劉 欣，田麗梅，楊葉昆，黃海濤，繆恩銘，王 晉，許 永，向 明，李 晶

(云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650106)

爆珠，是嵌于卷煙濾嘴中的一種易捏破的香味膠囊，它可包裹不同類型的香精香料，吸煙者在卷煙吸食過程中可將其捏破，以釋放出特色香味，達(dá)到突出產(chǎn)品個(gè)性化特征，提升卷煙抽吸品質(zhì)的作用[1-3]。近年來，隨著消費(fèi)者對(duì)卷煙產(chǎn)品個(gè)性化需求的日趨強(qiáng)烈，爆珠在卷煙產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，爆珠卷煙在國內(nèi)外市場的銷售額快速增長[4]。

雖然國內(nèi)外的爆珠卷煙近些年發(fā)展迅速，但與其相關(guān)的研究報(bào)道較少，其作為添加劑的使用安全性受到了關(guān)注[5]。卷煙爆珠主要由芯材和壁材兩部分組成，芯材主要是包裹的香精香料，而壁材則主要由蟲膠、動(dòng)物膠等天然膠組成。在爆珠的生產(chǎn)過程中，由于受生產(chǎn)原料、操作工藝等條件的影響，一些外源性危害成分，如：低分子醛酮類化合物(甲醛、乙醛等)、苯系物、增塑劑等，可能殘留在卷煙爆珠內(nèi)。其中，甲醛不僅對(duì)人的眼睛、皮膚、粘膜和呼吸道有急性刺激和致敏作用，而且具有生殖毒性，長期高濃度接觸還會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟器官等產(chǎn)生毒害，是潛在的致癌物[6-7]。而高濃度的乙醛會(huì)引起窒息，導(dǎo)致呼吸麻痹而死亡，且具有遺傳毒性[8]。因此，卷煙爆珠中甲醛和乙醛含量的準(zhǔn)確測定對(duì)保障爆珠在卷煙中的使用安全性具有重要意義。

目前，檢測煙用材料中甲醛和乙醛的分析方法主要有氣相色譜法[9]、連續(xù)流動(dòng)分析法[10]和高效液相色譜法[11-16]等。這些方法在煙用紙張、水基膠等檢測方面取得了許多重要進(jìn)展，但也存在諸多缺陷：氣相色譜法雖然較靈敏，但需用五氟芐基羥胺作為衍生化試劑對(duì)樣品進(jìn)行前處理，實(shí)驗(yàn)條件要求較高，檢測較耗時(shí)；連續(xù)流動(dòng)分析法選擇性較差，易受外界環(huán)境干擾產(chǎn)生假陽性結(jié)果而影響檢測準(zhǔn)確性；高效液相色譜法由于分離能力強(qiáng)、靈敏度和選擇性高，在2010年發(fā)布的YC/T 332-2010《煙用水基膠甲醛的測定高效液相色譜法》[16]中被作為標(biāo)準(zhǔn)方法廣泛用于煙用水基膠中甲醛的檢測。但常規(guī)液相色譜分析甲醛和乙醛時(shí)，需通過溶劑提取、離心除去沉淀物、過濾等一系列前處理操作得到分析試液，甚至還需通過固相萃取富集或凈化[17-18]。上述方法不僅操作步驟復(fù)雜，而且在樣品轉(zhuǎn)移過程中易引入操作誤差，影響檢測準(zhǔn)確性。本研究建立了一種爆珠中甲醛和乙醛測定的新方法，樣品萃取液無需轉(zhuǎn)移，可直接過濾到色譜進(jìn)樣瓶中進(jìn)行分析，大大簡化了樣品前處理操作，減少了可引入誤差的因素，提高了分析效率和檢測準(zhǔn)確性。另外，使用該方法對(duì)14個(gè)卷煙爆珠樣品中的甲醛和乙醛進(jìn)行檢測，取得了滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

