细支卷烟中5种树苔香味物质的气相色谱-质谱法测定

黄延俊，苏明亮，张建平，许寒春，刘泽春，王晓瑜，孙培健，聂 聪，谢 卫*，黄朝章*

(1.福建中烟工业有限责任公司技术中心,福建 厦门 361021;2.中国烟草总公司郑州烟草研究院,河南 郑州 450001)

随着消费者对健康的关注以及消费行为的改变，细支卷烟产品的研发与生产销售成为我国烟草行业发展的趋势[1]。相对于常规卷烟而言，细支卷烟通常指圆周小于24 mm的烟支，目前市面上的细支卷烟以圆周17 mm的烟支为主。归因于圆周的减少，细支卷烟的横截面积也随之变小，比如17 mm卷烟的横截面积仅为24 mm卷烟的一半，使得在正常抽吸条件下，通过细支卷烟的气体流速高于常规卷烟。气流状态的改变导致卷烟燃烧状况、成分输送规律发生变化[2]，因此即使用相同的烟草配方，卷烟的抽吸感受也会发生明显变化。因而，卷烟圆周的改变要求制造厂商对烟草配方和加工工艺也作出相应的调整。

树苔属于松萝科扁枝衣属的地衣植物，其提取物具有独特的青滋香韵和浓郁的树脂气息，留香比较持久，是重要的天然香料[3-4]。树苔净油和浸膏是GB 2760-2014[5]规定允许使用的食品用天然香料，将其应用于卷烟加香后，可掩盖烟草杂气和泥土气息，明显增加烟气浓度，且能改善口腔和喉部的舒适感，在烟用香精的调配中起着重要作用[6]。

树苔香味物质的分析以气相色谱-质谱联用法为主[7-8]，对于不挥发的成分则可借助高效液相色谱[9]或高效液相色谱-质谱法[10-11]进行，然而对于烟草中树苔香味物质的测试则未见报道。为了研究树苔香味物质在不同圆周卷烟中的迁移规律，本研究采用气相色谱-质谱对含有复杂基质[12-14]的烟丝和烟气中的树苔香味物质进行检测。所建立的方法定性定量准确、抗基质干扰强、检测灵敏度高、稳定性好，可用于评价香味成分向卷烟烟气的迁移，从而为卷烟产品的设计提供有效的数据支持。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

TRACE1310气相色谱+ISQ LT四极杆质谱(美国Thermo公司)；RM200转盘型吸烟机(德国Borgwaldt KC公司)；ML204电子天平(感量0.000 1 g，瑞士Metler Toledo公司)；Elmasonic S300超声波萃取仪(德国Elma公司)；2-16P离心机(德国Sigma公司)；TurboVap II氮吹仪(瑞典Biotage公司)；Milli-Q超纯水机(美国Millipore公司)。

乙酸苯乙酯(标准品)、3，5-二羟基甲苯(苔黑酚，纯度98%)、3-甲氧基-5-甲基苯酚(苔黑酚单甲醚，97%)、盐酸(37%)、乙酸乙酯(色谱纯)，购于百灵威公司；2，4-二羟基-3，6-二甲基苯甲酸甲酯(β-苔黑酚羧酸甲酯，>98%，美国Sigma Aldrich公司)；2，4-二羟基-6-甲基苯甲酸乙酯(苔黑酚羧酸乙酯，98%)、十六酸乙酯(97%)购于日本TCI公司；无水硫酸钠、氯化钠、二氯甲烷、正己烷、甲苯、甲醇(分析纯，国药控股股份有限公司)；纯水(自制，符合GB/T 6682-2008[15]中一级水的要求)。卷烟SFM(圆周17 mm)、XHM(圆周17 mm)、YFM(圆周24 mm)、对照卷烟(不添加香精，圆周24 mm)、烟用树苔香精由福建中烟工业有限责任公司提供。

