靜態頂空-氣相色譜-質譜法測定煙用絲束中丙酮殘留量

羅 熹， 云 雪， 王加忠， 姬厚偉， 賴東輝， 劉 劍

(貴州中煙工業有限責任公司技術中心， 貴州 貴陽 550009)

丙酮作為一種常用的工業溶劑，在煙用二醋酸纖維絲束生產過程中主要被用來將二醋酸纖維素片溶解成漿液，經過一系列工序加工成產品[1]。由于煙用二醋酸纖維絲束具有特殊的形態結構和化學組成，使其完全去除殘留的丙酮較為困難，而煙用二醋酸纖維絲束作為卷煙濾嘴主要生產加工原料，其中的丙酮又具一定的危害[2]，其在絲束中的殘留會直接影響到卷煙的吸食安全。行業標準YC/T 26-2008明確規定：殘留丙酮量應≤0.3%[3]，但YC/T 169.10-2009所規定的殘留丙酮的檢測方法較為繁瑣、耗時，已不能滿足當前檢測需求[4]，因此尋求快速、簡便、準確的檢測方法尤為重要。目前丙酮含量的測定方法主要有氣相色譜[5-7]、氣相色譜-質譜法[8-9]、高效液相色譜法[10-11]及激光光譜法[12]等。高效液相色譜法通常需要衍生化，較為繁瑣。目前使用較多的是氣相色譜法，因丙酮低沸點的特點，溶劑萃取的前處理方法逐漸被頂空[13-15]、吹掃捕集[16]、吸附管采集[17]、頂空固相微萃取[18-19]和頂空液相微萃取[20]等方法取代。而靜態頂空分析(Static headspace，SHS)是在密閉容器中和一定溫度下，試樣中的揮發性有機化合物在氣相和基質(液相或固相)之間達到平衡時，將氣相部分導入儀器分析的一種前處理手段[21-22]，因其快速、高效及無需復雜的樣品前處理，近年來在食品、醫藥和化工等多領域得到廣泛應用[23]。針對現有煙用絲束中殘留丙酮含量分析方法的不足，筆者等將SHS與氣相色譜-質譜(GC-MS)結合，以建立一種簡便、準確、快速檢測煙用絲束中殘留丙酮含量的分析測定方法，旨在為煙用絲束的產品質量安全提供技術支撐。

1材料與方法

1.1材料

試驗材料：煙用二醋酸纖維絲束，貴陽卷煙廠提供。

試劑：丙酮(99%，北京百靈威科技有限公司)，三乙酸甘油酯(AR，國藥集團化學試劑有限責任公司)，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(HPLC，北京百靈威科技有限公司)，二甲基亞砜(DMSO)(HPLC，北京百靈威科技有限公司)。

儀器：TriplusRSH-Trace1310-ISQLT型氣相色譜-質譜聯用儀(美國thermofisher公司)，ML204型電子分析天平(感量：0.1 mg，瑞士梅特勒-托利多公司)，Milli-Q Integral純水/超純水系統(德國默克公司)，移液槍1 000 μL(美國eppendorf公司)。

1.2方法

1.2.1標準溶液配制準確稱取丙酮0.3 g(精確至0.1 mg)置于50 mL容量瓶中，再以三乙酸甘油酯配制定容，配制成濃度為6 mg/mL的標準儲備液。

系列標準工作溶液以三乙酸甘油為溶劑。分別取5 mL、2 mL、1 mL的標準溶液儲備液于3個50 mL容量瓶中，用三乙酸甘油酯定容，搖勻，分別得到0.6 mg/mL、0.24 mg/mL、0.12 mg/mL的標準工作溶液。分別取5 mL、3 mL、1 mL的0.6 mg/mL的標準工作溶液于3個50 mL的容量瓶中，用三乙酸甘油酯定容，搖勻。分別得到0.06 mg/mL、0.036 mg/mL、0.012 mg/mL的標準工作溶液。

1.2.2儀器工作條件

1) SHS條件。樣品平衡溫度80℃，樣品環溫度160℃，傳輸線溫度180℃；樣品平衡時間20 min。樣品瓶加壓壓力130 Kpa，加壓時間0.20 min，充氣時間0.5min。樣品環平衡時間0.2 min，進樣時間1.0 min。

