卷烟主流烟气中NNK测量不确定度评定＊

芮晓东，许永，张霞，刘巍，杨帅，金永灿，曹红云，陈永宽，缪明明

（云南烟草科学研究院烟草化学重点实验室，昆明 650106）

卷烟主流烟气中NNK测量不确定度评定＊

芮晓东，许永，张霞，刘巍，杨帅，金永灿，曹红云，陈永宽，缪明明

（云南烟草科学研究院烟草化学重点实验室，昆明 650106）

对气相色谱–热能分析联用法测定卷烟主流烟气总粒相物中NNK含量的测量不确定度进行评定，分析了NNK含量检测的影响因素，计算了不确定度分量及合成不确定度，当NNK含量测定结果为27.4 ng／支时，扩展不确定度为2.0 ng／支。

气相色谱；热能分析联用法；卷烟；NNK；测量不确定度

烟草特有亚硝胺（TSNAs）是一类仅存在于烟草及烟气中的N-亚硝胺化合物，属于器官特异性致癌物质，其作用的主要靶器官是肺部组织。4-（甲基亚硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）是TSNAs中较为重要的一种物质，是烟草在调制、发酵和燃烧时，由仲胺和叔胺生物碱与硝酸盐或亚硝酸盐发生亚硝化反应生成的。随着我国加入《国际烟草控制框架公约》，吸烟与健康的问题越来越成为人们关注的焦点，烟气中TSNAs的控制与检测也得到高度重视，烟草质量检验机构检测数据的有效性直接影响减害工作的实施，因此探讨卷烟主流烟气中TSNAs检测数据的有效性具有重要意义。1993年国标计量局公布了《测量不确定度表示指南》［1］。近年来，不确定度作为一种衡量检测结果可靠性及可信赖程度的重要指标受到人们的广泛重视，陆续在化学计量学界得到应用［2–8］。笔者采用气相色谱–热能分析联用法测定卷烟主流烟气中NNK,对测定过程进行了分析，确定了测量不确定度的来源，对各不确定度分量进行了量化，并得出了合成不确定度。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

20孔道直线型吸烟机：RM200型，英国Cerulean公司；

气 相色 谱 仪：Trace 2000型，美 国Thermo Finigan公司；

热能分析仪：TEA610型，美国Thermo Finigan公司；

浓缩仪：Dry Vap型，美国Horizon公司；

玻璃层析柱：500 mm×20 mm；

电子天平：CP224S型，感量0.000 1 g，德国赛多利斯公司；

二氯甲烷、甲醇：色谱纯；

无水硫酸钠：分析纯；

碱性氧化铝：分析纯，49～75 μm (200～300目)，天津北方化学试剂有限公司；

N-戊基-（2-吡咯基）亚硝胺、NNK：纯度大于97%，美国Arcos公司；

样品：任意抽检样品A。

1.2 样品前处理方法

样品在(22±2)℃，相对湿度（60±3）%的环境下平衡水分48 h，挑选平均质量±0.02 g的烟支作为测试烟支。用RM200吸烟机在ISO规定的标准抽吸方法抽吸卷烟，用Ø92 mm剑桥滤片收集20支卷烟的总粒相物。每张滤片放在一只250 mL三角瓶中，用100,80,80 mL二氯甲烷常温下超声波萃取3次，每次萃取10 min，萃取液于高纯氮气的保护和40℃下浓缩至10 mL左右。把浓缩液完全转移到装有15 g已活化（110℃下烘2 h）的碱性氧化铝并经50 mL二氯甲烷淋洗过的层析柱。然后，用30 mL二氯甲烷淋洗层析柱，不收集洗脱液，再用100 mL含8%甲醇的二氯甲烷洗脱，洗脱液中加入1 mL 400 ng／mLN-戊基-(2-吡咯基)亚硝胺(内标)的二氯甲烷溶液，通高纯氮气浓缩至30 mL，转移至50 mL梨形烧瓶中，浓缩至约1 mL，转移至色谱瓶中进行GC／TEA分析。