1.2 标准溶液的配制

分别准确移取一定体积的标准储备溶液(苔黑酚单甲醚、苔黑酚、β-苔黑酚羧酸甲酯、十六酸乙酯、苔黑酚羧酸乙酯)和内标储备溶液(乙酸苯乙酯)至50 mL容量瓶中，用乙酸乙酯定容，得其浓度范围为0.02～1.00 μg/mL的系列标准溶液，内标浓度为0.22 μg/mL。

称取约1.0 g对照卷烟烟丝，用20 mL乙酸乙酯萃取，萃取液用10 mL饱和食盐水和0.5 mL 5%盐酸洗涤，经无水硫酸钠干燥后，用0.45 μm PTFE滤膜过滤，得到烟丝基质溶液。分别移取2.0 mL烟丝基质溶液至氮吹瓶中，在氮气保护下吹扫至近干，再加入系列标准溶液，摇匀，静置，得到烟丝基质匹配标准溶液。

使用转盘型吸烟机按照GB/T 19609-2004的方法[16]抽吸20支对照卷烟，采用剑桥滤片捕集总粒相物。滤片用40 mL乙酸乙酯萃取，萃取液用10 mL饱和食盐水和0.5 mL 5%盐酸洗涤，经无水硫酸钠干燥后，用0.45 μm PTFE滤膜过滤，得到烟气基质溶液。分别移取2.0 mL烟气基质溶液至氮吹瓶中，在氮气保护下吹扫至近干，再加入系列标准溶液，摇匀，静置，得到烟气基质匹配标准溶液。

1.3 样品前处理

称取约1.0 g样品卷烟烟丝，用20 mL含内标(乙酸苯乙酯0.22 μg/mL)的乙酸乙酯萃取，萃取液用10 mL饱和食盐水和0.5 mL 5%盐酸洗涤，经无水硫酸钠干燥后，用0.45 μm PTFE滤膜过滤，得到待测烟丝溶液。

使用转盘型吸烟机按照文献[16]抽吸20支样品卷烟，用φ92 mm剑桥滤片捕集总粒相物。滤片用40 mL含内标(乙酸苯乙酯0.22 μg/mL)的乙酸乙酯萃取，萃取液用10 mL饱和食盐水和0.5 mL 5%盐酸洗涤，经无水硫酸钠干燥后，用0.45 μm PTFE滤膜过滤，得到待测烟气溶液。

1.4 色谱-质谱条件

色谱柱：J&W DB-1701毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；进样口温度：250 ℃；进样量：1.0 μL；分流比：10∶1；载气：He，1.5 mL/min；程序升温：起始温度为60 ℃，保持2 min，以 4 ℃/min升至240 ℃，保持1 min，再以20 ℃/min升至260 ℃，保持5 min；离子源：EI；电子能量：70 eV；传输线温度：250 ℃；离子源温度：250 ℃；溶剂延迟：8 min；质量扫描范围：45～300 amu；采用SCAN和SIM同时扫描，NIST标准谱库进行检索定性。

图1 5个目标物混合标准溶液(1.0 mg/L)的总离子流色谱图

2 结果与讨论

2.1 目标成分的确定及色谱-质谱条件的选择

考察了某烟用树苔香精，鉴定出苔黑酚、苔黑酚单甲醚、β-苔黑酚羧酸甲酯、苔黑酚羧酸乙酯和十六酸乙酯等主要成分，其中苔黑酚、β-苔黑酚羧酸甲酯和苔黑酚羧酸乙酯3个成分含量较高且均为树苔的特征成分[4,17-18]；苔黑酚单甲醚含量较低，但其与β-苔黑酚羧酸甲酯的混合物可以模拟天然苔香气息[6]；十六酸乙酯虽不是树苔特征成分，然而其含量较高且结构与以上4种化合物有较大区别，可作为考察迁移的参考成分。因此，选择以上5个成分作为目标物。如图1所示，在“1.4”条件下5个目标物的色谱峰分离完全，峰形对称且尖锐，表明适合于气相色谱-质谱分析。5个目标化合物和内标的保留时间及特征离子如表1所示。

