003）。

許藹飛（1980—），工程師，主要從事煙氣化學分析檢測工作。E-mail：xuaf_whu@126.com；*

張峻松，E-mail：13283712413@163.com

許藹飛，范忠，陳志燕，等.冷阱捕集-氣相色譜-質譜法測定卷煙主流煙氣中的呋喃［J］.煙草科技，2015，48

（12）：54-58.

XU Aifei,FAN Zhong,CHEN Zhiyan,et al.Determination of furan in mainstream cigarette smoke by cold trap and gas chromatography-mass spectrometry［J］.Tobacco Science&Technology,2015,48（12）：54-58.

責任編輯 洪廣峰