静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中7种苯系物的方法

摘要

本发明涉及一种静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中7种苯系物的方法，属于卷烟用材料的理化检验技术领域。为了选择性测定烟用白乳胶中7种苯系物，建立了静态顶空-气相色谱质谱选择离子定量的测定方法。烟用白乳胶样品经140oC、30min静态顶空后，以2-己酮为内标，采用HP-INNOWAX柱，气相色谱-质谱选择离子模式检测，内标法定量。该测定方法对7种苯系物的定量检测限为0.008~0.01mg/kg；加标回收率分别为88.9~104.5%；相对标准偏差小于5%。该测定方法避免了溶剂萃取的繁琐步骤，通过选择离子检测定量，大大提高了检测灵敏度，且干扰因素少、操作简单而且灵敏度和重复性好。

说明书

技术领域

本发明涉及一种静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中7种苯系物的方法， 属于卷烟用材料的理化检验技术领域。

背景技术

烟用白乳胶是卷烟生产过程中不可缺少的材料，如接装胶、搭口胶，包装胶等，由于其 在生产和加工过程中往往会被带入一些苯、甲苯、乙苯等苯系物的有害成分。苯系物即苯、 甲苯、乙苯、(邻、间、对)-二甲苯、苯乙烯等含有单环芳烃化合物的统称，由于这类化合 物均对人体有急性或慢性、直接或间接的致毒作用，有的还能积累在组织内部改变细胞的 DNA结构，严重危害人体健康，因此这类化合物的存在不仅对卷烟的吸食品质产生严重影响， 而且直接影响到卷烟的吸食安全性。综上所述，对烟用白乳胶中的苯系物的分析监控对卷烟 的吸食品质和安全性有重要的指导意义。

目前苯系物的检测传统的前处理手段主要有顶空直接进样、吹扫捕集、顶空液相萃取、 顶空固相微萃取等结合气相色谱和气相色谱质谱联用技术在环境、医药、食品等多个分析领 域被广泛应用。本发明考虑到烟用白乳胶特殊理化特性，选择了静态顶空-气相色谱-质谱技 术联用选择性测定烟用白乳胶中色苯系物。静态顶空分析(static headspace，SHS)是对处于 已达到平衡的密闭容器中液体或固体样品的顶空气体进行分析的一种方法。其直接取顶空气 体对样品中的挥发性成分进行分析，能有效地排除样品基质对分析的干扰，无需复杂的样品 预处理过程，测定过程简便、快速，因而近年来在食品安全、医药分析、工业产品等多个分 析领域得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中7种苯系 物的方法。本发明针对现有烟用白乳胶中苯系物残留分析方法的不足，将静态顶空SHS与 气相色谱质谱(GC/MS)结合，建立一种简便、准确、快速选择性检测烟用白乳胶中苯系 物残留的SHS-GC/MS方法。

本发明的静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中7种苯系物的方法，以2- 己酮为内标物，采用静态顶空平衡、气相色谱-质谱选择离子模式测定烟用白乳胶中7种苯 系物的含量，其中，气相色谱采用HP-INNOWAX色谱柱，含量测定采用内标法定量。

较佳的，所述烟用白乳胶中7种苯系物为苯、甲苯、乙苯、邻-二甲苯、间-二甲苯、 对-二甲苯和苯乙烯。

所述静态顶空-气相色谱质谱选择性测定烟用白乳胶中7种苯系物的方法，具体包括如 下步骤：

(1)苯系物混合标准溶液的配制：准确称取7种苯系物的纯物质，用三乙酸甘油酯配 成混合标准溶液；还可以稀释成一定的浓度作为贮备标准溶液备用；

(2)加有内标的基质校正剂的配制：准确称取内标物2-己酮，用三乙酸甘油酯配成2- 己酮的三乙酸甘油酯溶液，获得加有内标的基质校正剂，并作为基质溶剂备用；

较佳的，所述加有内标的基质校正剂的配制，还可以采用内标溶液进行配制。所述内标 溶液的配制为：准确称取内标物2-己酮，用三乙酸甘油酯配成2-己酮的三乙酸甘油酯溶液， 作为内标溶液；

(3)苯系物混合标准溶液的检测和标准曲线的绘制：准确移取步骤(1)获得的混合 标准溶液多份，分别加入一定量步骤(2)获得的基质溶剂，并用三乙酸甘油酯定容获得一 系列不同浓度梯度的混合标准溶液，分别将这一系列不同浓度梯度的混合标准溶液进行静 态顶空平衡后，分别放入顶空进样器并进行SHS-GC/MS检测；以每一种苯系物的色谱峰面 积与内标峰面积比值Y为纵坐标、其相应质量浓度X(mg/L)为横坐标绘制各苯系物的标 准曲线，计算得到各标准曲线的回归方程；

