王 洋,韓維岐,郭莉莉,金 哲

(吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司 技術(shù)研發(fā)中心,長春 130031)

煙用接裝紙加工生產(chǎn)過程中會(huì)用到很多原料、染料、助劑等,導(dǎo)致接裝紙中含有痕量的鉻[1-4]。接裝紙直接與口腔接觸,其中的痕量鉻在卷煙抽吸過程中可能會(huì)遷移至體內(nèi),對(duì)人體造成傷害。鉻元素在自然界中主要以Cr3＋和Cr6＋的形式存在。研究表明,Cr3＋是人體必須的微量元素,在維持生物體葡萄糖平衡、蛋白質(zhì)與脂肪代謝方面有重要作用[5],而Cr6＋具有高毒性,吸入會(huì)引起腎炎、貧血、神經(jīng)炎等疾病,具有強(qiáng)致癌性[6-8]。因此,準(zhǔn)確測(cè)定煙用接裝紙中不同形態(tài)鉻的含量對(duì)卷煙危害性評(píng)價(jià)有重要意義。

對(duì)于鉻總量的測(cè)定,人們已經(jīng)做了大量研究[9],但是鉻總量不能準(zhǔn)確反映它對(duì)人體的危害性,要想進(jìn)一步了解其危害,必須先對(duì)其進(jìn)行分離再分別測(cè)定。已報(bào)道的分離前處理方法主要有離子交換色譜法[10-11]、濁點(diǎn)萃取法[12-15]、固相萃取法[16]、共沉淀法[17]、液膜萃取法[18]等。由于接裝紙樣品中Cr3＋和Cr6＋含量較低,為達(dá)到更好的檢測(cè)效果,需要進(jìn)行富集。液液微萃取是一種常見的富集方法,采用小體積的有機(jī)溶劑作為萃取劑,可以大大提高富集倍數(shù),并且高效液相色譜(HPLC)同時(shí)具有分離和檢測(cè)的功能。因此,本工作以二乙基二硫代氨基甲酸鈉(DDTC)為螯合劑,正十二醇為萃取劑,采用液液微萃取富集樣品中的Cr3＋和Cr6＋,用HPLC 分離并測(cè)定,旨在為煙用接裝紙中鉻形態(tài)的準(zhǔn)確測(cè)定提供一種新的解決方案。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1290型高效液相色譜儀;HY-8A 型數(shù)顯調(diào)速多用振蕩器;DU-14 型超聲儀;HB-03 型加熱鍋;TGL-16M 型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī);DMT-2500型多管渦旋混合儀;Milli-Q10型純水儀;ORION STAR A214型pH 計(jì)。

Cr3＋、Cr6＋單標(biāo)準(zhǔn)溶液:1 000 mg·L－1,使用時(shí),用水稀釋至所需質(zhì)量濃度。

DDTC溶液:200 mmol·L－1,稱取4.5 g二乙基二硫代氨基甲酸鈉三水合物,用水溶解并定容至100 mL。

乙酸、甲醇、正十二醇均為色譜純;乙酸鈉、二乙基二硫代氨基甲酸鈉三水合物均為分析純;試驗(yàn)用水為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

試驗(yàn)所用樣品為煙用接裝紙,編號(hào)A、B、C、D、E、F。

1.2 儀器工作條件

ZORBAX SB-C18色譜柱(150 mm×4.6 mm,5μm);柱溫30 ℃;流動(dòng)相A 為水,B 為甲醇;流量1 mL·min－1;進(jìn)樣量20μL;二極管陣列檢測(cè)器(DAD),檢測(cè)波長258 nm。梯度洗脫程序:0～3.3 min時(shí),A 為25%;3.3～3.6 min時(shí),A 由25%降至10%,保 持2.4 min;6.0～6.5 min 時(shí),A 由10%升至25%,保持1.5 min。

1.3 試驗(yàn)方法

將接裝紙樣品剪成0.5 cm×0.5 cm 的碎片,混勻,取2 g(精確至0.000 1 g)于50 mL三角瓶中,加入20 mL水,超聲提取30 min。分取8 mL 提取液于10 mL離心管中,加入200 mmol·L－1DDTC溶液100μL,用0.2 mol·L－1乙酸鈉溶液和0.2 mol·L－1乙酸溶液調(diào)節(jié)體系酸度至pH 6.0,搖勻,于45 ℃水浴加熱10 min,再加入正十二醇60μL(提前30℃水浴溶解)和甲醇100μL,渦旋振蕩4 min,于20 ℃以5 000 r·s－1速率離心5 min,取上層正十二醇有機(jī)相(固體),最后用甲醇定容至0.5 mL,經(jīng)0.45μm 有機(jī)濾膜過濾至色譜瓶中待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測(cè)波長的選擇

分別取8 mL 200μg·L－1的Cr3＋、Cr6＋單標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL離心管中,按照1.3節(jié)試驗(yàn)方法處理,用DAD 在波長210～640 nm 內(nèi)進(jìn)行掃描,得到Cr3＋、Cr6＋螯合物的吸收曲線,如圖1所示。

