張 亮, 陳嘉彬, 孫海峰, 王 奕, 劉賢杰, 謝 濤, 王 芳

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抽吸模式對(duì)卷煙主流煙氣主要芳香胺釋放量的影響

張 亮*, 陳嘉彬, 孫海峰, 王 奕, 劉賢杰, 謝 濤, 王 芳

(深圳煙草工業(yè)有限責(zé)任公司, 廣東 深圳, 518109)

為研究抽吸模式對(duì)卷煙主流煙氣中主要芳香胺釋放量的影響, 在ISO、Massachusetts和Health Canada 這3種抽吸模式下分別抽吸了15種市售卷煙, 采用液相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)法測(cè)定了主流煙氣中4種主要芳香胺的釋放量. 結(jié)果表明: ①混合型卷煙芳香胺釋放量明顯高于烤煙型卷煙; ②與ISO方案相比, 采用Massachusetts或Health Canada抽吸模式, 卷煙煙氣芳香胺的釋放量均顯著提高; ③抽吸模式的改變對(duì)高濾嘴通風(fēng)率卷煙芳香胺釋放量的影響更為顯著; ④卷煙主流煙氣中的焦油含量與芳香胺釋放量呈現(xiàn)不明顯的相關(guān)性.

抽吸模式; 液相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)法; 主流煙氣; 芳香胺

不同抽吸方式對(duì)煙支的燃燒有很大影響, 所以不同抽吸模式下卷煙煙氣的化學(xué)成分也有很大地差別[1]. 近年來(lái), 世界衛(wèi)生組織對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織煙草技術(shù)委員會(huì)規(guī)定的吸煙機(jī)抽吸參數(shù)(ISO/TC 126)提出了質(zhì)疑, 認(rèn)為該參數(shù)條件并不能代表消費(fèi)者抽吸行為的平均水平, 根據(jù)ISO/TC 126來(lái)設(shè)定吸煙機(jī)參數(shù)并不能準(zhǔn)確定量消費(fèi)者抽吸卷煙而攝入的有害物質(zhì)的量[2]. 馬薩諸塞州方案(Massachusetts, 簡(jiǎn)稱(chēng)MASS)[3]采取封閉濾嘴一半的通風(fēng)孔, 模仿消費(fèi)者抽煙時(shí)用手指夾住卷煙的通風(fēng)區(qū)域所產(chǎn)生的堵塞現(xiàn)象. 加拿大衛(wèi)生部方案(Health Canada, 簡(jiǎn)稱(chēng)Canada)[4]則強(qiáng)調(diào)測(cè)量并報(bào)告每種卷煙產(chǎn)品的煙氣最大釋放量, 采用此方案, 用吸煙機(jī)測(cè)定的煙氣量接近于消費(fèi)者吸煙可能吸入的最大煙氣量. 已有多項(xiàng)有關(guān)在此2種抽吸方案基礎(chǔ)上的有害物釋放量的研究報(bào)道[5—12]. 芳香胺類(lèi)是致癌成分, 已被加拿大政府列入要求卷煙生產(chǎn)廠商定期檢測(cè)的46種有害成分釋放量的名單中. 研究顯示胺類(lèi)化合物對(duì)煙氣香味貢獻(xiàn)不大[13], 所以控制煙氣中芳香胺的釋放量有重要意義. 芳香胺的檢測(cè)主要有氣相色譜–質(zhì)譜聯(lián)用法(GC/MS), 但該法前處理繁瑣、費(fèi)時(shí). 余晶晶等[14]報(bào)道了同時(shí)測(cè)定煙氣中4種芳香胺的液相色譜–串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS), 方法快速、靈敏, 省去了衍生化步驟, 大大提高了檢測(cè)效率. 本文將采用LC-MS/MS法測(cè)定ISO、Massachusetts和Health Canada 3種抽吸方式下主流煙氣中芳香胺的釋放量.

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

選擇15種市售卷煙樣品, 其中9種為烤煙型卷煙, 6種為普通混合型卷煙, 樣品參數(shù)如表1所示.