2) GC-MS條件。色譜柱為TG-624 毛細管柱(60 m×0.32 mm×1.8 μm)，進樣口溫度180℃，載氣為高純氦氣(99.999%)，流速1.0 mL/min(恒流模式)，分流比為10∶1。升溫程序：40℃保持2 min，以4℃/min的速率升溫至80℃，再以30℃/min的速率升溫至200℃，保持10 min。傳輸線溫度280℃，離子源溫度290℃，溶劑延遲5 min。電離方式為EI源，電離能量70 eV。掃描方式：全掃描(Scan)和選擇離子檢測(SIM)。

1.2.3目標檢測物的定性與定量采用比較保留時間、標樣加入法定性，SIM模式下外標法定量。其中丙酮的保留時間為7.74 min，定量離子m/z為43，輔助定性離子m/z為58。

1.2.4基質校正劑選擇為能有效地消除樣品的基質效應，準確地進行定量分析，選擇定量分析樣品與標準溶液具有相同的基質。試驗以水、三乙酸甘油酯、DMF和DMSO溶劑為基質校正劑，考察不同基質校正劑對氣相色譜-質譜聯用儀響應面積的影響。

1.2.5頂空條件的優化

1) 平衡時間的選擇。將0.12 mg/mL丙酮標準溶液1 mL加入到0.1 g絲束樣品中，平衡溫度為80℃，平衡時間分別為5 min、10 min、15 min、20 min和25 min，進色譜柱進行檢測，考察不同平衡時間對丙酮含量的影響。

2) 平衡溫度選擇。將0.12 mg/mL丙酮標準溶液1 mL加入到0.1 g絲束樣品中，平衡時間20 min，平衡溫度分別為50℃、60℃、70℃、80℃和90℃，進色譜柱進行檢測，考察不同平衡溫度對丙酮含量的影響。

1.2.6試樣重量選擇由于頂空瓶體積是固定的，樣品稱取量的大小決定其占有頂空瓶中的體積大小，其將直接影響待測組分的分配系數，也直接影響頂空分析靈敏度。樣品量越大待測組分的分配系數越小，則樣品體積波動所造成的結果誤差就越大；反之，影響就越小。因此通過不同稱樣量對比分析，確定最佳稱樣量。分別稱取0.05 g、0.1 g、0.15 g、0.2 g和0.3 g絲束樣品于頂空瓶中，加入1 mL三乙酸甘油酯，進行SHS-GC-MS分析，考察不同試樣重量對丙酮響應面積的影響。

1.2.7方法學考察

1) 工作曲線及檢測限。分別對6個不同濃度的標準溶液(0.6 mg/mL、0.24 mg/mL、0.12 mg/mL、0.06 mg/mL、0.036 mg/mL和0.012 mg/mL)進行SHS-GC/MS分析，采用外標法定量，用丙酮色譜峰面積對其質量濃度進行回歸分析，得到回歸方程及其相關系數，其中y為目標化合物色譜峰峰面積，x為相應目標化合物質量濃度。檢出限(LOD)和定量限(LOQ)分別是采用3倍信噪比和10倍信噪比計算。

2) 回收率和重復性。在已知濃度樣品(0.06 mg/mL)中分別加入0.01 mL、1.2 mg/mL、3.6 mg/mL、6 mg/mL的丙酮溶液，采用SHS-GC-MS法測定相應的丙酮并進行回收率和重復性測定，每個質量濃度水平測定6次(n=6)，并根據測定量、加標量和原含量計算回收率。

1.2.8樣品的測定選取不同的5種樣品進行檢測，稱取一定量的樣品置入20 mL頂空瓶中，在篩選的最佳條件下進行測定。

式中:X為試樣中丙酮殘留量(mg/g)，C為標準工作曲線上讀取的試樣溶液中丙酮的濃度(mg/mL)，C0為標準工作曲線上讀取的空白試驗中丙酮的濃度(mg/mL)，V為基質校正劑的體積(mL)，m為試樣的質量(g)。

