烟用热熔胶中酚类抗氧化剂的测定

牛佳佳，张艳芳，李 栋，陈 宸，余晶晶，叶长文，贺 琛，陈连芳，高 凤

1.中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2 号 450001

2.河北中烟工业有限责任公司，石家庄市维明南大街1 号 050051

3.四川中烟工业有限责任公司，成都市锦江区成龙大道1 段56 号 610066

烟用热熔胶是以热塑性树脂或弹性体（一般为乙烯-醋酸乙烯树脂，EVA）为基料，添加增黏剂、增塑剂、抗氧化剂、阻燃剂及填料，经熔融混合而成的固态黏合剂。其在常温下为固体，加热到一定温度后能熔融形成可流动且具有一定黏性的液体。烟用热熔胶是卷烟生产中重要的烟用材料之一，主要用于滤棒成型纸、卷烟条与盒、烟箱等的粘接［1-2］。

抗氧化剂广泛用于橡胶、塑料和黏合剂等高分子聚合物中，以防止聚合物材料因氧化降解而失去强度和韧性。烟用热熔胶常用于滤棒成型，由于其在使用过程中需加热融化，因此热熔胶生产中常加入一定量抗氧化剂来增强产品的稳定性［3］。国内外食品接触材料法规及标准规定了许可使用的抗氧化剂及使用要求。国家标准GB 9685—2016［4］许可使用2,6-二特丁基-4-甲基苯酚（BHT），且有最大残留量（QM）或特定迁移量（SML）的限制要求，如聚乙烯、聚丙烯塑料中BHT的QM 为0.5%；欧盟食品接触材料法规［5］对此也有详细的规定，如食品接触涂层中BHT 的QM 为0.5%，SML 为3 mg/kg。食品添加剂领域也有抗氧化剂使用的具体规定，国家标准GB 2760—2014［6］许可使用丁基羟基茴香醚（BHA）、特丁基对苯二酚（TBHQ）等抗氧化剂，且有严格的用量要求。准确测定烟用热熔胶中的酚类抗氧化剂含量对于卷烟工业企业和热熔胶生产企业进行此类添加剂的质量监控有重要意义。

近年来，涉及抗氧化剂的卷烟烟气自由基、有害成分形成方面的研究［7-9］已有报道，但卷烟辅助材料中抗氧化剂的研究报道较少。关于抗氧化剂的测定，研究对象主要涉及食品、食品包装材料、高分子材料等，一般以食品添加剂中限量使用的抗氧化剂为目标物。例如：孟繁磊等［10］利用超高效液相色谱（UPLC）测定了食用油中10 种抗氧化剂；王国军等［11］利用高效液相色谱（HPLC）测定了聚丙烯餐具中12 种抗氧化剂的迁移量。目前，关于食品包装、高分子材料等样品中抗氧化剂的测定已有国家或行业标准方法［12-13］。例如，SN/T 1504.4—2005［12］提供了采用HPLC 测定高密度聚乙烯中的6 种酚类抗氧化剂的方法。此外，抗氧化剂的测定方法还有气相色谱-质谱法［14］、加压毛细管电色谱法［15］、液相色谱-串联质谱法［16］等。目前，烟草行业尚未针对烟用热熔胶产品建立抗氧化剂的测试方法。热熔胶中含有大量的乙烯-醋酸乙烯聚合物、石蜡等基体物质，如何在实现目标分子有效提取的同时，尽可能地净化提取液，减少基质干扰是方法开发的重点和难点。为此，以烟用热熔胶实际生产过程可能使用以及食品和食品包装领域常用的苯酚、TBHQ、BHA、BHT、2,4-二特丁基苯酚、2,6-二特丁基苯酚、四［β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯（Irganox 1010）和β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八碳醇酯（Irganox 1076）等8 种抗氧化剂为目标物，通过考察前处理条件、色谱参数等，建立一种快速、高效、可操作性强的烟用热熔胶中酚类抗氧化剂的超高效液相色谱（UPLC）分析方法，旨在为烟用热熔胶的质量监控提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

10 个用于滤棒成型的热熔胶样品，2018 年取样于滤棒生产车间机台，编号为1～10。

标准品：苯酚、TBHQ、BHA、2,4-二特丁基苯酚、2,6-二 特 丁 基 苯 酚、BHT、Irganox 1010、Irganox 1076（＞98%，百灵威科技有限公司）；四氢呋喃（使用前减压蒸馏纯化）、甲醇、乙腈（色谱纯，美国Tedia 公司）。