(4)样品的静态顶空处理：将烟用白乳胶样品置于顶空瓶中，加入所配制的基质溶剂， 将获得的待测样品溶液迅速密封，进行静态顶空平衡后待测；

(5)烟用白乳胶样品中7种苯系物的含量测定：将静态顶空平衡后的待测样品溶液放 入顶空进样器进行SHS-GC/MS检测，将得到的各苯系物的峰面积与内标2-己酮的峰面积 之比分别代入相应的回归方程中，可得到烟用白乳胶样品中7种苯系物的相应残留含量。

较佳的，步骤(1)中，混合标准溶液中每种苯系物的浓度为10μg/mL-50μg/mL。

较佳的，步骤(2)中，基质溶剂中2-己酮的浓度为1μg/mL-5μg/mL。

较佳的，步骤(3)中，准确移取的混合标准溶液的份数为6份，且获得的一系列不同 浓度梯度的混合标准溶液中，每份中各苯系物的浓度分别为0.01μg/mL，0.02μg/mL， 0.05μg/mL，0.1μg/mL，0.2μg/mL，0.5μg/mL，2-己酮的浓度均为1.6μg/mL。

较佳的，步骤(3)中和步骤(4)中，静态顶空平衡的平衡温度为140℃，平衡时间 为20-40min；优选为30min。

较佳的，步骤(3)中和步骤(5)中，SHS-GC/MS检测的静态顶空条件为：

样品平衡温度：140℃；样品环温度：150℃；传输线温度：160℃；样品平衡时间： 30min；样品瓶加压压力：15psi；载气压力：30psi；加压时间：0.20min；充气时间：0.20 min；样品环平衡时间：0.05min；进样时间：0.5min。

较佳的，步骤(3)中和步骤(5)中，SHS-GC/MS检测的GC/MS条件为：

气相色谱条件为：色谱柱：HP-INNOWAX(60m×0.25mm×0.25μm)；进样口温度： 200℃；载气：高纯氦气，纯度≥99.999％；流速：1.0mL/min的恒流模式；分流比：2∶1； 升温程序：初始温度40℃保持3min，再以2℃/min的速率升至80℃，然后以10℃/min 的速率升至180℃，保持15min；

质谱条件为：传输线温度：240℃；离子源温度：230℃；四极杆温度：150℃；溶剂 延迟：8min；电离方式：EI源；电离能量：70eV；扫描方式：选择离子监测(SIM)。

较佳的，步骤(4)中，所述待测样品溶液中每0.25g烟用白乳胶一般加入1-5ml加有 内标的的基质溶剂。

本发明根据烟用白乳胶特殊的理化特性，选择性的测定烟用白乳胶中7种苯系物，建 立了静态顶空-气相色谱-质谱技术联用选择性测定烟用白乳胶中各苯系物的含量。样品经 140℃、30min静态顶空后，以2-己酮为内标，采用HP-INNOWAX柱，气相色谱-质谱选 择离子模式检测，内标法定量。该测定方法对7种苯系物的定量检测限均为0.008～0.01 mg/kg；加标回收率分别为88.9～104.5％；相对标准偏差小于5％。该测定方法具有简单快速、 准确灵敏等特点，应用于实际样品检测取得了良好效果。

本发明测定方法直接取顶空气体对样品中的挥发性成分进行分析，能有效地排除样品 基质对分析的干扰，无需复杂的样品预处理过程，避免了溶剂萃取的繁琐步骤，而且通过 SIM检测定量，大大提高了检测灵敏度。实验结果表明该测定方法样品前处理操作简便、 重复性好、准确性高、快速灵敏等特点，适合于烟用白乳胶中残留苯系物的测定。

