連續流動分析法測定卷煙濾嘴中氰化氫的截留量

郭軍偉,尚平平 ,蔡君蘭 ,趙樂 ,劉惠民 ,王洪波

中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001

煙草和煙氣化學

連續流動分析法測定卷煙濾嘴中氰化氫的截留量

郭軍偉,尚平平 ,蔡君蘭 ,趙樂 ,劉惠民 ,王洪波

中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業開發區楓楊街2號 450001

建立了SPE凈化-連續流動分析法測定卷煙濾嘴中HCN截留量的方法。方法具有良好的線性（線性相關系數為0.9999），檢出限為0.116 μg/支，RSD為1.68%（n=6），加標回收率為97.7%～105%。研究表明，該方法簡便、快速、準確。

連續流動分析法；濾嘴；氰化氫；截留量

氰化氫（HCN）是一種無色透明液體，易揮發，帶有苦杏仁氣味，且有急毒毒性。卷煙主流煙氣中含有少量的HCN，Hoffmann和Health Canada將其列入卷煙煙氣有害成分的名單[1-2]，我國將其列為卷煙主流煙氣7種代表性煙氣有害成分之一[3]。 當前吸煙者煙氣實際感受量的準確評估也受到越來越多的關注，研究者采用濾嘴評估法[4-10]來評估吸煙者煙氣實際感受量，即通過分析卷煙濾嘴中有害成分釋放量來評價其卷煙煙氣中釋放量，從而能夠較為準確地評估吸煙者對煙氣有害成分的攝入量。

卷煙煙氣中HCN的測定主要有連續流動法和離子色譜法[11-12]，連續流動法常用異煙酸-巴比妥酸體系進行顯色反應，顯色后溶液呈藍色，檢測僅需要2 min，但存在一定干擾；而離子色譜法用銀電極-電導檢測器進行檢測CN-，煙氣樣品釋放量高往往需要稀釋，且樣品檢測時間30 min，但干擾較小。目前行業廣泛采用連續流動法測定卷煙主流煙氣中HCN釋放量，而卷煙濾嘴中HCN截留量國內外尚無相關測定方法。卷煙濾嘴用接裝紙往往經過印刷，給樣品檢測帶來干擾，因此，本研究建立了SPE凈化-連續流動分析法快速測定卷煙濾嘴中HCN的截留量，取得了滿意效果，對卷煙濾嘴評估、科學設計卷煙濾嘴及探索采用濾嘴降低卷煙煙氣中HCN釋放量等工作具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

（1）卷煙：帶有醋纖濾嘴、丙纖濾嘴、紙濾嘴和活性炭濾嘴的的市售卷煙。

（2）試劑：鄰苯二甲酸氫鉀（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）、氯胺T（分析純，天津市科密歐化學試劑開發中心）、異煙酸（分析純，美國百靈威公司）、巴比妥酸（分析純，美國百靈威公司）、氫氧化鈉（分析純，美國百靈威公司）、氰離子標準溶液（50 mg/L，中國計量科學研究院）。

工作標準溶液：分別移取不同體積的氰離子標準溶液，用0.1 mol/L的氫氧化鈉作為稀釋溶液，制備濃度為0、0.25、0.50、1.0、2.0和3.0 mg/L工作標準液。

（3）儀器：吸煙機（SM450，英國CERULEAN公司）、連續流動分析儀（AA3，BRAN+RUBBE公司）、電子天平（感量0.0001 g，德國Sartorius公司）、調速振搖器（HY-8、常州國華電器有限公司）、精密pH計（雷磁PHSJ-4F，上海儀電儀器有限公司）、活性炭SPE小柱（250 mg，6 mL，上海安譜實驗科技股份有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 卷煙抽吸

將卷煙樣品置于（22±1）℃，相對濕度為（60±5）%的環境中平衡48 h，按平均質量±0.02 g/支和平均吸阻±49 Pa/支分選，然后按照YC/T 29—1996標準抽吸方法抽吸4支卷煙樣品，收集抽吸后的試驗卷煙濾嘴（應去除濾嘴前端的煙絲和未包裹絲束的接裝紙）。

1.2.2 樣品分析

將4個抽吸后的濾嘴沿縱向切開，去除濾嘴前端煙絲后，放入50 mL的磨口三角瓶中，準確加入25 mL 0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液，振蕩萃取30 min，再取5 mL萃取液用固相萃取活性炭SPE小柱凈化后（500 mg，6 mL），得到樣品制備液，然后采用連續流動分析儀進行測定。樣品應在6小時內進行分析。

2 結果和討論

2.1 樣品萃取溶液的確定

卷煙濾嘴分別采用0.01、0.05、0.1、0.2、0.5和1.0 mol·L-1的氫氧化鈉水溶液進行萃取，然后按照實驗分析方法進行連續流動分析，結果見圖1。

圖1 樣品萃取溶液濃度的選擇Fig.1 Selection of extraction solvent

從圖1可以看出，隨著濾嘴萃取溶液濃度的增加，濾嘴中HCN截留量測定結果逐漸增加，在0.1 mol/L時達最大值，然后不再發生顯著變化，因此選擇0.1 mol/L氫氧化鈉作為萃取溶液。