1.3 检测方法

使用的检测方法依据GB／T 23228–2008 《卷烟主流烟气总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定气相色谱–热能分析联用法》［9］。

1.4 数学模型

NNK含量按下式计算：

式中：X——每支卷烟主流烟气NNK的传输量，ng／支；

c——浓缩液中NNK的浓度，ng／mL;

V——浓缩液的体积，mL;

n——烟支数量，支。

2 测量不确定度来源

根据测量模型和测量过程分析NNK测量不确定度的来源主要有以下几方面：

（1）NNK浓度引入的不确定度：包括内标溶液配制时引入的不确定度、NNK标准工作溶液配制引入的不确定度、工作曲线拟合引入的不确定度。

（2）体积浓缩引入的不确定度：由于是内标法定量，最后的浓缩体积1 mL，其定容准确度不影响测量结果，因此不计入不确定度来源。

（3）重复性测量引入的不确定度。

3 测量不确定度评定

3.1 NNK浓度引入的不确定度

3.1.1 内标溶液配制引入的相对标准不确定度

内标工作液的配制过程：称取10 mg（m0）N-戊基-（3-甲基吡啶基）亚硝胺（纯度p0），加入约50 mL二氯甲烷完全溶解后，转移至100 mL（V1）的棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，得到浓度为100 µg／mL内标储备液。准确移取2 mL（V2）内标储备液至50 mL（V3）棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，得到浓度4 µg／mL一级内标溶液。准确移取10 mL（V4）一级内标溶液至100 mL（V5）棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，得到浓度为0.4 µg／mL的二级内标溶液。

（1）内标物质N-戊基-（3-甲基吡啶基）亚硝胺纯度引入的相对标准不确定度

根据生产商提供的信息，N-戊基-（3-甲基吡啶基）亚硝胺纯度大于97%，即纯度为97%～100%，可认为其扩展不确定度为1.5%，按均匀分布计算，相对标准不确定度为：

（2）由内标物质称量引入的相对标准不确定度

万分之一电子天平的检定证书给出其称量误差为±0.1 mg，按均匀分布计算相对标准不确定度为:

（3）100 mL容量瓶引入的相对标准不确定度容量瓶的体积误差是造成溶液体积的不确定度的原因之一，100 mL A级容量瓶的体积误差为±0.1 mL，按均匀分布计算，相对标准不确定度为：

（4）2 mL移液管引入的相对标准不确定度

2 mL A级移液管的允许误差为±0.01 mL，按均匀分布计算，相对标准不确定度为：

（5）50 mL容量瓶引起的相对标准不确定度

50 mL A级容量瓶的体积误差为±0.05 mL，按均匀分布计算，相对标准不确定度为：

（6）10 mL移液管引起的相对标准不确定度

10 mL A级移液管的允许误差为±0.02 mL，按均匀分布计算，相对标准不确定度为：

则内标工作液配制引入的标准不确定度为：

3.1.2 标准溶液配制引入的相对标准不确定度

NNK标准溶液的配制过程为：称取10 mg(m1) NNK(P1)，加入约5 mL二氯甲烷完全溶解后，转移至10 mL(V6)的棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，得到浓度为1 000 µg／mL标准储备液。准确移取1 mL(V7)标准储备液至100 mL(V8)棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，得到浓度为10 µg／mL一级标准溶液。准确移取1 mL(V9)一级标准溶液至10 mL(V10)棕色容量瓶中，用二氯甲烷定容至刻度，得到浓度为1 µg／mL二级标准溶液。

