抽吸模式对卷烟主流烟气主要芳香胺释放量的影响

张 亮, 陈嘉彬, 孙海峰, 王 奕, 刘贤杰, 谢 涛, 王 芳



抽吸模式对卷烟主流烟气主要芳香胺释放量的影响

张 亮*, 陈嘉彬, 孙海峰, 王 奕, 刘贤杰, 谢 涛, 王 芳

(深圳烟草工业有限责任公司, 广东 深圳, 518109)

为研究抽吸模式对卷烟主流烟气中主要芳香胺释放量的影响, 在ISO、Massachusetts和Health Canada 这3种抽吸模式下分别抽吸了15种市售卷烟, 采用液相色谱–串联质谱(LC-MS/MS)法测定了主流烟气中4种主要芳香胺的释放量. 结果表明: ①混合型卷烟芳香胺释放量明显高于烤烟型卷烟; ②与ISO方案相比, 采用Massachusetts或Health Canada抽吸模式, 卷烟烟气芳香胺的释放量均显著提高; ③抽吸模式的改变对高滤嘴通风率卷烟芳香胺释放量的影响更为显著; ④卷烟主流烟气中的焦油含量与芳香胺释放量呈现不明显的相关性.

抽吸模式; 液相色谱–串联质谱(LC-MS/MS)法; 主流烟气; 芳香胺

不同抽吸方式对烟支的燃烧有很大影响, 所以不同抽吸模式下卷烟烟气的化学成分也有很大地差别[1]. 近年来, 世界卫生组织对国际标准化组织烟草技术委员会规定的吸烟机抽吸参数(ISO/TC 126)提出了质疑, 认为该参数条件并不能代表消费者抽吸行为的平均水平, 根据ISO/TC 126来设定吸烟机参数并不能准确定量消费者抽吸卷烟而摄入的有害物质的量[2]. 马萨诸塞州方案(Massachusetts, 简称MASS)[3]采取封闭滤嘴一半的通风孔, 模仿消费者抽烟时用手指夹住卷烟的通风区域所产生的堵塞现象. 加拿大卫生部方案(Health Canada, 简称Canada)[4]则强调测量并报告每种卷烟产品的烟气最大释放量, 采用此方案, 用吸烟机测定的烟气量接近于消费者吸烟可能吸入的最大烟气量. 已有多项有关在此2种抽吸方案基础上的有害物释放量的研究报道[5—12]. 芳香胺类是致癌成分, 已被加拿大政府列入要求卷烟生产厂商定期检测的46种有害成分释放量的名单中. 研究显示胺类化合物对烟气香味贡献不大[13], 所以控制烟气中芳香胺的释放量有重要意义. 芳香胺的检测主要有气相色谱–质谱联用法(GC/MS), 但该法前处理繁琐、费时. 余晶晶等[14]报道了同时测定烟气中4种芳香胺的液相色谱–串联质谱法(LC-MS/MS), 方法快速、灵敏, 省去了衍生化步骤, 大大提高了检测效率. 本文将采用LC-MS/MS法测定ISO、Massachusetts和Health Canada 3种抽吸方式下主流烟气中芳香胺的释放量.

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

选择15种市售卷烟样品, 其中9种为烤烟型卷烟, 6种为普通混合型卷烟, 样品参数如表1所示.

甲醇(色谱纯, 美国T. T. Baker公司); 乙腈(色谱纯, 德国Merck公司); 甲酸(优级纯, 美国ROE SCIENTIFIC 公司); 盐酸、氨水(优级纯, 广州化学试剂厂); 1–氨基萘、2–氨基萘、3–氨基联苯(纯度≥98%, 百灵威公司); 4–氨基联苯(优级纯, 英国Flurochem公司);7–2–氨基萘、9–4–氨基联苯标准溶液(100 μg/mL, 1 mL, 德国Dr. Ehrenstofer公司).

SM450型20孔道直线式吸烟机(英国Cerulean公司);44 mm剑桥滤片(英国Whatman公司); DikmaProElut PXC阳离子交换固相萃取柱(150 mg, 6 mL)(迪马科技有限公司); Milli-Q Advatange A10超纯水仪(美国Millipore公司); LC-MS/MS仪(美国安捷伦公司); Waters Symmetry ShieldTMRP18(150 mm × 2.1 mm i.d., 3.5 μm)色谱柱(美国Waters公司); Borgwaldt kc DT-5多功能测试仪(德国Borgwaldt公司); BP 210S电子天平(感量: 0.000 1 g, 德国Sartorius公司).