甲醇(色譜純, 美國(guó)T. T. Baker公司); 乙腈(色譜純, 德國(guó)Merck公司); 甲酸(優(yōu)級(jí)純, 美國(guó)ROE SCIENTIFIC 公司); 鹽酸、氨水(優(yōu)級(jí)純, 廣州化學(xué)試劑廠); 1–氨基萘、2–氨基萘、3–氨基聯(lián)苯(純度≥98%, 百靈威公司); 4–氨基聯(lián)苯(優(yōu)級(jí)純, 英國(guó)Flurochem公司);7–2–氨基萘、9–4–氨基聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL, 1 mL, 德國(guó)Dr. Ehrenstofer公司).

SM450型20孔道直線式吸煙機(jī)(英國(guó)Cerulean公司);44 mm劍橋?yàn)V片(英國(guó)Whatman公司); DikmaProElut PXC陽(yáng)離子交換固相萃取柱(150 mg, 6 mL)(迪馬科技有限公司); Milli-Q Advatange A10超純水儀(美國(guó)Millipore公司); LC-MS/MS儀(美國(guó)安捷倫公司); Waters Symmetry ShieldTMRP18(150 mm × 2.1 mm i.d., 3.5 μm)色譜柱(美國(guó)Waters公司); Borgwaldt kc DT-5多功能測(cè)試儀(德國(guó)Borgwaldt公司); BP 210S電子天平(感量: 0.000 1 g, 德國(guó)Sartorius公司).

表1 實(shí)驗(yàn)用卷煙樣品的參數(shù)

1.2 方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

1.2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制

稱(chēng)取100 mg 1–氨基萘、50 mg 2–氨基萘、20 mg 3–氨基聯(lián)苯和10 mg 4–氨基聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)試劑, 分別置于不同的100 mL棕色容量瓶中, 用甲醇定容至刻度, 配制成一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液, 濃度分別為1.0、0.5、0.2和0.1 mg/mL.

分別移取1–氨基萘、2–氨基萘、3–氨基聯(lián)苯和4–氨基聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1.0 mL至同一個(gè)100 mL容量瓶中, 用甲醇定容至刻度, 配制成二級(jí)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液, 濃度為10.0、5.0、2.0和1.0 μg/mL.

移取10.0 mL二級(jí)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液至100 mL容量瓶中, 用甲醇定容至刻度, 配制成三級(jí)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液, 1–氨基萘、2–氨基萘、3–氨基聯(lián)苯和4–氨基聯(lián)苯的濃度分別為1.0、0.5、0.2和0.1 μg/mL.

1.2.1.2 內(nèi)標(biāo)溶液配制

D7–2–氨基萘、D9–4–氨基聯(lián)苯(100 μg/mL, 1 mL)分別完全轉(zhuǎn)移至不同的25 mL棕色容量瓶中, 且用甲醇沖洗試劑瓶3次, 洗液全部轉(zhuǎn)入容量瓶, 用甲醇定容至刻度, D7–2–氨基萘和D9–4–氨基聯(lián)苯的濃度均為4 μg/mL.

1.2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

分別移取0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0和10.0 mL三級(jí)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液置于100 mL容量瓶中, 再分別準(zhǔn)確加入1.0 mL D7–2–氨基萘、0.4 mL D9–4–氨基聯(lián)苯內(nèi)標(biāo)溶液, 用5%氨水甲醇溶液定容至刻度, 即配制成如表2所示的8級(jí)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液.

表2 系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液 /(ng·mL-1)

1.2.2 卷煙抽吸和樣品前處理

1.2.2.1 卷煙抽吸

按文獻(xiàn)[1]的方法抽吸卷煙, 主要抽吸參數(shù)和每張濾片搜集的煙支數(shù)如表3所示, 3種抽吸模式均合并2個(gè)通道的濾片作為一個(gè)平行樣, 每個(gè)樣品平行測(cè)定3次.

