气相色谱-质谱测定卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯方法的构建

何 军， 丘宝东， 阮艺斌， 杨敬国， 惠非琼，赵 杨， 张小涛， 张 丽， 姬厚伟

(贵州中烟工业有限责任公司， 贵州 贵阳 550009)

引言

【研究意义】三乙酸甘油酯，又名三醋酸甘油酯，因其无毒无味、易降解等优点，在国内外卷烟醋纤滤棒成型工艺中普遍被用作增塑剂[1-3]。程良琨等[4-5]研究表明，三乙酸甘油酯施加量的大小对滤棒的硬度及吸阻等物理指标存在影响，进而影响卷烟的抽吸及滤嘴过滤效果。滤棒硬度随着三乙酸甘油酯施加量的增加而增大，但其对卷烟烟气释放的单酚类物质尤其是苯酚的过滤效率也随之提高[6-10]。因此，建立快速、准确地测定滤棒中三乙酸甘油酯施加量方法对提高滤棒加工工艺质量及控制卷烟烟气苯酚的释放量具有重要意义。【前人研究进展】目前，卷烟滤棒中三乙酸甘油酯含量的测定方法主要有重量法和气相色谱法[11-13]，重量法因简便、快速，常被滤棒成型车间采用，但精确度不高；而气相色谱法测定三乙酸甘油酯已被定为烟草行业标准[14]，但该方法存在称样量大、消耗溶剂多和试验周期较长等缺点，影响检测效率。近年来，高效液相色谱法[15]和近红外光谱法[16-17]等新方法已得到应用。但鲜见采用气相色谱-质谱法测定卷烟醋纤滤棒中三乙酸甘油酯含量的研究报道。【研究切入点】在对色谱柱、萃取溶剂和萃取时间条件优化后，旨在建立一种适合不同类型醋酸纤维滤棒中三乙酸甘油酯测定的快速、准确、灵敏的气相色谱-质谱法。【拟解决的关键问题】构建气相色谱-质谱联用测定卷烟醋纤滤棒中三乙酸甘油酯的分析方法，以弥补标准方法[14]称样量大、溶剂消耗多、萃取时间长、检测效率低等不足，为卷烟醋纤滤棒质量控制及烟气苯酚释放量的管控提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 醋纤滤棒 不同品牌醋纤滤棒样品共计12种，编号为1～12，选自贵阳卷烟厂。

1.1.2 仪器 气相色谱-质谱联用仪(Clarus 600GC-600CMS)，美国PE公司； AG104电子天平(感量：0.000 1 g)，瑞士Mettler Toledo公司；超声波清洗仪，昆山超声波清洗机有限公司。

1.1.3 试剂 无水乙醇(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司；甲醇(色谱纯)，天津市登科化学试剂有限公司；乙腈(色谱纯)，天津市科密欧化学试剂有限公司；乙酸乙酯(色谱纯)，天津市凯信化学工业有限公司；异丙醇(色谱纯)，天津市富宇精细化工有限公司；标准品为三乙酸甘油酯、正十七烷(纯度均≥99%)，百灵威科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 内标-正十七烷和三乙酸甘油酯的标准溶液配制 称取1.000 0 g 正十七烷，于50 mL容量瓶中，用无水乙醇定容，配制成储备液20 mg/mL，于4℃冰箱中密封保存；称取三乙酸甘油酯0.200 0 g于25 mL容量瓶中，用无水乙醇定容。分别移取50 μL、100 μL、200 μL、400 μL、800 μL、1 000 μL和1 500 μL超纯水于7个10 mL容量瓶中后添加200 μL内标标准溶液，再用无水乙醇定容，得到7个系列标准工作溶液。

1.2.2 样品处理方法及色谱质谱条件 按GB/T 5605-2011[18]的方法抽取醋纤滤棒样品，常温下密封保存，并在15 d内完成检测。

1) 样品制备。从密封袋中随机抽取1支滤棒样品，迅速将滤棒沿纵向剖开，再横向剪成10 mm长的小段；称取0.200 0 g置于50 mL具塞锥形瓶中，加入200 μL内标标准溶液，再添加25 mL无水乙醇萃取剂，超声40 min，取1.0 mL萃取液于色谱瓶中，进行气相色谱-质谱法(GC/MS)分析。