高效液相色譜儀(配二極管陣列檢測器，沃特世科技(上海)有限公司)；AE240電子分析天平(精度0.1 mg，梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司)；電熱恒溫超聲波水浴鍋(常州諾基儀器有限公司)；Milli-Q50超純水儀(美國Millipore公司)。

甲醛、乙醛標(biāo)準(zhǔn)品(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)；2,4-二硝基苯肼(純度>98%，西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司)；乙腈(色譜級(jí)，德國Merck公司)；醋酸鈉、冰醋酸(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。

委托廠家添加不同量的甲醛與乙醛，加工制作了14個(gè)不同的卷煙爆珠樣品，依次編號(hào)為1#～14#。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

1.2.1溶液配制醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)：準(zhǔn)確稱取12.0 g醋酸鈉和8.0 g冰醋酸于1.0 L容量瓶中，用超純水溶解并定容至刻度。

衍生化試劑：準(zhǔn)確稱取1.0 g的2,4-二硝基苯肼，用乙腈溶解后移入1.0 L容量瓶中，并定容至刻度，得到質(zhì)量濃度為1.0 g/L的衍生化試劑。

甲醛與乙醛的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：分別準(zhǔn)確稱取0.1 g的甲醛和乙醛標(biāo)準(zhǔn)品，用醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)溶解后，移入1.0 L容量瓶中，并定容至刻度，得到0.1 g/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，-20 ℃冰箱內(nèi)保存。使用時(shí)，移取不同量的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，用醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)稀釋成系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.2.2色譜條件色譜柱：Waters XBridge C18(150 mm×4.6 mm，3.5 μm)；流動(dòng)相：乙腈-水(65∶35，體積比)；流速：2.0 mL/min；進(jìn)樣量：25 μL；柱溫：30 ℃；用二極管陣列檢測器檢測，檢測波長：甲醛352 nm，乙醛360 nm。

圖1 樣品萃取管的示意圖Fig.1 Representative of extraction tube devicea：outer tube；b：inside tube；c：sample extraction；d：sample filtering and collect

1.2.3樣品前處理及分析本方法自主設(shè)計(jì)了一種新型的集萃取、過濾和轉(zhuǎn)移功能為一體的樣品萃取管，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。樣品萃取管由帶密封圈的外套管(圖1a)和帶0.45 μm過濾篩板的內(nèi)套管(圖1b)組成。具體前處理過程如下：

(1)取樣：按照GB/T 5606.1-2004[19]要求對(duì)卷煙樣品進(jìn)行抽樣，取出卷煙過濾嘴中的爆珠，防止其破裂。

(2)萃取：將樣品萃取管的外套管(圖1a)置于不銹鋼試管架上，稱取0.2～0.3 g(精確至0.1 mg)爆珠于外套管中，分別加入10 mL衍生化試劑和10 mL醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)。然后將萃取管的內(nèi)套管卡在外套管的管口處(圖1c)，安裝完畢后將放有樣品萃取管的試管架置于60 ℃電熱恒溫超聲波水浴鍋中超聲萃取25 min。在萃取過程中，爆珠溶解，內(nèi)含的甲醛和乙醛會(huì)轉(zhuǎn)移至萃取液中，并與預(yù)先加入的衍生化試劑發(fā)生反應(yīng)生成衍生產(chǎn)物。

(3)過濾轉(zhuǎn)移：待萃取和衍生化反應(yīng)完成后，壓下內(nèi)套管，萃取溶液通過過濾篩板進(jìn)入內(nèi)套管中，并從內(nèi)套管中的細(xì)彎管流出，達(dá)到樣品過濾的效果(圖1d)。于細(xì)彎管口收集萃取液，棄去最初的2～3 mL，用色譜進(jìn)樣瓶收集1.0～1.5 mL樣品，冷卻至室溫。