附图说明

图1顶空平衡时间对峰面积的影响图

图2顶空平衡温度对峰面积的影响图

图3基质校正剂空白样选择离子色谱图

其中，a：三乙酸甘油酯；b：二甲基亚砜；c：N，N-二甲基酰胺；d：正己烷；

e：加标三乙酸甘油酯

图4标准样品Scan、标准样品SIM和样品Sample的总离子色谱图4A、4B和4C

其中，1：苯；2：甲苯；3：乙苯；4：2-己酮(IS)；5：对-二甲苯；6：间-二甲苯；

7：邻二甲苯；8：苯乙烯

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不 用于限制本发明的保护范围。

实施例1

1实验部分

1.1材料、试剂和仪器

烟用白乳胶样品(选自卷烟企业)；三乙酸甘油酯(AR，国药集团化学试剂有限责任 公司)；正己烷(色谱纯，天津大茂化学试剂厂)；N，N-二甲基甲酰胺(AR，重庆川东化工 (集团)有限公司化学试剂厂)；二甲基亚砜(AR，天津化学化学试剂有限公司)；2-己酮(内 标，IS；99％)；苯(99％)(美国Sigma公司)；甲苯(99％)(美国Sigma公司)；乙苯(美 国Sigma公司)；邻、间、对-二甲苯(美国Sigma公司)；苯乙烯(美国Sigma公司)；HP6890/5973 型气相色谱/质谱联用仪、7694自动顶空仪(美国Agilent公司)；分析天平AG104(感量： 0.1mg，瑞士梅特勒-托利多公司)

1.2样品处理与分析

准确称取7种苯系物各0.1g于50mL容量瓶，用三乙酸甘油酯定容，得每种苯系物的 浓度为2mg/mL的7种苯系物混合标准溶液。移取50μL定容至10mL，其各苯系物的浓度 均为10μg/mL。

准确称取0.1g 2-己酮(IS)于25mL容量瓶，用三乙酸甘油酯定容，得4mg/mL IS 溶液。取40μL于100mL容量瓶，用三乙酸甘油酯定容，作为基质溶剂备用，其浓度为1.6 μg/mL。

准确称取0.25g样品，置于顶空瓶中，加入1mL 1.6μg/mL IS的三乙酸甘油酯溶液， 迅速压紧瓶盖，放入顶空进样器进行GC/MS检测分析。检测分析条件为：

(1)SHS条件。样品平衡温度：140℃；样品环温度：150℃；传输线温度：160℃； 样品平衡时间：30min；样品瓶加压压力：15psi；载气压力：30psi；加压时间：0.20min； 充气时间：0.20min；样品环平衡时间：0.05min；进样时间：0.5min。

(2)GC/MS条件。色谱柱：HP-INNOWAX(60m×0.25mm×0.25μm)；进样口温度： 200℃；载气：高纯氦气，纯度≥99.999％；流速：1.0mL/min(恒流模式)；分流比：2∶1； 升温程序：升温程序：传 输线温度：240℃；离子源温度230℃；四极杆温度：150℃；溶剂延迟：8min；电离方式： EI源；电离能量：70eV；扫描方式：选择离子监测(SIM)。

采用比较保留时间、标样加入法定性，SIM模式下内标法定量。7种苯系物和IS的保 留时间和特征离子见表1。

表17种苯系物和IS的保留时间和定性定量离子

2结果与讨论

2.1SHS平衡时间的选择

SHS分析主要受样品平衡温度、平衡时间以及样品基质的影响，因此，采用单因素试 验的方式对这些影响因素进行选择。

将每种苯系物的浓度为0.01μg/mL的7种混合标准溶液置于顶空瓶中，在相同的平衡 温度下对不同平衡时间(5，10，15，20，30，40min)的顶空气体进行分析，考察平衡时间 对响应值的影响(见图1)。由结果可见，在该平衡温度下，由于各待测物的沸点的差异， 最佳平衡时间不尽相同。7种待测物经5～30min基本上都是峰面积响应值略有增大，但变化 不大，经30min后峰面积响应值略有下降，表明30min平衡时间顶空气-液两相已基本达到 平衡。综合考虑，选择30min作为平衡时间。

2.2SHS平衡温度的选择

在相同平衡时间下，对不同平衡温度(80，90，100，120，140，150℃)下顶空气中 7种苯系物的峰面积响应值进行比较(见图2)。结果表明，随着平衡温度的提高，色谱峰 面积响应值逐渐增大，在80～100℃，增速较慢，在100～140℃，增速较快，随后趋缓。 综合考虑烟用白乳胶的自身理化特性及待测7中苯系物的沸点两方面因素，选择140℃为 平衡温度。

2.3SHS基质校正剂的选择

顶空气体中各组分的含量既与其本身的挥发性有关，又与样品基质有关，尤其是那些 在样品基质中溶解度大(分配系数大)的组分，基质效应更为明显。因而使分析样品与标 准溶液具有相同的基质溶剂，可以有效地消除样品的基质效应，从而提高定量分析的准确 性。因此，本实验分别选择三乙酸甘油酯、正己烷、二甲亚砜和N，N-二甲基甲酰胺4种有 机溶剂作为基质校正剂进行考察(见图3)。结果表明，正己烷和二甲亚砜溶剂色谱图显示受 78、91特征离子影响，而N，N-二甲基甲酰胺溶剂峰受78、91、104、106待测物特征离子 影响，从而影响样品的准确定量，因此不适合作为7种苯系物测定的基质校正剂。三乙酸 甘油酯的选择离子色谱图不受待测物特征离子的影响。综上所述，选用三乙酸甘油酯为基 质溶剂。

