氣相色譜—質譜法測定電子煙油中五種酮

羅昭曄

(廣東徳之馨生物科技有限公司,廣東 深圳 518106)

因各國政府不斷加強控煙措施,用于戒煙或者替代傳統卷煙的新式煙草——電子煙流行起來[1]。奶味香精是食品工業中應用最為廣泛的香精之一,因與其結構相似的雙乙酰(又名2,3-丁二酮、丁二酮)、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮以及乙偶姻(又名3-羥基丁酮)具有奶油香氣,均可能作為香精原料被添加進電子煙油中[2-3],然而這些成分具有一定毒性。排查煙油中該類化合物的含量水平,從食品安全的角度考慮,尤為必要。人體可被2,3-戊二酮、雙乙酰在電子煙霧化過程中產生的細微顆粒造成一定的危害,甚至可形成“爆米花肺”[4-5]。雙乙酰具有導致閉塞性細支氣管炎、誘導氧化應激等毒性作用,食品中雙乙酰的安全性問題引起了國內外的廣泛關注[6-7]。為管控其使用量,部分國家陸續出臺了相應的法規[8]。T/CECC 2—2021《電子霧化液安全技術規范》中國電子商會發布的團體標準中規范了2,3-丁二酮、2,3-戊二酮、3-羥基丁酮含量不得大于20 mg/kg[9];SZDB/Z 157—2015《電子煙霧化液產品通用技術要求要求》中規定了2,3-丁二酮含量小于10 mg/kg[10]。為了定量電子煙油中甲醛、乙醛、丙烯醛、雙乙酰的含量,杜茹蕓等[11]用的是高效液相色譜法,該方法需要衍生,前處理耗費較長的時間,不確定因素較多,且只能測五種酮中的雙乙酰。目前,測定2,3-己二酮、2,3-庚二酮的方法還沒有公布,也沒有同時測定本文中五種酮的方法。氣相色譜法僅通過保留時間定性,結果不夠準確,不同產品中的化合物含量差異較大,其檢出限未必能滿足測試要求。氣相色譜—質譜法定性專屬性強、靈敏度高、定量準確,適合電子煙油中五種酮的定量分析。本文采用氣相色譜—質譜法同時測定電子煙油中五種酮的含量。

1 試驗部分

1.1 設備與試劑

設備:GC—MS(Agilent),渦旋振蕩儀。

主要試劑:甲醇(色譜純,購于CNW);雙乙酰標準品(純度≥98%,購于LGC);2,3-戊二酮標準品(純度≥98%, 購于羅恩);2,3-己二酮標準品(純度≥98%,購于麥克林);2,3-庚二酮標準品(純度≥98%,購于CNW);乙偶姻標準品(純度≥98%,購于CNW)。

1.2 實驗方法

1.2.1 儀器條件

1.2.1.1 色譜條件

色譜柱為DB-WAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm);載氣為氦氣,恒流模式1.5 mL/min;進樣口溫度:250 ℃;進樣量1 μL,分流比10∶1;程序升溫:初始柱溫50 ℃,保持2 min,以5 ℃/min升溫至100 ℃,保持2 min,再以30 ℃/min升溫至230 ℃,保持5 min。

1.2.1.2 質譜條件

傳輸線溫度:250 ℃;四級桿溫度:150 ℃;離子源溫度:250 ℃;溶劑延遲:5.6 min;掃描方式:Scan+SIM,Scan定性,SIM定量,各目標化合物特征離子選擇見表1。

表1 特征離子

1.2.2 配制標準溶液

準確稱取10.0 mg(精確到0.1 mg)雙乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮以及乙偶姻至5個10 mL玻璃容器中,加入PG、VG質量比為4∶1混合基液至10 g,混勻,得到含量為1 000 mg/kg的標準儲備液;準確稱取0.1 g(精確到0.1 mg)雙乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮標準儲備液至同一10 mL容量瓶中,甲醇定容、混勻;再準確稱取0.1 g(精確到0.1 mg)乙偶姻標準儲備液至另一10 mL容量瓶中,甲醇定容、混勻,分別得到10 mg/L的雙乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮混合標準溶液和10 mg/L的乙偶姻標準溶液。

分別準確移取50,100,200,500和1 000 μL 10 mg/L的雙乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮混合標準溶液和10 mg/L的乙偶姻標準溶液至不同1 mL容量瓶中,甲醇定容,配制成質量濃度為0.5,1.0,2.0,5.0,10.0 mg/L的雙乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮混合標準系列溶液和乙偶姻標準系列溶液。

1.2.3 處理樣品

準確稱取1.0 g(精確到0.1 mg)電子煙油樣品于10 mL容量瓶中,加入甲醇溶解并定容至刻度,渦旋振蕩5 min,過0.22 μm有機相濾膜得到待測樣品。

2 結果與討論

2.1 選擇毛細管色譜柱

在開發方法的過程中,對比了不同色譜柱的分離效果。實驗條件相同的情況下,對HP-5MS[60 m×0.25 mm×0.25 μm,填充物為(5 %)-二苯基(95 %)-二甲基亞芳基硅氧烷共聚物]弱極性色譜柱和DB-WAX(60 m×0.25 mm×0.25 μm,填充物為聚乙二醇)極性柱進行實驗對比,使用HP-5MS時,目標物峰型不佳、分離度不高(圖1),而使用DB-WAX極性柱進行測試時,五種化合物的色譜峰峰形佳,分離度較高(圖2)。