（1）标准物质纯度引入的相对标准不确定度

根据生产商提供的信息，NNK纯度均大于97%，即纯度为97%～100%，因此可认为其扩展不确定度为1.5%，按均匀分布计算，相对标准不确定度为：

（2）标准物质称量引入的相对标准不确定度

同3.1.1（2），ur（m1）＝0.58%

（3）10 mL容量瓶引入的相对标准不确定度

同3.1.1（6），ur（V6）=ur（V4）=0.12%

（4）1 mL移液管引入的相对标准不确定度

1 mL A级移液管的允许误差为±0.007 mL，按均匀分布计算，则：

（5）100 mL容量瓶引入的相对标准不确定度

同3.1.1(3),ur(V8)=ur(V5)=0.058%

因此NNK标准溶液配制引入的相对标准不确定度为：

代入数据计算得：ur(c1)=1.22%

3.1.3 标准曲线拟合引入的相对标准不确定度

用NNK标准物质配制6个浓度的标准工作溶液，每个浓度测定3次，每次测定的峰面积见表1。以NNK浓度对NNK峰面积与内标物峰面积之比（A）进行线性回归，得回归方程A=3.358 3c–0.021 。

表1 NNK工作标准曲线峰面积比值

从工作曲线得到的理论峰面积比值与相应的实测峰面积比值之差，按贝塞尔公式计算，其残差标准偏差为：

则标准曲线拟合引入的标准不确定度为：

5次测定峰面积平均比值为1.818 1，则根据工作曲线A=3.358 3c–0.021得到样品溶液NNK浓度为0.547 6 µg／mL，因此标准曲线拟合引入的相对标准不确定度为：

NNK浓度引入的标准不确定度为：

3.2 重复性测量引入的不确定度

取同一样品进行5次测定，测定数据见表2。

表2 样品中NNK重复测定结果 ng/支

由表2数据可得，单次实验的标准偏差为0.49 ng／支，平均值标准偏差为：

则重复性测量引入的不确定度为：

相对标准不确定度为：

4 合成不确定度

各不确定度分量彼此不相关，因此卷烟主流烟气总粒相物中NNK含量的相对合成不确定度为：

由表2中5次重复性测定结果可知，该样品中NNK平均含量为27.38 ng／支，则总标准不确定度为：

5 扩展不确定度及分析结果报告

按正态分布，取置信概率为95%，k=2，可得NNK含量测定结果的扩展不确定度为：

按照GB／T 23228–2008《卷烟主流烟气总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定 气相色谱–热能分析联用法》进行检测，样品主流烟气中NNK含量的测量扩展不确定度为2.00 ng／支，测定结果表示为：X=（27.4±2.0）ng／支，k=2。

6 结语

采用气相色谱–热能分析联用法测定卷烟主流烟气中的NNK，测定结果的不确定度主要是由测定样品中NNK浓度引入的，工作曲线拟合引入的不确定度较小。

［1］ISO(1995) Guide to expression of uncertainly in measurement，corrected and reprinted［S］.

［2］中国实验室国家认可委员会.化学分析中不确定度的评估指南［M］.北京：中国计量出版社，2002.

［3］郑晓航，李秋剑，黄裕，等.气相色谱法测定肉品中六六六、滴滴涕残留量不确定度分析的简易模型［J］.中国测试技术，2007，33(5):88–90.

［4］张婷，李青诚，廖晓玲，等.气相色谱法测定烟叶中硫丹残留量的测量不确定度评价［J］.计量与测试技术，2008，35(2):27–32.

［5］胡新华.气相色谱法测定室内空气中TVOC的不确定度评价［J］.福建分析测试，2008，17 (3):63–68.

［6］李中皓，唐纲岭，陈再根，等.顶空–气质联用法测定卷烟包装材料中苯不确定度评价［J］.质谱学报，2009，30(6):359–363.

［7］林海滨，朱永平，陈星峰，等.连续流动法测定烟草中总氮含量的不确定度评定［J］.福建分析测试，2009，18 (4):53–57.

［8］庞永强，陈再根，陈欢，等.卷烟侧流烟气中一氧化碳测量不确定度的评定［J］.现代测量与实验室管理，2010(1):30–31.

［9］GB／T 23228–2008 卷烟主流烟气总粒相物中烟草特有N-亚硝胺的测定 气相色谱–热能分析联用法［S］.