2) 分析条件。色谱柱为TG-WAXMS毛细管柱(30 m×0.25 mm, 0.25 μm)，进样口温度250℃，载气为氦气(纯度≥99.999%)，载气流速1.0 mL/min，分流比为50∶1，进样量1 μL；柱温箱升温程序：初始80℃，保持1 min，以10℃/min升至200℃，再以20℃/min升至240℃，保持10 min；总运行时间25 min，传输线温度250℃，离子源温度230℃，溶剂延迟5 min；电离方式：EI源，电离能量70 eV；扫描方式：选择离子监测(SIM)。三乙酸甘油酯和内标-正十七烷的保留时间和特征离子见表1。

表1 三乙酸甘油酯和内标-正十七烷的保留时间与定性定量离子

1.2.3 色谱柱的选择及萃取溶剂与时间的优化

1) 色谱柱的选择。称取0.200 0 g醋酸纤维滤棒小段置于50 mL具塞锥形瓶中，加入200 μL内标标准溶液，再添加25 mL无水乙醇萃取剂，超声40 min，取1.0 mL萃取液于色谱瓶中，比较中等极性DB-624(60 m×0.32 mm×1.8 μm)和强极性TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱对内标和三乙酸甘油酯的分离效果。

2) 萃取溶剂的优化。称取0.200 0 g醋酸纤维滤棒小段5份，分别置于50 mL具塞锥形瓶中，加入200 μL内标标准溶液；再分别添加异丙醇、甲醇、无水乙醇、乙酸乙酯和乙腈5种溶剂，超声萃取40 min，取1.0 mL萃取液于色谱瓶中，比较不同溶剂的萃取效率。

3) 萃取时间的优化。称取0.200 0 g醋酸纤维滤棒小段5份，分别置于50 mL具塞锥形瓶中，加入200 μL内标标准溶液，再添加25 mL无水乙醇萃取剂，分别超声萃取10 min、20 min、30 min、40 min和60 min，取1.0 mL萃取液于色谱瓶中，比较不同溶剂的萃取效率。

1.2.4 方法灵敏度与加标回收率

1) 方法灵敏度。分别对7个不同浓度三乙酸甘油酯准溶液进行GC/MS分析，采用内标法定量，以三乙酸甘油酯与内标的峰面积比(y)为纵坐标，三乙酸甘油酯浓度(x,g/mL)为横坐标进行回归分析，得到三乙酸甘油酯的回归方程及其相关系数；再将最低浓度的标准溶液稀释，并对三乙酸甘油酯的3倍信噪比(LOD)和10倍信噪比(LOQ)进行GC/MS分析比较，以确定方法的灵敏度是否满足定量分析要求。

2) 加标回收率。取已知三乙酸甘油酯含量的醋纤滤棒(样品含量12.71 mg)为研究对象，按低(4.0 mg)、中(8.0 mg)、高(12.0 mg)3个添加水平进行加标回收试验，6次重复，测定其回收率。

1.2.5 测定方法的验证试验 采用气相色谱-质谱法测定12种不同品牌卷烟醋纤滤棒中三乙酸甘油酯含量，并比较其与烟草行业标准方法〔醋酸纤维滤棒中三乙酸甘油酯的测定 气相色谱法(YC/T 331-2010)[14]〕(以下简称标准法)的称样量、溶剂消耗、且萃取时间及检测效率。

2 结果与分析

2.1 色谱柱的选择

从图1看出，内标-正十七烷和三乙酸甘油酯在中等极性DB-624(60 m×0.32 mm×1.8 μm)和强极性TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱的分离效果均较好，且色谱峰形较好，但中等极性DB-624(60 m×0.32 mm×1.8 μm)色谱柱较长，内标-正十七烷和三乙酸甘油酯出峰时间较晚，影响检测效率。因此，选择强极性TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱。

注：1为内标-正十七烷，2为三乙酸甘油酯。

2.2 萃取溶剂和时间的优化

2.2.1 萃取溶剂 从图2可知，异丙醇、甲醇、无水乙醇、乙酸乙酯和乙腈5种溶剂对卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯的萃取率存在差异。以无水乙醇萃取率最高，乙腈萃取率其次，甲醇萃取率最低，依次为无水乙醇>乙腈>异丙醇>乙酸乙酯>甲醇。表明，卷烟醋纤滤棒在乙腈和乙酸乙酯中易溶解，萃取后的萃取液较为浑浊，不适宜作为卷烟醋纤滤棒的萃取溶剂。因此，选择无水乙醇为萃取剂。