表1 5个目标物和内标的监测条件Table 1 Monitoring conditions for 5 flavoring compounds and the internal standard

图2 不同溶剂对烟气(A)和烟丝(B)中目标物的萃取效率

2.2 前处理条件的优化

2.2.1萃取方式的选择蒸馏萃取法具有信息丰富、谱图干净、定性准确等优点[19]，但由于萃取时间较长、温度较高且萃取环境开放，因而容易造成香味成分失真。相比而言，溶剂提取法的操作简便快捷，重现性好，适合作为本研究中烟丝和烟气分析的共同前处理方法。

2.2.2萃取溶剂的选择由于所选目标物均为芳香环化合物或脂肪酸酯类化合物，因此考察了亲油溶剂乙酸乙酯、正己烷、二氯甲烷、甲苯以及亲水溶剂甲醇的萃取效率。将混合标准溶液添加于对照卷烟烟丝和烟气中，其萃取液经无水硫酸钠干燥后直接进样。以二氯甲烷为基准，使用不同溶剂萃取液中目标物与内标的峰面积比(ASol/ADCM)来比较溶剂的萃取效率(图2)。结果显示，正己烷的萃取效率最低，甲醇对小分子量的苔黑酚单甲醚和苔黑酚有较好的亲和性，甲苯对较大分子量的β-苔黑酚羧酸甲酯、苔黑酚羧酸乙酯和十六酸乙酯有较好的亲和性。乙酸乙酯则可以较好地萃取5个目标物，因此实验选择乙酸乙酯作为最佳萃取溶剂。

表2 5种目标物在烟丝和烟气中的基质效应Table 2 Matrix effects of 5 analytes in cut tobacco and tobacco smoke

2.2.3萃取时间的选择考察了萃取超声时间分别为5、10、15、20、25、30 min时，烟丝和烟气中5种目标物的萃取量。结果表明，随着萃取时间的增加，烟丝中5种目标物20 min时达到萃取平衡，此后随着萃取时间的延长，目标物的萃取量不再增加；而烟气的5种目标物15 min即可达到萃取平衡，继续增加萃取时间，目标物的萃取量几乎无变化。因此，选择烟丝和烟气的最佳萃取时间分别为20 min和15 min。

2.3 基质的影响

基质效应是采用质谱进行烟草分析时必须考虑的问题。本文通过对比纯品的标准溶液与添加基质的标准溶液的信号差异，来考察基质效应。对于每一种目标物，用0.1、0.2、0.5 μg/mL 3个水平下的基质溶液中的峰面积响应之和与相对应的3个水平下纯溶剂配制的标准溶液中的峰面积响应之和的比值来考察基质效应[20]。由表2可知，烟丝和烟气对目标物均存在基质增强效应，由于烟气较烟丝更为复杂，因此增强效应尤其明显，如β-苔黑酚羧酸甲酯和苔黑酚羧酸乙酯在烟气中的信号分别约为纯溶剂中的2.5倍和4.1倍，若不加以修正，将严重影响定量结果。为减小基质效应的影响，通常按照样品前处理步骤提取不含目标化合物的“空白”样品，并将提取液与标准品溶液混合，做成基质匹配标准工作溶液(Matrix matched calibration solution)对基质效应进行校正[21-22]。

2.4 方法验证

2.4.1工作曲线、检出限及定量下限按照“1.2”方法配制5个目标物的基质匹配标准溶液，以目标组分与内标的峰面积比(y)，对质量浓度(x,mg/L)绘制标准曲线，结果见表3。5个目标物在不同基质中均具有良好的线性关系，相关系数(r2)不低于0.996 8。采用优化方法，分别在烟丝和烟气基质中对5个目标物进行加标实验，分别按信噪比(S/N)为3和10计算检出限和定量下限，烟丝基质中的检出限和定量下限分别为0.79～3.0 ng/mL和2.6～10.0 ng/mL，烟气基质中的检出限和定量下限分别为0.60～2.9 ng/mL和2.0～9.6 ng/mL。以树苔香精在烟丝中的正常添加量0.005%[6]、成分向烟气中迁移10%计算，本方法能满足对卷烟烟丝和烟气中5个微量目标物的检测要求。