中国计量科学研究院获重大科学仪器专项

云南省计量测试技术研究院国家重大科学仪器设备开发专项课题“宽量限超高精密电流测量仪”是由中国计量科学研究院院士张钟华负责，由中国计量科学研究院、中国测试技术研究院、云南省计量测试技术研究院、黑龙江计量测试技术研究院等9家单位共同申报的国家重大专项课题，现已进行了课题开题答辩，正稳步推进该课题。

目前，国内使用的高端精密仪器仪表，95%以上都是购买国外的产品，每年都有大量的资金被用于进口精密仪器仪表；同时，受到国外技术封锁的限制，国内研究机构难以买到国外一流的设备，致使科研水平一直受制于设备。国家重大科学仪器设备开发专项课题就是针对这种不利的局面提出的。“宽量限超高精密电流测量仪”项目主要是利用项目组发明的“极低负载效应分布式采样电阻”，从根本上解决宽量限电流精密测量的难点，利用所研制成的“极低负载效应分布式采样电阻”，配合必要的附件研制“宽量限超高精密电流测量仪”，研究“分布式采样电阻负载系数的自校验方法”及一系列用途广泛的“高稳定度恒流电源”，用于取代相应的进口设备。

云南省计量院在该课题中的主要任务是运用“极低负载效应分布式采样电阻”，提高恒流源产品稳定性，开发数百乃至数千安培、稳定度达10–5量级以下的恒流电流源装置；提高电流测量仪表测量准确度；开发出测量不确定度达10–5量级以下的电流测量装置；研制出80 kA及以下量程的变换测量精度达到10–5量级以下的大直流电流标准装置。

计量是推动科学技术进步，促进经济增长，改善民生的重要技术基础。计量仪器仪表是重大科学仪器设备之一，该项目的实施将开发出具有应用前景的计量仪器设备产品，对增强我国科学仪器设备自主创新能力，提升我国科学仪器设备自我装备水平，提高科技创新质量和水平，有力支撑经济社会发展和民生改善具有重要意义。 （李）

南京大学重大科学仪器专项获批

为贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006–2020年)》和《国家“十二五”科学和技术发展规划》，提高我国科学仪器设备的自主创新能力和自我装备水平，国家科技部、财政部于2011年度设立了国家重大科学仪器设备开发专项。

经过层层申报和综合评审，全国总共有8个项目被列入专项组织实施，其中南京大学领衔申报的“高功率宽调谐光学超晶格中红外激光系统”项目获得立项，祝世宁院士为该项目的负责人，项目国拨专项经费为3 587万元。

“高功率宽调谐光学超晶格中红外激光系统”项目的主要研究内容是基于南京大学相关研究团队在光学超晶格理论与实践的研究积累，集成全固态激光技术，研制一套宽调谐、窄线宽、高功率的全固态中红外激光系统。该系统能输出连续波、高功率纳秒和高重复频率皮秒脉冲等不同特性的红外激光,这项研究将能实现我国在中红外激光领域跨越式发展，为高水平科学研究、环境探测、空间站对接等领域提供关键性设备。本项目的实施是南京大学在光学超晶格领域将基础研究成果向应用领域拓展, 从原理创新向技术创新方向迈出的新的一步。 （南京大学）

Uncertainty Evaluation of the Determination of Tobacco Specific NNK in Mainstream Smoke

Rui Xiaodong， Xu Yong， Zhang Xia， Liu Wei， Yang Shuai， Jin Yongcan， Cao Hongyun， Chen Yongkuan， Miao Mingming
（Key Laboratory of Tobacco Chemistry， Yunnan Academy of Tobacco Science， Kunming 650106， China）

The uncertainty in the measurement of NNK content in total particulate matter of cigarette mainstream smoke by GC–TEA method was evaluated. The influence factors on the determination of NNK content were analyzed. The components of uncertainty and combined uncertainty were calculated. The expanded uncertainty was 2.00 ng／cig，as the NNK content was 27.4 ng／cig.

GC–TEA method，cigarette，NNK，measurement uncertainty

O652.7

A

1008-6145(2012)01-007-04

*国家烟草专卖局在研项目基金资助（110200902008）；云南省“烟草化学省创新团队”项目（2009CI014）

联系人：许永，E-mail:xuyone@163.com

2011-10-18

10.3969/j.issn.1008-6145.2012.01.002