2.2 萃取溶液凈化處理

由于采用0.1 mol/L 氫氧化鈉溶液作為萃取液萃取卷煙濾嘴，濾嘴中著色劑在堿性溶液中易褪色，對連續流動法顯色測定結果有影響。因此，實驗選擇活性炭小柱對萃取溶液進行凈化處理。

空白濾嘴進行卷煙抽吸后，進行HCN不同添加量實驗，萃取液用固相萃取活性炭SPE小柱凈化后，然后進行連續流動法測定加標回收率。結果如表1所示。

表1 空白濾嘴加標回收率Tab.1 Recovery of blank filter sample

分別取5.0 mL濃度為0.25、1.0和2.0 mg/L的工作標準溶液，經活性炭SPE小柱過濾后，用0.1 mol/L氫氧化鈉溶液定容于10 mL，用實驗方法進行測定 HCN，結果見表2。

表2 活性炭 SPE小柱過濾的體積效應Tab.2 Volume effect of solid phase extraction

結果表明：活性炭SPE小柱很容易將樣品過濾至澄清狀態，對樣品HCN測定結果沒有影響，且經活性炭SPE小柱未產生體積效應。因此實驗選擇活性炭小柱凈化濾嘴萃取溶液。

2.3 三乙酸甘油酯對卷煙濾嘴中 HCN截流量的影響

通常情況下卷煙濾嘴中三乙酸甘油酯含量約為8%，在濾嘴萃取過程中，卷煙濾嘴中三乙酸甘油酯隨CN-進入萃取液，可能影響HCN的測定，因此實驗研究了三乙酸甘油酯對HCN測定的影響。將不同量的三乙酸甘油酯添加到4.0 mg/L HCN標準溶液中，然后采用連續流動法測定。

圖2 三乙酸甘油酯對卷煙濾嘴中HCN截流量的影響Fig 2 Effect of glycerol triacetate on hydrogen cyanide retenti on in cigarette filter

從圖2可以看出，隨著三乙酸甘油酯添加量的增加，HCN的測定結果沒有發生顯著變化。結果表明三乙酸甘油酯對卷煙濾嘴HCN截流量的測定無影響。

2.4 方法評價

2.4.1 工作曲線、檢出限（LOD）和定量限（LOQ）

測定的線性范圍為6.2×10-2mg/L～15.0 mg/L，回歸方程為A =1.05C－0.178，相關系數r=0.9999。檢出限（LOD）和定量限（LOQ）是由最低濃度的標準溶液10次測定結果的標準偏差的3倍和10倍來確定的。測得LOD為1.85×10-2mg/L，即0.116 μg/支；LOQ 為 6.17×10-2mg/L，即 0.386 μg/支。

2.4.2 空白試驗

取4個未抽吸的卷煙濾嘴置于三角瓶中，按照實驗方法進行HCN測定，結果均為未檢出，表明未抽吸的卷煙濾嘴中不含有HCN。

2.4.3 回收率

分別采用空白卷煙濾嘴和抽吸卷煙濾嘴進行不同添加量實驗，卷煙濾嘴中HCN截留量為11.5 μg/個（n=6）?？瞻诪V嘴和抽吸卷煙濾嘴采用實驗方法進行樣品制備。分別加入25 mL 含有CN-濃度為1.0、2.0和3.0 mg/L的0.1 mol/L氫氧化鈉溶液進行萃取，然后進行連續流動法測定加標回收率。結果如表3所示。

表3 加標回收率Tab.3 Recovery rate

從表3可以看出，方法加標回收率在97.7%～105%之間，且相對標準偏差RSD=2.30%（n=12）。

2.4.4 重復性

分別在12個抽煙機通道抽吸4輪同一卷煙樣品制得12個樣品，按照實驗方法處理樣品后，然后在連續流動分析儀上進行檢測，得到6次卷煙濾嘴HCN截留量測定結果，分別為11.8、11.5、11.5、11.6、11.3和11.8 μg/個，相對標準偏差1.68%（n=6）。

2.5 濾嘴類型對煙氣中 HCN截留量的影響

選擇行業常用4種卷煙濾嘴：醋纖濾嘴、活性炭濾嘴、丙纖濾嘴、紙濾嘴，每種卷煙樣品抽吸4平行，抽吸后，分別用20 mL含有CN-濃度為0、0.5、1.5和3.0 mg/L的0.1 mol/L 氫氧化鈉溶液進行萃 取和測定。結果（表4）顯示加標回收率在96.7%～105%之間，表明方法對4種常用卷煙濾嘴中HCN截留量的測定具有較好的回收率。