表 3 ISO, Massachusetts和Health Canada 3種抽吸方案[1]

1.2.2.2 樣品前處理和分析

將2片濾片放入200 mL錐形瓶中, 準(zhǔn)確加入100 mL 5%的鹽酸溶液、100 μL D7–2–氨基萘和40 μL D9–4–氨基聯(lián)苯溶液, 超聲萃取30 min后, 用移液管準(zhǔn)確移取50 mL萃取液, 加到已用10 mL甲醇和10 mL 5%鹽酸溶液活化后的陽(yáng)離子交換固相萃取柱上, 令萃取液靠重力自然流下. 然后依次用10 mL水、10 mL甲醇洗滌, 最后準(zhǔn)確加入5 mL 5%氨水的甲醇溶液(v/v)進(jìn)行洗脫, 洗脫液混勻后進(jìn)LC-MS/MS分析[14]. 分析條件為:

表4 高效液相色譜梯度洗脫條件[14]

柱溫: 30 ℃; 進(jìn)樣量: 10 μL; 流動(dòng)相A: 0.1%(v/v)甲酸水溶液; 流動(dòng)相B: 0.1%(v/v)甲酸乙腈溶液; 流速: 0.3 mL/min; 采樣時(shí)間: 0～10 min. 梯度洗脫條件見(jiàn)表4.

離子源: 電噴霧電離源(ESI); 掃描方式: 正離子掃描; 檢測(cè)方式: 多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式(MRM); 電噴霧電壓: 4 500 V; 離子源溫度: 500 ℃; 輔助氣Gas1壓力: 0.483 MPa; 輔助氣Gas2壓力: 0.483 MPa. 各化合物的定量離子對(duì)、定性離子對(duì)、駐留時(shí)間、碰撞能量(CE)及去簇電壓(DP)見(jiàn)表5.

表5 質(zhì)譜檢測(cè)參數(shù)[14]

2 結(jié)果與討論

2.1 工作曲線、檢測(cè)限和重復(fù)性

分別對(duì)芳香胺系列濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行LC-MS/MS分析, 以4種芳香胺與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值作縱坐標(biāo), 芳香胺的濃度為橫坐標(biāo), 分別建立4 種芳香胺化合物的校正曲線, 按信噪比為3, 計(jì)算出各芳香胺的檢出限, 結(jié)果如表6所示. 由表6可知, 在線性濃度范圍內(nèi), 4種芳香胺的工作曲線線性良好, 適合定量分析.

表6 4種芳香胺的回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限

注: ①—芳香胺與內(nèi)標(biāo)7–2–氨基萘的峰面積之比; ②—芳香胺與內(nèi)標(biāo)9–4–氨基聯(lián)苯的峰面積之比.

以參比卷煙Kentucky 3R4F作為樣品, 平行測(cè)定6次, 除4–氨基聯(lián)苯以外, 測(cè)定結(jié)果的RSD均在5%以內(nèi), 檢測(cè)方法的重復(fù)性理想, 適合定量分析.

表7 3R4F卷煙煙氣中4種芳香胺測(cè)量的重復(fù)性(n = 6)

2.2 3種抽吸模式下15種不同焦油量卷煙芳香胺釋放量比較

從表1和表8可以看出: 隨著卷煙焦油含量增加, 芳香胺的釋放量表現(xiàn)出增加的趨勢(shì), 但當(dāng)卷煙焦油量相差不大時(shí), 較低焦油量卷煙(編號(hào)A, E)也存在比略高焦油量(編號(hào)B, F)的芳香胺釋放量高些的可能; 卷煙焦油含量相近的混合型卷煙芳香胺釋放量顯著高于烤煙型卷煙; 不同抽吸模式對(duì)卷煙芳香胺釋放量的影響顯著, 不同模式下芳香胺釋放量由大到小的順序?yàn)镃anada→Mass→ISO.

表8 卷煙樣品3種抽吸模式下4種主流煙氣芳香胺的釋放量 /(ng·支-1)

表9 Massachusetts和Health Canada抽吸模式與ISO相比較4種芳香胺的增加率/%

由圖1可以看出, 對(duì)于焦油量為5 mg/支、6 mg/支烤煙型卷煙和4 mg/支的混合型卷煙, 相比于ISO抽吸方式, 采用MASS 抽吸模式時(shí), 芳香胺總釋放量增加率均大于100%; 而其他焦油量卷煙, 其芳香胺釋放量增加率也均大于40%; 采用Canada抽吸模式時(shí), 5 mg/支、6mg/支烤煙型卷煙以及焦油量為4 mg/支的混合型卷煙芳香胺總釋放量增加率均大于200%, 而其他卷煙的總釋放量均大于100%.