圖1 Cr3＋、Cr6＋螯合物的吸收曲線Fig.1 Absorption curves of Cr3＋and Cr6＋chelates

由圖1可知,Cr3＋、Cr6＋均在258 nm 處出現(xiàn)最大吸收,故試驗(yàn)選擇258 nm 為檢測(cè)波長。

2.2 流動(dòng)相的選擇

試驗(yàn)考察了流動(dòng)相體系分別為甲醇-水和乙腈-水時(shí)對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯合物的分離效果。結(jié)果表明:以甲醇-水為流動(dòng)相體系時(shí),目標(biāo)物的響應(yīng)值更高,峰形更好,分析時(shí)間更短,因此試驗(yàn)選擇的流動(dòng)相體系為甲醇-水。優(yōu)化后的梯度洗脫程序見1.2 節(jié)。100μg·L－1的Cr3＋、Cr6＋混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖見圖2。

圖2 色譜圖Fig.2 Chromatogram

2.3 螯合反應(yīng)條件的選擇

2.3.1 體系酸度

在反應(yīng)過程中,體系酸度對(duì)金屬螯合物的形成有著重要作用。改變體系酸度,其他條件按照1.3節(jié)試驗(yàn)方法分別對(duì)8 mL 200μg·L－1的Cr3＋、Cr6＋單標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行處理,考察了體系酸度分別為pH 2.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0時(shí) 對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯 合物峰面積的影響。

結(jié)果表明:隨著pH 的增大,Cr3＋、Cr6＋螯合物的峰面積均呈先增大后減小的趨勢(shì);當(dāng)體系酸度為pH 6.0 時(shí),兩種離子螯合物的峰面積均較大。因此,試驗(yàn)選擇的體系酸度為pH 6.0。

2.3.2 DDTC溶液濃度

Cr3＋、Cr6＋可以與DDTC發(fā)生螯合反應(yīng)生成不同的螯合物,從而進(jìn)行分離,因此DDTC 溶液的濃度會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生重要影響。試驗(yàn)考察了DDTC溶液濃度分別為50,100,200,300,400 mmol·L－1時(shí)對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結(jié)果表明,兩種離子螯合物的峰面積隨DDTC溶液濃度的增加先增大后趨于穩(wěn)定,當(dāng)DDTC 溶液濃度為200 mmol·L－1時(shí),兩者峰面積均較大。因此,試驗(yàn)選擇的DDTC 溶液濃度為200 mmol·L－1。

2.3.3 反應(yīng)時(shí)間

試驗(yàn)考察了反應(yīng)時(shí)間分別為5,10,15,20,30,40 min時(shí)對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結(jié)果表明,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長,Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積呈先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為10 min時(shí)達(dá)到較大值。因此,試驗(yàn)選擇的反應(yīng)時(shí)間為10 min。

2.3.4 反應(yīng)溫度

試驗(yàn)進(jìn)一步考察了反應(yīng)溫度分別為20,30,40,45,50,60 ℃時(shí)對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結(jié)果表明,兩種離子螯合物的峰面積隨反應(yīng)溫度升高均呈先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)反應(yīng)溫度為45 ℃時(shí),兩者峰面積均較大。因此,試驗(yàn)選擇的反應(yīng)溫度為45 ℃。

2.4 萃取條件的選擇

2.4.1 萃取劑

分別以正十二醇、十六醇和正辛醇為萃取劑進(jìn)行試驗(yàn)。由于十六醇熔點(diǎn)太高,正辛醇凝固點(diǎn)太低,都不便于試驗(yàn)操作;正十二醇熔點(diǎn)適宜,毒性小,不溶于水,易溶于甲醇,可作為室溫下液液微萃取的理想萃取劑。接著,試驗(yàn)考察了萃取劑正十二醇用量分別為10,20,30,40,50,60,70,80,90,100μL時(shí)對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結(jié)果表明:Cr3＋、Cr6＋螯合物的峰面積隨正十二醇用量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì);當(dāng)正十二醇用量為60μL時(shí),兩者峰面積均較大。因此,試驗(yàn)選擇的萃取劑正十二醇用量為60μL。

2.4.2 分散劑

在液液微萃取過程中,萃取劑越分散、液滴越小,與溶液接觸越充分,萃取效率越高。試驗(yàn)考察了無分散劑和分散劑分別為丙酮、甲醇、乙醇、乙腈時(shí)對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結(jié)果表明,加入分散劑對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積有積極影響,其中以丙酮或甲醇為分散劑時(shí),兩者峰面積均較大,考慮到方便操作等因素,試驗(yàn)選擇的分散劑為甲醇。試驗(yàn)進(jìn)一步對(duì)分散劑用量進(jìn)行了優(yōu)化,在其他條件一致的情況下,分別加入50,100,200,300,400,500μL甲醇。結(jié)果表明,甲醇用量對(duì)結(jié)果影響并不大,考慮到操作方便,試驗(yàn)選擇的分散劑甲醇用量為100μL。