(4)液相色譜測定：取10 mL不同濃度的甲醛和乙醛混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，分別加入10 mL衍生化試劑，按上述前處理步驟操作，采用選定的色譜條件進(jìn)行分析，以峰面積為縱坐標(biāo)，質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，分別建立甲醛與乙醛的校正曲線。取上述制備的爆珠樣品進(jìn)行測定，并與標(biāo)樣對(duì)比，通過保留時(shí)間定性，外標(biāo)法定量，計(jì)算甲醛和乙醛含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品萃取管的改進(jìn)

目前，采用高效液相色譜分析甲醛和乙醛時(shí)，樣品需通過萃取液萃取、離心除去沉淀物，再進(jìn)行衍生化反應(yīng)，用針頭過濾器過濾后方能進(jìn)行液相色譜分析，不僅樣品前處理操作步驟繁瑣，而且在樣品轉(zhuǎn)移過程中還有可能引入誤差。針對(duì)此問題，本研究設(shè)計(jì)了一種如圖1所示的新型樣品萃取管，該樣品萃取管由帶密封圈的外套管(圖1a)和帶0.45 μm過濾篩板的內(nèi)套管(圖1b)組成。詳細(xì)的樣品前處理過程如“1.2.3”所述。整個(gè)樣品前處理過程中無需轉(zhuǎn)移樣品即能得到過濾好的待分析樣品，大大簡化了前處理操作，減少了可能引入誤差的環(huán)節(jié)，提高了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

2.2 樣品萃取與衍生化條件的優(yōu)化

目前卷煙爆珠的壁材多以蟲膠或動(dòng)物膠為材料加工而成，大部分溶于熱水和極性有機(jī)溶劑，且甲醛和乙醛也為水溶性成分。采用20%～60%的乙腈對(duì)14種卷煙爆珠樣品在60 ℃超聲波水浴鍋中超聲萃取10 min以上，發(fā)現(xiàn)爆珠的壁材均能完全溶解。因此，本研究選用50%的乙腈水溶液作為萃取溶劑。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，低分子醛可在弱酸性介質(zhì)中與2,4-二硝基苯肼發(fā)生衍生化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物可直接用于HPLC測定[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)體系中加入適量乙腈能使2,4-二硝基苯肼和反應(yīng)產(chǎn)物充分溶解，且當(dāng)乙腈含量為20%～70%時(shí)，衍生化反應(yīng)完全且衍生產(chǎn)物穩(wěn)定。因此，本研究選擇在樣品中加入10 mL醋酸-醋酸鈉緩沖液(pH 4.8)和10 mL含2,4-二硝基苯肼的乙腈溶液，并控制萃取液中乙腈的含量為50%(體積分?jǐn)?shù))。衍生化反應(yīng)溫度對(duì)衍生物的產(chǎn)率和穩(wěn)定性有顯著影響，本實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)[20]在60 ℃水浴中進(jìn)行衍生化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)10 min即可完成，延長反應(yīng)時(shí)間至3 h反應(yīng)產(chǎn)物的峰面積無明顯變化。為了保證衍生化反應(yīng)完全，本研究選擇在60 ℃超聲萃取25 min。

圖2 甲醛和乙醛的標(biāo)準(zhǔn)品(A)與實(shí)際樣品(B)色譜圖Fig.2 Chromatograms of formaldehyde and acetaldehyde standard(A) and real sample(B)1：formaldehyde；2：acetaldehyde

2.3 色譜條件的優(yōu)化

甲醛和乙醛衍生產(chǎn)物的液相色譜分析通常采用反相C18色譜柱，以乙腈-水(65∶35，體積比)進(jìn)行洗脫分離[21]。本研究選用Waters XBridge C18(150 mm×4.6 mm，3.5 μm) 作為分析柱，采用乙腈-水(65∶35)作為流動(dòng)相進(jìn)行分離，發(fā)現(xiàn)甲醛和乙醛在此條件下能得到很好的分離。為獲得最佳靈敏度，分別在甲醛和乙醛的最大吸收波長處進(jìn)行檢測，檢測波長為甲醛352 nm，乙醛360 nm。