Waters ACQUITY UPLC I-Class 超高效液相色谱仪、二极管阵列检测器（PDA）、Empower 3 色谱工作站（美国Waters 公司）；KQ-700DE 型超声仪（昆山市超声仪器有限公司）；BP221S 电子天平（感量0.0001 g，德国Sartorius 公司）；Milli-Q 超纯水机（美国Millipore公司）；微孔有机滤膜（0.22 μm，上海安谱科学仪器有限公司）。

1.2 样品处理与分析

用刀片将热熔胶样品切成粒径小于2 mm 的粒状，混合均匀。准确称取0.2 g 热熔胶样品，置于50 mL 锥形瓶中，加入5 mL 四氢呋喃，常温下超声提取2 h；加入15 mL 甲醇稀释，于-18 ℃下放置10 min；过滤，用少量甲醇润洗固形物；合并滤液并用甲醇定容至25 mL，过有机滤膜后进行UPLC 分析。色谱分析条件为：

色谱柱：Waters ACQUITY UPLC@BEH（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）；柱温：30℃；柱流速：0.6 mL/min；进样量：2 μL；检测波长：200 nm。流动相A：水；流动相B：乙腈；梯度洗脱程序：0～15 min，20%～100%B；15～20 min，100%B。

以保留时间定性，采用外标法定量。

2 结果与讨论

2.1 色谱条件的选择

2.1.1 检测波长

参照文献［5，7］，分别以200、280 nm 波长进行检测。图1 为8 种目标物在200、280 nm 波长下的色谱图。由图1 可以看出，在波长200 nm 下，8种目标物的色谱峰信号强度均明显高于280 nm。另外，采用二极管阵列PDA 检测器对标准溶液进行190～400 nm 全波段扫描，结果如图2 所示。由图2 可以看出，8 种目标物在波长200 nm 左右的吸光度均最高，因此选择检测波长200 nm。

图l 8 种目标物在200 和280 nm 波长下的色谱图Fig.1 Chromatograms of eight targets at 200 and 280 nm

图2 190～400 nm 下8 种目标物的吸光度Fig.2 Absorbances of eight targets at 190-400 nm

2.1.2 流动相

酚类抗氧化剂分离中常用的流动相是乙腈和水，例如，SN 1504.4—2005［12］中采用乙腈和水对目标物进行梯度洗脱。为了改善目标物的色谱峰形，流动相中常需要加入甲酸或乙酸。本实验中分别考察了乙腈-水、乙腈-1%甲酸水溶液、乙腈-1%乙酸水溶液等3 个流动相体系。结果表明，在相同的梯度条件下，甲酸、乙酸水溶液和纯水流动相体系条件下的目标物色谱峰形接近，乙腈-水体系条件下8 种目标物的分离度较高。因此，选择乙腈和水作为流动相。

进一步考察了流动相洗脱条件，结果表明，20%乙腈等度洗脱条件下可以实现目标物的有效分离，但有部分目标物的保留时间过长（Irganox 1076 保留时间为42 min）。通过对洗脱程序的优化，最终确定1.2 节所示的梯度洗脱程序，由图1A 可以看出，在17 min 内目标物完全分离，表明分析效率较高。

2.1.3 色谱柱

考察了Waters ACQUITY UPLC@BEH（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）、AgilentZORBAX Eclipse XDBC18（50 mm×2.1 mm，1.8 μ m）超高效色谱柱以及Agilent ZORBAX Eclipse plus C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）常规色谱柱对目标化合物的分离效果，结果分别见图3A～C。可以看出，Waters ACQUITY UPLC@BEH（50 mm×2.1 mm，1.7 μm）色谱柱对8 种目标物的分离效果好，分析速度快，可满足定性、定量分析要求。因此，选择Waters ACQUITY UPLC@BEH 色谱柱。

图3 不同色谱柱分离效果对比Fig.3 Comparing the separation effects by different columns

2.2 前处理条件的确定

根据热熔胶样品特点以及目标化合物的理化性质，选择甲醇、乙腈、三氯甲烷、四氢呋喃等溶剂进行酚类抗氧化剂的提取效果考察。结果表明：采用振荡提取方式，样品均难以溶解；在超声条件下，四氢呋喃、三氯甲烷两种溶剂可使样品完全溶解，但不同样品溶解耗时差异较大；超声萃取2 h可使样品完全溶解，且通过对比四氢呋喃、三氯甲烷的测试数据发现，数据之间无明显差异。考虑到三氯甲烷不易购得（根据中华人民共和国国务院令第445 号《易制毒化学品管理条例》可知，三氯甲烷属于第二类管制化学品），因此选择四氢呋喃为溶剂且超声2 h 的提取条件。