表4 濾嘴類型中 HCN截留量測定影響Tab.4 Effect of different filter types on hydrogen cyanide ret ention

此外，采用醋纖濾嘴、活性炭濾嘴、丙纖濾嘴、紙濾嘴4種卷煙，考察了方法測定不同濾嘴類型卷煙的重復性。結果（表5）顯示4種卷煙樣品濾嘴中HCN截留量測定結果相對標準偏差均小于7.0%。

表5 濾嘴中 HCN截留量的重復性Tab.5 Repeatability of hydrogen cyanide retention in the filt er μg/個

3 結論

研究建立了卷煙濾嘴中HCN截留量的測定方法，考察了萃取溶液、萃取溶液的凈化處理及三乙酸甘油酯對卷煙濾嘴HCN截留量測定的影響。方法前處理簡便、能夠測定卷煙抽吸后濾嘴對HCN的截留量，結果準確可靠、重現性好，適合于行業常用卷煙濾嘴中HCN截留量的測定。

[1]Hoffmann D.Hoffmann I.The changing cigarette: chemical studies and bioassays[M].National Cancer Institute’s (NCI)smoking and tobacco control program monograph series 13: risks associated with smoking cigarettes with low tar machine-measured yield of tar and nicotine.2001.

[2]Health Canada.Backgrounder on constituents and emissions reported for cigarettes sold in Canada-2004[EB/OL].(2006-06-26) [2014-05-26].http://www.hc-sc.gc.ca/hl-vs/ tobactobac/legislation/reg/indust/constitu_e.html.

[3]謝劍平,劉惠民,朱茂祥,等.卷煙煙氣危害性指數研究[J].煙草科技.2009（2）: 5-15.

[4]Prasad S K,Ashley M,Tran M.Role of product design and smoking behavi our on mouth level exposure to tar and nicotine among Braz ilian and German smokers[C].France:Smoke S cience / Product Technology Joint Study Group Meeting of CORESTA,2009.

[5]Mariner D C,Ashley M,Errington G,et al.Cross-sectional study of cigarette smoke exposure in eight countries [C].France：Smoke Science / Product Technology Joint Study Group Meeting of CORESTA,2009.

[6]胡念念,庹蘇行,戴云輝.卷煙濾嘴對卷煙主流煙氣中氨截留的研究[C]//青島：第13屆離子色譜學術報告會論文集,2010.

[7]庹蘇行,胡念念,戴云輝.LC-MS/MS法檢測卷煙濾嘴截留的煙氣TSNAs[J].煙草科技.2008（12）: 42-46.

[8]劉秀彩,徐建榮,余玉梅,等.卷煙主流煙氣中As、Cd、Pb的濾嘴截留效率測定[J].中國煙草學報,2013,19(6): 19-24.

[9]韶濟民,劉惠民,夏巧玲,等.卷煙煙氣中煙草特有亞硝胺的濾嘴截留效率測定[J].煙草科技，2010（7）: 34-38.

[10]韓敏.卷煙濾嘴對卷煙主流煙氣有害成分截留效率研究[D].長沙: 中南大學,2010.

[11]YC/T 253-2008 卷煙 主流煙氣中氰化氫的測定 連續流動法[S].

[12]YC/T 403-2011 卷煙 主流煙氣中氰化氫的測定 離子色譜法[S].

Determination of hydrogen cyanide retention in cigarette flters with continuous fow analysis

GUO Junwei,SHANG Pingping,CAI Junlan,ZHAO Le,LIU Huimin,an d WANG Hongbo
Zhengzhou Tobacco Research Institute,China National Tobacco Corporation,Zhengzhou 450001,China

A method for the determination of hydrogen cyanide retained by cigarette filters was established through continuous flow analysis.The method had good linearity (with correlation coefficient of 0.9999) and the limit of detection was 0.116 μg/cig.The recoveries were in the range of 97.7% to 105% with RSD of 1.68%(n=6).Results indicated that the method was simple,rapid and accurate,and was suitable for determining hydrogen cyanide retention by tobacco filters.

continuous flow analytical method;filter;hydrogen cyanide;retention

郭軍偉,尚平平,蔡君蘭,等.連續流動分析法測定卷煙濾嘴中氰化氫的截留量[J].中國煙草學報，2015,21（3）

鄭州煙草研究院科技項目“基于濾嘴分析的吸煙者煙氣主要有害成分暴露量評估方法研究”（項目合同號：YKJSS201102）

作 者：郭軍偉(1981—），碩士，工程師，主要從事煙草化學研究，Tel：0371-67672399，Email: 4531612@163.com

王洪波（1975—），Email: whbhn@126.com

2014-04-02

: GUO Junwei,SHANG Pingping,CAI Junlan,et al.Determination of hydrogen cyanide retention in cigarette filters with continuous flow analysis [J].Acta Tabacaria Sinica,2015,21(3)