2.4色谱条件和内标的选择

根据待测物的结构性质和相关文献的查阅，本实验考察了DB-624(60m×0.32mm×1.8 μm)、HP-VOC(60m×0.32mm×1.8μm)和HP-INNOWAX(60m×0.25mm×0.25μm)3种 气相色谱柱作为分析柱对待测物7种苯系物进行分离。结果表明，DB-624(60m×0.32 mm×1.8μm)和HP-VOC(60m×0.32mm×1.8μm)不能将对-二甲苯和间-二甲苯完全分离， 而选用HP-INNOWAX(60m×0.25mm×0.25μm)色谱柱则经过对初始温度、程序升温的优 化可以将对-二甲苯和间-二甲苯完全分离，其余物质也都能得到良好的基线分离，因而选择 HP-INNOWAX(60m×0.25mm×0.25μm)为色谱分析柱(见图4A-4C)。在采用顶空-气相 色谱法测定挥发性化合物时，定量分析通常采用外标法。由于顶空法受环境以及样品基质 影响较大，使外标法定量的准确性受到一定限制，近年来内标法被尝试用于顶空-气相色谱 法定量分析。本实验选用2-己酮作为IS进行分析。结果表明：在同一质量水平条件下，2- 己酮与7种待测组分质谱响应值较为接近，且与待测组分的分离度高(见图4A-4C)，故选 择2-己酮为IS。

2.5工作曲线及方法的检测限、回收率、精密度

准确移取各苯系物的浓度均为10μg/mL苯系物混合标准溶液10、20、50、100、200、 500μL于6只10mL容量瓶中，分别加入4μL浓度为4mg/mL的IS溶液，并用三乙酸甘 油酯定容至10mL，得到浓度分别为0.01，0.02，0.05，0.1，0.2，0.5μg/mL和IS浓度为 1.6μg/mL的6级梯度混合标准溶液。分别对这6级梯度浓度的标准溶液进行SHS-GC/MS 分析，并以每一种待测物质色谱峰面积与内标峰面积比值Y为纵坐标、其相应质量浓度X (mg/L)为横坐标进行回归分析，得回归方程和以3倍信噪比(S/N＝3)和10倍信噪比分 别计算检出限和检测限见表2。

表2工作曲线和检测限

在已知待测物质(6次测定的平均值)的白乳胶样品中分别加入低中高3个不同浓度 (0.05，0.1，0.5μg/mL)的标准溶液，采用SHS-GC/MS法测定相应的7种待测物的含量， 根据测定结果以及标准物质添加量，计算方法的回收率(见表3)。结果显示，待测物的回 收率为88.9％～104.5％，表明本方法的准确性较高；根据测定结果计算待测物相对标准偏 差(RSD)为0.7％～4.1％，小于5％，表明本方法的重复性较好。

表3烟用白乳胶胶中苯系物的回收率和精密度(n＝6)

2.6实际烟用白乳胶样品中的苯系物残留量的测定

利用上述方法对卷烟企业使用的7种烟用白乳胶中7种苯系物的残留量做了测定，每 个样品中均检测出4种以上有机物，详细见表4。其中，所配制的7种烟用白乳胶样品溶液 中烟用白乳胶0.25g对应1ml的加有内标的基质校正剂，加有内标的基质校正剂中2-己酮 的浓度为1.6μg/mL。

表4烟用白乳胶中苯系物的检测结果(mg/kg)

 苯系物   样品1   样品2   样品3   样品4   样品5   样品6   样品7  苯   0.37   0.06   0.39   0.10   0.50   0.27   ND  甲苯   0.04   0.23   0.08   0.06   0.03   0.05   0.03  乙苯   0.04   0.07   0.03   0.04   0.02   0.03   0.05  对-二甲苯   0.05   0.04   0.01   0.03   0.01   0.02   0.03  间-二甲苯   0.10   0.06   ND   0.03   0.01   0.02   0.07  邻-二甲苯   0.10   0.05   ND   0.03   ND   ND   0.04  苯乙烯   ND   0.03   ND   0.02   ND   0.01   ND

注：ND：未检出

3结论

建立了一种静态顶空-气相色谱/质谱联用选择性测定烟用白乳胶中7种苯系物含量的 方法，该方法避免了溶剂萃取的繁琐步骤，而且通过SIM检测定量大大提高了检测灵敏度 高。实验结果表明该方法样品前处理操作简便、重复性好、准确性高、快速灵敏等特点， 适合于烟用白乳胶中残留苯系物的测定。