样品提取液中含有大量的热熔胶基体物质，如果直接进样则会严重污染色谱柱及管路等，因此须对提取液进行净化。本实验采用向提取液中加入不良溶剂沉淀基体物质的方法来去除热熔胶基体，比较了甲醇、乙醇对热熔胶基体的沉淀效果。提取液中加入甲醇后，出现块状沉淀；提取液中加入乙醇后，溶液呈悬浊状。可见，甲醇去除基体效果更好（图4A）。由图4B 可知，甲醇和乙醇作为沉淀剂时，测试结果一致性均较好。将甲醇或乙醇沉淀后的沉淀物烘干后进行称量，进一步比较验证两种溶剂对热熔胶基体的沉淀效果，结果显示，甲醇的沉淀效果明显优于乙醇。另外，增加-18 ℃冷冻处理步骤后，沉淀物的质量均有所增加，因此，最终确定1.2 节所示的前处理条件。

图4 甲醇、乙醇作为沉淀剂的效果对比Fig.4 Comparing the effects of methanol and ethanol as precipitants

2.3 工作曲线和检测限

准确称取各标样25 mg，置于250 mL 容量瓶中，加入四氢呋喃甲醇混合溶液（1∶5，体积比），超声3 min 溶解并定容，配制成标准储备液。准确移取标准储备液0.05、0.1、0.5、1.0 和2.0 mL，分别置于5 个10 mL 的容量瓶中，用四氢呋喃甲醇混合溶液定容，得到0.5、1、5、10 和20 mg/L 5 个不同质量浓度的标准工作液。

各取0.5 mL 不同浓度的标准工作溶液，按照浓度由低到高的顺序分别进行UPLC-UV 测定，将测得的UV 峰面积（y）与标准溶液的质量浓度（x，mg/L）进行线性回归分析，得到各目标化合物的标准工作曲线方程。选择合适的最低浓度的标准溶液平行测定10 次，计算其标准偏差，以3 倍标准偏差为检出限，10 倍标准偏差为定量限。结果（表1）显示，本方法工作曲线线性良好、检出限低。

表1 标准工作曲线和检测限Tab.1 Standard working curve and detection limit

2.4 回收率和精密度

采用标准加入法测定方法的回收率。称取0.2 g 样品，加入与其含量相当的混合标准溶液，按照1.2 节方法进行前处理和分析，进行6 次重复实验，测定加标回收率和重复性，结果见表2。可以看出，方法回收率为90.9%～103.4%，RSD 为0.7%～6.7%，可以满足定量分析要求。

表2 方法的回收率和精密度（n=6）Tab.2 Recovery and repeatability of the method（n=6）

2.5 稳定性考察

称取0.2 g 样品，加入与其含量相当的混合标准溶液，按照1.2 节方法进行提取，分别在0、2、4、8、12、24 h 对处理好的样品溶液进样测试。结果表明，8 种目标物的RSD 为1.6%～4.2%，表明样品处理液在24 h 内稳定。

2.6 实际样品分析

采用本方法测定了10 个烟用热熔胶样品中8种抗氧化剂的含量。结果（表3）表明，所有样品均检出抗氧化剂。烟用热熔胶中常用抗氧化剂以BHT、Irganox 1010 为 主，其 中BHT 含 量 为497.4 ～3 951.5 mg/kg，Irganox 1010 为456.3 ～7 990.5 mg/kg；少量样品中检测出2,4-二特丁基苯酚、2,6-二特丁基苯酚，含量均在500 mg/kg 左右。以欧盟食品接触材料法规［5］要求的涂层中BHT 的QM 为0.5%来看，烟用热熔胶样品中BHT 的含量能够满足该要求。

表3 10 个样品检测结果①Tab.3 Test results of ten adhesive samples （mg·kg-1）

3 结论

采用四氢呋喃良性溶剂提取和甲醇不良溶剂去除热熔胶基体的前处理条件，可使目标物提取、净化一步完成。以乙腈-水为流动相，利用UPLC梯度洗脱，建立了烟用热熔胶中苯酚、TBHQ、BHA、2,4-二特丁基苯酚、2,6-二特丁基苯酚、BHT、Irganox 1010、Irganox 1076 等8 种抗氧化剂的测定方法。方法测定结果准确（回收率90.9%～103.4%）、精密度良好（RSD≤6.7%）、检测灵敏（检测限0.008～0.028 μg·mL-1）、分析速度快（仪器运行17 min），适用于烟用热熔胶中酚类抗氧化剂的测定。实际样品测试结果表明，烟用热熔胶样品中抗氧化剂以BHT、Irganox 1010 为主，未发现苯酚、TBHQ、BHA、Irganox 1076 等食品及食品接触材料中其他常见的抗氧化剂或污染物。