气相色谱－串联四极杆质谱法测定主流烟气中的苯并［a］芘

尉 朝，孙海峰，陈嘉彬，谢 涛，王 芳

（深圳烟草工业有限责任公司，广东 深圳 518109）

多环芳烃（PAHs）是卷烟烟气中主要的一类致癌物质，苯并［a］芘（BaP）是其代表物质，也是烟气中重点关注的有害物质之一［1－5］。已知BaP是一种前致癌物，需代谢激活才有致突变和致癌作用，其代谢产物能够造成DNA损伤导致细胞癌变［6－9］。由于每支卷烟烟气中 BaP含量很低，在几至几十纳克。目前检测BaP的常用方法多为单四极杆气质联用法（GC／MS），采用离子扫描模式定量（SIM）［10－14］，检测前样品必须经过净化、浓缩等前处理过程，费时费力，且溶剂用量大，对环境不友好。对于低焦油卷烟产品，如1mg，其烟气中BaP含量太低，只有1ng／cig左右，此时单杆质谱扫描信号较低，定量比较困难。

气相色谱－三重串联四极杆质谱联用仪（GC－QqQ－MS／MS）具有灵敏度高、噪音低的特点，对痕量物质分析具有很高的可靠性，多用于检测大气、水质及土壤中的多环芳烃、农药残留、邻苯二甲酸酯类等［15－20］。目前，气相色谱－三重串联四极杆质谱联用法检测烟气中BaP仅有少量文献报道［21］。因此，本工作拟寻求一种检测方法，达到前处理样品量小、使用溶剂少、无需浓缩处理、处理速度快、对环境污染小的目的，同时提高高沸点物质检测的稳定性及重复性，为低焦油卷烟产品有害物质的分析研究提供方法参考。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent GC7890A－QQQ7000B气相色谱－三重串联四极杆质谱联用仪：美国Agilent公司产品；RM200全自动转盘式吸烟机：德国Borgwaldt公司产品；KQ－500DB超声波清洗器：昆山超仪公司产品；电子天平：德国Sartorius公司产品。

硅胶固相萃取柱 （100mg／1mL）：美国Varian公司产品；环己烷、甲醇（均为 HPLC级）：美国J.T.Baker公司产品；BaP（98.0%）、BaP－D12（95%）：德 国 Dr.Ehrenstorfer公 司产品。

1.2 标准溶液及萃取剂配制

配制浓度为100mg／L的BaP及BaP－D12环己烷溶液作为标准储备液；配制含BaP－D12浓度为5μg／L环己烷溶液作为萃取剂；用萃取剂配制BaP浓度分别为5、10和20μg／L的系列标准溶液，使用内标法校正。

1.3 样品前处理

按照GB／T 16450—2004规定的方法捕集20支卷烟烟气。将含有烟气冷凝物的滤片放入250mL锥形瓶中，准确加入40mL萃取剂，超声萃取30min。取3mL萃取液上已活化的硅胶固相萃取小柱，用3mL环己烷淋洗，收集全部洗脱液，直接进样分析。

1.4 实验条件

1.4.1 色谱条件 MMI进样口，进样口温度280℃；不分流进样1.5min；载气（氦气）流速1.2mL／min，恒流；程序升温：初温150℃，以10℃／min升温至260℃，再以5℃／min升温至300℃，保持5min；传输线温度280℃。

1.4.2 质谱条件 EI源，正离子模式；离子源温度300℃；四极杆温度均为180℃；碰撞气氮气，流速1.5mL／min；载气（氦气）流速2.25 mL／min；多反应监测（MRM）模式，详细参数列于表1。

表1 BaP及BaP－D12MRM参数表Table 1 BaP and BaP－D12MRM parameters

2 结果与讨论

2.1 质谱参数优化

用环己烷分别配制浓度为100μg／L的BaP和BaP－D12溶液，通过全扫描模式选择合适的母离子，再采用产物离子扫描（product ion scan）模式优化碰撞能量及子离子质荷比，最后使用MRM模式确定离子扫描通道数。实验结果表明，BaP结构稳定，所需碰撞能较大，采用2对离子通道扫描效果优于3对以上，使用表1中的MRM参数能够获取较高响应值，标样及实际样品分析结果示于图1。