1-雙乙酰;2-2,3-戊二酮;3-2,3-己二酮;4-2,3-庚二酮。

1-雙乙酰;2-2,3-戊二酮;3-2,3-己二酮;4-2,3-庚二酮。

2.2 選擇溶劑

將甲醇和乙醇作為樣品溶劑選擇,經過測試發現,以乙醇作為樣品溶劑時,雙乙酰的保留時間離溶劑很近,得不到較好的峰形和分離度,且會對目標物的定性、定量造成干擾(圖3)。以甲醇作為樣品溶劑,其沸點較乙醇低,相對分子質量較乙醇小,保留時間在乙醇之前,與雙乙酰的保留時間不接近,且特征離子不同,在選擇離子監測掃描模式下,甲醇不出峰(圖4)。

乙醇(RT:6.009 min);雙乙酰(被乙醇峰覆蓋);2,3-戊二酮(RT:8.461 min);2,3-己二酮(RT:10.306 min);2,3-庚二酮(RT:13.215 min);乙偶姻(RT:15.279 min)。

雙乙酰(RT:6.703 min);2,3-戊二酮(RT:8.377 min);2,3-己二酮(RT:10.245 min);2,3-庚二酮(RT:13.184 min);乙偶姻(RT:15.263 min)。

2.3 混合標準溶液配制的選擇

標準溶液的配制決定了校準曲線的相關系數以及樣品的定量準確度。在配制五種混合物的混合標準溶液過程中發現,雙乙酰和乙偶姻同時存在會影響定量的準確度,因此將乙偶姻配制為單標,其他四種酮配制混標。

2.4 校準曲線相關系數、檢出限及測定下限

分別進樣1 μL的標準系列溶液,以濃度為橫坐標、峰面積為縱坐標繪制校準曲線,通過最小二乘法計算得出線性回歸方程。選取陰性樣品,按照本方法并向其中加入接近于低質量濃度(0.5 mg/L)的目標物,重復測試7次,計算其標準偏差,方法的檢出限為3.143倍標準偏差,以3.3倍方法檢出限為方法的測定下限,結果見表2。

2.5 準確度與精密度

選取陰性樣品,添加三個濃度水平的五種酮的標準溶液,每個添加水平平行測定六次,計算其加標回收率及精密度。五種酮的加標回收率都在80%～120%,精密度RSD≤5%,結果見表3。

表3 加標回收率和精密度

2.6 樣品測定

按試驗方法測定了24種不同口味的煙油,其中19種口味的煙油有檢出雙乙酰,檢出率約為79.2%,13種口味的煙油有檢出乙偶姻,檢出率約為54.2%。所測的煙油樣品里只有苦咖啡煙油里有檢出170.8 mg/kg的2,3-戊二酮,2,3-己二酮、2,3-庚二酮在所測煙油里均未檢出。苦咖啡、摩卡咖啡、卡布奇諾、焦糖瑪奇朵等咖啡味的煙油皆有檢出雙乙酰或乙偶姻;芝士蛋糕、草莓冰淇淋、益力多、牛軋糖、面包等有奶味口味的煙油皆有檢出雙乙酰和乙偶姻;棉花糖、麥香、玉米、花生、歐洲香草、法式香草、巧克力等帶有特殊香味口味的煙油,皆有檢出雙乙酰或乙偶姻;雪茄、萬寶路、津巴布韋、法國煙斗等傳統卷煙口味的煙油,皆有檢出雙乙酰。荔枝味、楊梅味、蘋果味、綠茶味煙油五種酮均未檢出。說明水果味等植物口味的煙油很少含有五種酮;而奶香味、咖啡等特殊香味口味的煙油中,含有雙乙酰或乙偶姻可能性比較大;傳統卷煙口味的煙油皆僅檢出雙乙酰。測試結果見表4。

表4 不同口味煙油測試結果

目前市面上的煙油產品內所含奶味等特殊香味口味的物質,主要是雙乙酰和乙偶姻,且檢出的雙乙酰和乙偶姻的含量大部分超過當地法規要求的限值,相關單位應加強電子煙中違禁物質的管控。

3 總結

建立了用GC-MS測定電子煙油中雙乙酰、2,3-戊二酮、2,3-己二酮、2,3-庚二酮以及乙偶姻的分析方法,方法操作簡便快捷、重現性好、靈敏度和準確度高。煙油中的成分較為復雜,存在部分特征離子相同的化合物,質譜儀只采用選擇離子監測模式(SIM)掃描,定性不夠準確;若只采用全掃描模式(Scan),煙油中物質會對目標化合物的定量造成干擾,無法準確定量;本方法采用全掃描定性、選擇離子監測模式定量,能夠很好地定性定量目標化合物,適用于電子煙油中上述五種酮的測定。