2結果與分析

2.1煙用絲束中的丙酮色譜形態

由圖1可知，待測物的色譜峰峰形良好，無干擾峰，達到基線分離，能滿足定量分析的要求。

圖1標準樣品(A)和試驗樣品(B)選擇離子色譜圖

Fig.1 Selected ion chromatogram of standard sample (A) and test sample (B)

2.2不同基質校正劑對氣相色譜-質譜聯用儀響應面積的影響

從圖2可知，在頂空溫度為80℃，三乙酸甘油酯作為基質校正劑時，氣相色譜-質譜聯用儀響應面積最大，水作為基質校正劑的響應面積最低?？赡苁窃?0℃下水不能溶解絲束形成均勻液體，而三乙酸甘油酯、DMF和DMSO均可在平衡溫度下將絲束溶解并形成均勻液體，使丙酮更容易擴散出來形成氣液平衡，而三乙酸甘油酯作為校正劑待測物的響應面積略高于DMF和DMSO的響應面積。因此，選用三乙酸甘油酯作為基質校正劑。

圖2 不同頂空校正劑的氣相色譜-質譜聯用儀的響應面積

Fig.2 Response area of SHS-GC-MS under different matrix correction agents

2.3不同頂空條件對丙酮含量的影響

2.3.1平衡溫度從圖3可知，丙酮的響應隨平衡溫度的升高而增大。為避免溫度越高對色譜柱造成的負擔和其他揮發性成分的干擾，同時保證目標分析物的靈敏度，選擇80℃作為頂空平衡溫度。

圖3不同頂空條件下的丙酮含量

2.3.2平衡時間從圖3可知，在試驗條件下，丙酮響應色譜圖峰面積平衡時間10～20 min略有上升，20～25 min略有下降。由于丙酮沸點較低，易揮發，相對平衡時間影響較小，當平衡時間為20 min時，即可在氣相和基質之間達到平衡。因此，選擇平衡時間為20 min。

2.4不同試樣質量的丙酮響應面積

由圖4可知，當稱樣量由0.05 g增加到0.15 g時，丙酮的響應面積呈線性增加，而0.15 g增加到0.3 g時，丙酮的響應面積增加趨緩，主要是由于隨著稱樣量增加，待測組分的分配系數越小，丙酮氣液分布逐漸達到飽和所導致。因此，選擇0.1 g稱樣量較為合適。

圖4 不同試樣質量的丙酮響應面積

2.5工作曲線及方法的檢測限、回收率和精密度

2.5.1工作曲線及方法的檢測限經檢測與計算，煙用絲束中丙酮的線性回歸方程為y=-126 470+192 812 000x相關系數r=0.999 8，檢出限(LOD)為0.12 μg/g，定量限(LOQ)為0.4 μg/g，測定方法具有較好的線性關系和較高的靈敏度。

2.5.2加標回收率、精密度從表1可知，在已知濃度樣品中加入低(0.012 mg)、中(0.036 mg)、高(0.06 mg)濃度標準溶液的加標回收率為102.22%～120.56%，相對標準偏差RSD為2.03%～4.13%，表明測定方法的準確性和精密度較好。

表1丙酮的加標回收率和精密度(n=6)

2.6樣品中的丙酮含量

隨機抽取5個樣本進行測定，其丙酮含量分別為0.37 mg/g、0.46 mg/g、0.20 mg/g、0.10 mg/g和0.41 mg/g?？梢?，被檢測樣品均未超標，滿足生產需求。

3結論

試驗通過對頂空基質校正劑、頂空平衡溫度和時間、試樣重量等條件的優化選擇，建立了煙用絲束中殘留丙酮含量的靜態頂空-氣相色譜-質譜聯用方法。最終確定以三乙酸甘油酯作為基質校正劑，樣品經80 ℃、20 min靜態頂空后，采用TG-624柱，GC-MS/選擇離子監測(SIM)模式檢測，外標法定量。該方法加標回收率為102.22%～120.56%，相對標準偏差RSD<4.13%，具有重復性好、準確性高、快速靈敏等特點，同時該方法避免了低沸點待測物溶劑萃取步驟繁瑣、耗時且溶劑萃取時容易導致待測物損失的缺陷，適合于煙用絲束中殘留丙酮含量的測定。