表1 实验用卷烟样品的参数

1.2 方法

1.2.1 标准工作曲线的绘制

1.2.1.1 标准储备液配制

称取100 mg 1–氨基萘、50 mg 2–氨基萘、20 mg 3–氨基联苯和10 mg 4–氨基联苯标准试剂, 分别置于不同的100 mL棕色容量瓶中, 用甲醇定容至刻度, 配制成一级标准储备液, 浓度分别为1.0、0.5、0.2和0.1 mg/mL.

分别移取1–氨基萘、2–氨基萘、3–氨基联苯和4–氨基联苯标准储备液1.0 mL至同一个100 mL容量瓶中, 用甲醇定容至刻度, 配制成二级混合标准溶液, 浓度为10.0、5.0、2.0和1.0 μg/mL.

移取10.0 mL二级混合标准溶液至100 mL容量瓶中, 用甲醇定容至刻度, 配制成三级混合标准溶液, 1–氨基萘、2–氨基萘、3–氨基联苯和4–氨基联苯的浓度分别为1.0、0.5、0.2和0.1 μg/mL.

1.2.1.2 内标溶液配制

D7–2–氨基萘、D9–4–氨基联苯(100 μg/mL, 1 mL)分别完全转移至不同的25 mL棕色容量瓶中, 且用甲醇冲洗试剂瓶3次, 洗液全部转入容量瓶, 用甲醇定容至刻度, D7–2–氨基萘和D9–4–氨基联苯的浓度均为4 μg/mL.

1.2.1.3 标准工作溶液

分别移取0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0和10.0 mL三级混合标准溶液置于100 mL容量瓶中, 再分别准确加入1.0 mL D7–2–氨基萘、0.4 mL D9–4–氨基联苯内标溶液, 用5%氨水甲醇溶液定容至刻度, 即配制成如表2所示的8级标准工作溶液.

表2 系列标准工作溶液 /(ng·mL-1)

1.2.2 卷烟抽吸和样品前处理

1.2.2.1 卷烟抽吸

按文献[1]的方法抽吸卷烟, 主要抽吸参数和每张滤片搜集的烟支数如表3所示, 3种抽吸模式均合并2个通道的滤片作为一个平行样, 每个样品平行测定3次.

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

1.2.2.2 样品前处理和分析

将2片滤片放入200 mL锥形瓶中, 准确加入100 mL 5%的盐酸溶液、100 µL D7–2–氨基萘和40 µL D9–4–氨基联苯溶液, 超声萃取30 min后, 用移液管准确移取50 mL萃取液, 加到已用10 mL甲醇和10 mL 5%盐酸溶液活化后的阳离子交换固相萃取柱上, 令萃取液靠重力自然流下. 然后依次用10 mL水、10 mL甲醇洗涤, 最后准确加入5 mL 5%氨水的甲醇溶液(v/v)进行洗脱, 洗脱液混匀后进LC-MS/MS分析[14]. 分析条件为:

表4 高效液相色谱梯度洗脱条件[14]

柱温: 30 ℃; 进样量: 10 μL; 流动相A: 0.1%(v/v)甲酸水溶液; 流动相B: 0.1%(v/v)甲酸乙腈溶液; 流速: 0.3 mL/min; 采样时间: 0～10 min. 梯度洗脱条件见表4.

离子源: 电喷雾电离源(ESI); 扫描方式: 正离子扫描; 检测方式: 多反应监测模式(MRM); 电喷雾电压: 4 500 V; 离子源温度: 500 ℃; 辅助气Gas1压力: 0.483 MPa; 辅助气Gas2压力: 0.483 MPa. 各化合物的定量离子对、定性离子对、驻留时间、碰撞能量(CE)及去簇电压(DP)见表5.

表5 质谱检测参数[14]

2 结果与讨论

2.1 工作曲线、检测限和重复性

分别对芳香胺系列浓度标准溶液进行LC-MS/MS分析, 以4种芳香胺与内标峰面积的比值作纵坐标, 芳香胺的浓度为横坐标, 分别建立4 种芳香胺化合物的校正曲线, 按信噪比为3, 计算出各芳香胺的检出限, 结果如表6所示. 由表6可知, 在线性浓度范围内, 4种芳香胺的工作曲线线性良好, 适合定量分析.