在選定色譜條件下甲醛、乙醛標(biāo)樣和實(shí)際樣品的色譜圖如圖2所示，可觀察到甲醛和乙醛的色譜峰無明顯拖尾，峰形較好，且在實(shí)際樣品的色譜圖中無明顯干擾峰。

2.4 工作曲線、檢出限與定量下限

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級(jí)稀釋，配制一系列的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，采用選定的色譜條件進(jìn)行測定，以各組分的峰面積為縱坐標(biāo)(Y)，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(X)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程及相關(guān)系數(shù)，取最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液連續(xù)進(jìn)樣10次，分別以信噪比S/N=3和S/N=10時(shí)所對(duì)應(yīng)的濃度計(jì)算檢出限和定量下限。結(jié)果顯示，甲醛和乙醛的線性范圍分別為8～1 500 μg/L 和10～1 650 μg/L，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，檢出限分別為2.5、2.8 μg/L，定量下限分別為8.0、9.5 μg/L，方法的線性范圍和靈敏度能滿足卷煙爆珠中甲醛和乙醛的分析要求。

2.5 方法回收率與精密度

為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，選取3個(gè)爆珠樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)。由表1可知，在2.0、5.0、10.0 μg/g加標(biāo)水平下，甲醛和乙醛的回收率為96.9%～101.1%，說明本方法的回收率較好，可應(yīng)用于實(shí)際樣品的測定。

表1 方法的加標(biāo)回收率Table 1 The mean recovery of this method

此外，平行7次測定了上述3個(gè)爆珠樣品中的甲醛和乙醛含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：甲醛的日內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.8%～3.2%，日間RSD為3.3%～3.6%;乙醛的日內(nèi)RSD為3.0%～3.4%，日間RSD為3.5%～3.8%，表明本方法具有較好的重復(fù)性。

2.6 本方法與文獻(xiàn)方法的結(jié)果比較

選擇4個(gè)代表性的卷煙爆珠樣品，按優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行前處理和測定并與文獻(xiàn)[16]的方法進(jìn)行對(duì)比。樣品5次分析結(jié)果的平均值和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如表2所示。本方法的測定結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果相吻合，采用t檢驗(yàn)分析對(duì)本方法與文獻(xiàn)方法的RSD值進(jìn)行比較，P<0.05，表明本方法的精密度較文獻(xiàn)方法顯著提高。說明本方法在樣品前處理過程中減少了樣品轉(zhuǎn)移步驟后，可有效避免因樣品轉(zhuǎn)移帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

2.7 實(shí)際樣品的分析

為驗(yàn)證方法的可靠性，采用建立的方法對(duì)委托廠家生產(chǎn)的14個(gè)外源添加的卷煙爆珠樣品(1#～14#)進(jìn)行檢測。結(jié)果表明：爆珠樣品中甲醛的含量為0.68～9.54 μg/g，乙醛的含量為0.47～7.59 μg/g。但由于爆珠本身并不直接接觸人體口腔，因此對(duì)甲醛和乙醛含量的監(jiān)測應(yīng)進(jìn)一步研究其遷移行為及遷移率。

表2 本方法與文獻(xiàn)報(bào)道方法的測定結(jié)果比較Table 2 Comparison of the results of this method and the reported method

3 結(jié) 論

針對(duì)目前高效液相色譜法分析甲醛和乙醛時(shí)前處理操作復(fù)雜等問題，本研究設(shè)計(jì)開發(fā)了一種新型的集萃取、過濾和轉(zhuǎn)移功能為一體的樣品萃取管，使得前處理過程中不需轉(zhuǎn)移樣品即能得到待分析溶液，簡化了操作流程，減少了誤差的引入，提高了分析效率。采用本方法對(duì)14個(gè)外源添加的卷煙爆珠樣品內(nèi)的甲醛和乙醛含量進(jìn)行了分析，取得了滿意結(jié)果。本方法的建立為卷煙爆珠中甲醛和乙醛的分析提供了簡便、快速的分析方法，為爆珠在卷煙產(chǎn)品中的安全使用提供了技術(shù)支撐。