圖1 Massachusetts和Health Canada抽吸模式下主流煙氣4種芳香胺總釋放量分別與ISO模式相比的增加率

圖2 Massachusetts和Health Canada抽吸模式較ISO抽吸模式芳香胺釋放量增加率與濾嘴通風(fēng)率的關(guān)系

由表9可以看出, 相對(duì)于ISO模式, MASS和Canada抽吸模式下4種芳香胺均有較大幅度增長(zhǎng). 1–氨基萘的平均增長(zhǎng)率最大, Mass和Canada模式下的平均增長(zhǎng)率分別為71.3%和161.4%, 可見(jiàn)1–氨基萘對(duì)芳香胺釋放量增加的貢獻(xiàn)度最大; 3–氨基聯(lián)苯的平均增長(zhǎng)率最小, Mass和Canada模式下的平均增長(zhǎng)率分別為43.4%和111.5%, 對(duì)芳香胺釋放量增加的貢獻(xiàn)度最小.

2.3 3種抽吸模式對(duì)不同濾嘴通風(fēng)率卷煙芳香胺釋放量的影響

從圖2可以看出, 隨著濾嘴通風(fēng)率的增大, 抽吸模式的改變對(duì)卷煙芳香胺釋放量的影響普遍增大, 對(duì)于濾嘴通風(fēng)率大于25%的卷煙尤為明顯. 當(dāng)卷煙濾嘴通風(fēng)率在25%～40%時(shí), 采用Mass抽吸模式, 其芳香胺釋放量較ISO抽吸模式增幅均超過(guò)50%, Canada抽吸模式下芳香胺釋放量較ISO抽吸模式增幅均超過(guò)125%; 而對(duì)于B, A和J 3種高濾嘴通風(fēng)率卷煙, Mass抽吸模式芳香胺釋放量較ISO增幅均超過(guò)100%, 而Canada芳香胺釋放量較ISO抽吸模式增幅均超過(guò)200%. 由于抽吸模式的差異, 高濾嘴通風(fēng)率卷煙芳香胺的釋放量也可能遠(yuǎn)高于低濾嘴通風(fēng)率的卷煙, 甚至高于濾嘴未打孔卷煙.

3 結(jié)論

在ISO、Massachusetts和Health Canada 3種抽吸模式下抽吸15種卷煙, 并采用LC-MS/MS方法檢測(cè)芳香胺釋放量的結(jié)果表明, Massachusetts或Health Canada深度抽吸模式下, 卷煙主流煙氣中的芳香胺釋放量顯著提高, 在高通風(fēng)率的卷煙中表現(xiàn)得更為明顯, 這在一定程度上否定了濾嘴打孔技術(shù)在卷煙降焦減害方面的作用. 因此, 隨著煙草控制框架公約在我國(guó)的全面實(shí)施, 應(yīng)探索新的降低卷煙煙氣有害成分釋放量的方法, 以便在新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)時(shí)能及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施.

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Effect of smoking regime on aromatic amines yields in mainstream cigarette smoke

ZHANG Liang, CHEN Jia-bin, SUN Hai-feng, WANG Yi, LIU Xian-jie, XIE Tao, WANG Fang

(Shenzhen Tobacco Industry CO., LTD, Shenzhen 518109, China)

In order to study the effect of smoking regime on aromatic amines yields in mainstream cigarette smoke, 15 kindsofcommercially available cigarette samples were smoked under three smoking regimes: ISO, Massachusetts and Health Canada methods, respectively. Then LC-MS/MS method was applied to test the released amountof four kinds of primary aromatic aminesinthemainstream smoke. Theresultsshowed that:①Blended cigarettesreleasedsignificantly higher amount of aromatic amines than flue-cured counterparts; ②Comparedwith ISOmethod, thearomatic amines emission contenthaddramaticallyincreased when Massachusetts methodorHealthCanada method was adopted;③ Transformation of smoking regimes showed a greater impact of high filterventilation rate cigarettes on the content of released aromatic amines; ④ The tar and the emission content of aromatic amines in the mainstream smoke presented some inconspicuous correlation.

smoking regime; LC-MS/MS; mainstream smoke; aromatic amine

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.04.019

TS 41+1

1672-6146(2013)04-0078-07

email: zlliangzhang@126.com.

2013-10-22

(責(zé)任編校: 江 河)