表6 4种芳香胺的回归方程、相关系数和检出限

注: ①—芳香胺与内标7–2–氨基萘的峰面积之比; ②—芳香胺与内标9–4–氨基联苯的峰面积之比.

以参比卷烟Kentucky 3R4F作为样品, 平行测定6次, 除4–氨基联苯以外, 测定结果的RSD均在5%以内, 检测方法的重复性理想, 适合定量分析.

表7 3R4F卷烟烟气中4种芳香胺测量的重复性(n = 6)

2.2 3种抽吸模式下15种不同焦油量卷烟芳香胺释放量比较

从表1和表8可以看出: 随着卷烟焦油含量增加, 芳香胺的释放量表现出增加的趋势, 但当卷烟焦油量相差不大时, 较低焦油量卷烟(编号A, E)也存在比略高焦油量(编号B, F)的芳香胺释放量高些的可能; 卷烟焦油含量相近的混合型卷烟芳香胺释放量显著高于烤烟型卷烟; 不同抽吸模式对卷烟芳香胺释放量的影响显著, 不同模式下芳香胺释放量由大到小的顺序为Canada→Mass→ISO.

表8 卷烟样品3种抽吸模式下4种主流烟气芳香胺的释放量 /(ng·支-1)

表9 Massachusetts和Health Canada抽吸模式与ISO相比较4种芳香胺的增加率/%

由图1可以看出, 对于焦油量为5 mg/支、6 mg/支烤烟型卷烟和4 mg/支的混合型卷烟, 相比于ISO抽吸方式, 采用MASS 抽吸模式时, 芳香胺总释放量增加率均大于100%; 而其他焦油量卷烟, 其芳香胺释放量增加率也均大于40%; 采用Canada抽吸模式时, 5 mg/支、6mg/支烤烟型卷烟以及焦油量为4 mg/支的混合型卷烟芳香胺总释放量增加率均大于200%, 而其他卷烟的总释放量均大于100%.

图1 Massachusetts和Health Canada抽吸模式下主流烟气4种芳香胺总释放量分别与ISO模式相比的增加率

图2 Massachusetts和Health Canada抽吸模式较ISO抽吸模式芳香胺释放量增加率与滤嘴通风率的关系

由表9可以看出, 相对于ISO模式, MASS和Canada抽吸模式下4种芳香胺均有较大幅度增长. 1–氨基萘的平均增长率最大, Mass和Canada模式下的平均增长率分别为71.3%和161.4%, 可见1–氨基萘对芳香胺释放量增加的贡献度最大; 3–氨基联苯的平均增长率最小, Mass和Canada模式下的平均增长率分别为43.4%和111.5%, 对芳香胺释放量增加的贡献度最小.

2.3 3种抽吸模式对不同滤嘴通风率卷烟芳香胺释放量的影响

从图2可以看出, 随着滤嘴通风率的增大, 抽吸模式的改变对卷烟芳香胺释放量的影响普遍增大, 对于滤嘴通风率大于25%的卷烟尤为明显. 当卷烟滤嘴通风率在25%～40%时, 采用Mass抽吸模式, 其芳香胺释放量较ISO抽吸模式增幅均超过50%, Canada抽吸模式下芳香胺释放量较ISO抽吸模式增幅均超过125%; 而对于B, A和J 3种高滤嘴通风率卷烟, Mass抽吸模式芳香胺释放量较ISO增幅均超过100%, 而Canada芳香胺释放量较ISO抽吸模式增幅均超过200%. 由于抽吸模式的差异, 高滤嘴通风率卷烟芳香胺的释放量也可能远高于低滤嘴通风率的卷烟, 甚至高于滤嘴未打孔卷烟.

3 结论

在ISO、Massachusetts和Health Canada 3种抽吸模式下抽吸15种卷烟, 并采用LC-MS/MS方法检测芳香胺释放量的结果表明, Massachusetts或Health Canada深度抽吸模式下, 卷烟主流烟气中的芳香胺释放量显著提高, 在高通风率的卷烟中表现得更为明显, 这在一定程度上否定了滤嘴打孔技术在卷烟降焦减害方面的作用. 因此, 随着烟草控制框架公约在我国的全面实施, 应探索新的降低卷烟烟气有害成分释放量的方法, 以便在新的国际标准出台时能及时采取应对措施.

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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

(责任编校: 江 河)