2.4.3 萃取時(shí)間

試驗(yàn)考察了萃取時(shí)間分別為1,2,3,4,5 min時(shí)對(duì)Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。結(jié)果表明,當(dāng)萃取時(shí)間為4 min時(shí),目標(biāo)物的峰面積較大,因此試驗(yàn)選擇的萃取時(shí)間為4 min。

2.5 樣品提取條件的選擇

2.5.1 提取方式

將煙用接裝紙樣品A 剪成0.5 cm×0.5 cm 的碎片,混勻,取3 份樣品于50 mL 三角瓶中,每份2 g(精確至0.000 1 g),加入20 mL 水,分別以浸泡、振蕩(轉(zhuǎn)速180～200 r·min－1)、超聲3種方式提取3 min;分別取8 mL 提取液,按照1.3節(jié)試驗(yàn)方法進(jìn)行處理和測(cè)定,結(jié)果見圖3。

圖3 不同提取方式下Cr3＋、Cr6＋的測(cè)定值Fig.3 Determined values of Cr3＋and Cr6＋with different extraction methods

由圖3可以看出,采用超聲提取時(shí),Cr3＋、Cr6＋的測(cè)定值均較高。

2.5.2 提取時(shí)間

將煙用接裝紙樣品A 剪成0.5 cm×0.5 cm 的碎片,混勻,取6 份樣品于50 mL 三角瓶中,每份2 g(精確至0.000 1 g),加入20 mL 水,分別超聲15,30,45,60,90,120 min;各取8 mL 提取液,按照1.3節(jié)試驗(yàn)方法進(jìn)行處理和測(cè)定,結(jié)果見圖4。

圖4 不同提取時(shí)間下Cr3＋、Cr6＋的測(cè)定值Fig.4 Determined values of Cr3＋and Cr6＋with different extraction time

由圖4可以看出:隨著提取時(shí)間的延長,Cr3＋、Cr6＋的測(cè)定值先增大后逐漸保持穩(wěn)定;當(dāng)提取30 min時(shí),Cr3＋、Cr6＋的測(cè)定值均較大。

綜上分析,試驗(yàn)選擇的樣品提取方式為超聲,提取時(shí)間為30 min。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

移取適量的Cr3＋、Cr6＋單標(biāo)準(zhǔn)溶液,用水逐級(jí)稀釋,配制成Cr3＋、Cr6＋質(zhì)量濃度為2.00,5.00,10.00,20.00,50.00,100.00μg·L－1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。按照上述優(yōu)化后的條件進(jìn)行測(cè)定,以Cr3＋、Cr6＋質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示,Cr3＋、Cr6＋標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍均為2.00～100.00μg·L－1,線性回歸方程分別為y＝7.532x＋10.95,y＝2.760x－2.689,相關(guān)系數(shù)分別為0.999 8,0.999 7。

將Cr3＋、Cr6＋單標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋,以3倍信噪比(S/N)對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為檢出限(3S/N),根據(jù)稱樣量和樣品溶液體積換算,所得Cr3＋、Cr6＋的檢出限分別為3,6μg·kg－1。

2.7 精密度、回收試驗(yàn)和富集因子

按照試驗(yàn)方法對(duì)煙用接裝紙樣品A 進(jìn)行3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)濃度水平平行測(cè)定7次,計(jì)算回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表1。

表1 精密度與回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝7)Tab.1 Results of tests for precision and recovery(n＝7)

由表1可知:Cr3＋的回收率為90.7%～105%,測(cè)定值的RSD 為4.2%～7.3%;Cr6＋的回收率為84.1%～106%,測(cè)定值的RSD 為4.5%～7.6%,滿足痕量分析要求。

取20μg·L－1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液2份,一份加入正十二醇,一份不加,其余條件皆一致,按照上述優(yōu)化后的試驗(yàn)條件進(jìn)行處理、檢測(cè),用加入正十二醇的測(cè)定值與未加入的測(cè)定值相比,計(jì)算得到Cr3＋、Cr6＋的富集因子分別為25.6和9.5,可見經(jīng)正十二醇萃取有效地提高了兩者檢出的靈敏度。

2.8 樣品分析

按照試驗(yàn)方法分別對(duì)5種不同煙用接裝紙樣品進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見表2。

表2 樣品分析結(jié)果Tab.2 Analytical results of the samples

由表2可知,接裝紙樣品中Cr6＋含量比Cr3＋含量高,部分接裝紙樣品中未檢出Cr3＋。

本工作提出了分散液液微萃取-HPLC 同時(shí)測(cè)定煙用接裝紙中Cr3＋和Cr6＋含量的方法。用水超聲提取接裝紙樣品30 min,以DDTC 為螯合劑,正十二醇為萃取劑,甲醇為分散劑,同時(shí)富集樣品中的Cr3＋和Cr6＋,用HPLC分離并測(cè)定。該方法靈敏度高、檢出限低、穩(wěn)定性好,并且具有良好的精密度、回收率和較高的富集倍數(shù),適用于煙用接裝紙中Cr3＋和Cr6＋的同時(shí)測(cè)定。