图1 BaP标准溶液（a）及实际样品（b）的MRM图Fig.1 MRM chromatogram of BaP STD solution（a）and cigarette sample（b）

2.2 工作曲线

采用内标法建立工作曲线，示于图2。在0.2～10μg／L浓度范围内，线性良好。该浓度相当于BaP含量为0.4～20ng／cig，符合一般烤烟型卷烟的检测需求。

图2 BaP标准校正曲线Fig.2 BaP standard calibration curve

2.3 净化条件优化

高浓度的样品容易污染离子源，因此烟气萃取液的净化是非常重要的环节。BaP是非极性化合物，通常采用硅胶固相萃取小柱滤去萃取液中的极性物质。本方法采用内标法定量，且串联质谱灵敏度较高，净化后无需浓缩处理，故采用3mL上样体积，既满足检测要求又大大缩短了洗脱时间。实验对不同部分的洗脱液进行了研究，结果列于表2。实验发现，占总量96.9%的BaP集中在上样流出液和前2mL洗脱液中，故3mL环己烷即可满足检测需求。此外，对样品中BaP含量低于1ng／cig的洗脱液用氮气浓缩至约1mL。

表2 洗脱液BaP浓度Table 2 The BaP concentration in the eluate

2.4 色谱柱选择

实验比较了 HP－5ms、DB－5ms和 DB－35 ms UI 3种色谱柱对BaP分离的影响，色谱柱规格均为30m×0.25μm×0.25mm。结果表明：HP－5ms色谱峰拖明显；DB－35ms UI背景噪音较大导致信噪比降低；而DB－5ms所得峰形最好，无明显拖尾，噪音低，且与内标也有一定的分离，提高了方法灵敏度和精密度。

2.5 操作参数优化

由于多环芳烃沸点较高且在烟气中种类较多，本实验采用先快速升温至260℃，再缓慢升温至300℃，最后保持高温让杂质流出。实验还发现，使用较低的离子源和四极杆温度（如230℃和150℃）时，质谱响应值低且重复性较差，对痕量多环芳烃测定有一定影响。因此，本实验在仪器许可温度范围内采用较高的离子源和四极杆温度（300℃、180℃）以避免污染，提高实验结果的准确性和重复性，通过实验发现，本实验与文献［22］研究结果相同。使用反吹法将无关的高沸点物反向流出，并且进样20次后，使用工作站程序烘烤离子源和四极杆。

2.6 方法检出限、定量限和重复性

将最低浓度标准溶液（0.2μg／L）连续进样10次，以结果标准偏差的3倍值作为方法检出限（LOD），以10倍作为定量限（LOQ），选取烤烟型和混合型卷烟样品各1个，同时平行测定6次，计算方法重复性变异系数，结果列于表3。

表3 校正方程与检出限、定量限Table 3 The correction equation and LOD，LOQ

2.7 加标回收率

将不同浓度的BaP标准溶液加入A、B两个样品烟气滤片中，计算加标回收率，结果列于表4。

表4 重复性与回收率Table 4 The repeatability and recovery rate

2.8 卷烟样品烟气中BaP含量的测定

采用本方法和 GB／T 21130—2007（GC／MS）法测定了6个常规焦油量卷烟样品和3个超低焦油卷烟产品，实验结果表明，前者两种方法测定结果一致，而后者单杆气质方法信噪比太低无法定量，结果列于表5。

表5 样品检测对比Table 5 Result comparisons of cigarette samples determination

3 结论

本工作建立了气相色谱－三重串联四极杆质谱测定卷烟主流烟气中BaP的方法。实验优化了前处理方法和仪器操作条件，有效降低了基质效应对测定的影响，方法重复性和回收率好、检测限低、灵敏度高，常规焦油卷烟样品检测结果与现行国标方法一致。本方法操作简便，流程短、溶剂用量少，尤其适合低焦油卷烟产品的BaP检测。

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