2.4.2回收率与精密度选取空白烟丝和烟气样品，分别添加低、中、高(烟丝0.5、1.0、2.5 μg/cig和烟气0.1、0.2、0.5 μg/cig) 3个水平的标准溶液，按照本方法进行加标回收率实验，每一浓度样品平行测定6次，结果见表4。在不同加标水平下，烟丝中5种目标物的平均回收率为90.5%～103%，相对标准偏差(RSD)为2.3%～12%；烟气中5种目标物的平均回收率为85.6%～104%，RSDs为1.6%～9.3%。说明该方法的准确度及精密度较好。

表3 烟丝和烟气中5种目标物的线性方程、检出限及定量下限Table 3 Linear equations,detection limits(LODs) and quantitation limits(LOQs) of 5 analytes in cut tobacco and tobacco smoke

表4 烟丝和烟气中5种目标物的加标回收率及相对标准偏差(n=6)Table 4 Spiked recoveries and RSDs of 5 analytes in cut tobacco and tobacco smoke(n=6)

2.5 实际样品的测定及迁移率的比较

以圆周17 mm的卷烟(SFM和XHM)以及24 mm的卷烟(YFM)为例，测试了其目标成分的含量，并比较了成分从烟丝到烟气的迁移情况，结果如表5所示。3个卷烟中均未测出苔黑酚单甲醚，SFM中检出少量的苔黑酚，但烟气中未检出，另外3个成分在不同卷烟中的含量不等；迁移率方面，3个卷烟不同成分的迁移率范围为8.8%～45.5%,β-苔黑酚羧酸甲酯和苔黑酚羧酸乙酯的分子结构相近，因此迁移率接近，十六酸乙酯因沸点较低而具有较高的迁移率。

表5 不同卷烟烟丝和烟气中目标物含量及迁移率的比较Table 5 Comparison of 5 analyte contents in cut tobacco and tobacco smoke of selected cigarettes and their corresponding migration ratios

* no detected

为满足不同的消费需求，卷烟采用差异化的设计参数(表6)，如同样是圆周17 mm的卷烟，SFM的滤嘴通风率和总通风率分别为51.1%和58.8%，XHM的滤嘴通风率和总通风率分别为22.5%和33.4%，较大的通风率使得卷烟烟气被稀释，减少了成分从烟丝向烟气的迁移；比较了圆周17 mm和24 mm的卷烟，SFM和YFM的滤嘴通风差异显著(51.1%和8.31%)，但二者成分的迁移率差异却不及SFM和XHM(见表5)，这可能与卷烟圆周密切相关，因为细支卷烟的气体流速大于粗支卷烟，通过调节滤嘴通风可以改变烟支的气体流速，从而显著改变成分的迁移率。

表6 3个规格卷烟的烟支物理指标Table 6 Physical parameters of SFM,XHM and YFM

3 结 论

本文建立了一种溶剂萃取结合气相色谱-质谱测定卷烟烟丝和烟气中5种目标物的分析方法，并用于评价细支卷烟中树苔香味物质的迁移情况。5种目标物在所配制浓度范围内线性良好(r2>0.996),检出限为0.60～3.0 ng/mL，平均加标回收率为85.6%～104%，相对标准偏差为1.6%～12%。该方法操作简便、灵敏度高、检测结果准确，并有效克服了烟草基质的影响，所测试卷烟中成分的迁移率为8.8%～45.5%。相关数据为细支卷烟的设计提供了有力支持。