图2 不同溶剂萃取卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯的萃取率

2.2.2 萃取时间 从图3可知，10 min、20 min、30 min、40 min和60 min超声萃取时间对卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯的萃取率存在差异。10～40 min，随着时间的增加对卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯的萃取率呈明显递增趋势；40～60 min，随着时间的增加卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯的萃取率变化趋势不明显。因此，选择40 min为超声萃取时间。

图3 不同超声时间的萃取率

2.3 方法的灵敏度与加标回收率

经气相色谱-质谱法对不同浓度三乙酸甘油酯准溶液分析，得到其回归方程为y=1.255 62x+11.200 8，相关系数(r)为0.999 7；方法的检出限，三乙酸甘油酯的LOD和LOQ分别为0.08 μg/mL和0.15 μg/mL。表明，方法的灵敏度较高，满足定量分析要求。经加标回收试验，三乙酸甘油酯回收率为97.0%～101.5%，平均相对标准偏差(RSD)为2.6%～6.5%，同样满足定量要求。

2.4 不同类型卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯的含量

从表3可知，气相色谱-质谱法和标准法测定12个不同品牌卷烟醋纤滤棒中三乙酸甘油酯的含量差异不大，分别为5.93%～8.62%和5.89%～8.64%，相对偏差为0.01%～0.15%；气相色谱-质谱法和标准法称样量、萃取溶剂用量、萃取时间和分析时间分别为0.2 g和3.0 g、0.2 g和3.0 g、25.0 mL和100.0 mL、40.0 min和180.0 min、25.0 min和15.0 min(表4)，气相色谱-质谱法的称样量小、溶剂消耗量少、萃取时间短和检测效率明显提高。

表3 气相色谱-质谱法与标准法测定各类型卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯的含量

表4 气相色谱-质谱法与标准法的分析步骤比较

3 讨论

三乙酸甘油酯含量对醋纤滤棒的理化指标及卷烟烟气中挥发酚类化合物的释放量产生一定影响，其已作为滤棒质量控制的主要指标之一。目前，烟草行业标准方法[14]采用的GC-FID法，虽检测限和定量限均能满足检测要求，但称样量、萃取溶剂用量和萃取时间方面上存在明显不足，而基于气相色谱-质谱联用(GC/MS)方法高效、灵敏，且已在多个领域广泛使用，建立一种适用滤棒中的三乙酸甘油酯含量测定的新方法，以弥标准方法的缺点。何爱民[19]以异丙醇为溶剂，茴香脑为内标，采用HP-lMS毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)，建立适于卷烟烟气总粒相物中三醋酸甘油酯的气相色谱-质谱分析方法，其线性范围为较好，平均回收率为99.13%，RSD为0.83%。研究基于醋纤滤棒的理化特性，在样品前处理、萃取溶剂、萃取时间、色谱柱和内标选择等方面较何爱民[19]的方法进行了改进和优化。研究结果表明，构建的GC/MS测定卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯分析方法，优化后选择的色谱柱、萃取剂和超声萃取时间分别为强极性TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、无水乙醇和40 min，选择离子模式检测，采用内标-正十七烷定量该方法测定醋酸纤维滤棒三乙酸甘油酯的线性关系良好，r为0.999 7；三乙酸甘油酯的检出限LOD和定量限LOQ分别为0.08 μg/mL和0.15 μg/mL，加标回收率为97.0%～101.5%，相对标准偏差为2.6%～6.5%，其重复性较好和灵敏度较高；经验证试验，气相色谱-质谱法和标准法测定12个不同品牌卷烟醋纤滤棒中三乙酸甘油酯含量差异不大，分别为5.93%～8.62%和5.89%～8.64%，相对偏差为0.01%～0.15%；与标准方法相比，具有样品称样量小、溶剂消耗量少、萃取时间短和检测效率高等优点，更适于批量卷烟醋纤滤棒中三乙酸甘油酯含量的测定。

4 结论

内标-正十七烷和三乙酸甘油酯在强极性的TG-WAXMS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色谱柱和中等极性DB-624(60 m×0.32 mm×1.8 μm)色谱柱上分离效果均较好，TG-WAXMS色谱柱出峰时间早，选择强极性的TG-WAXMS作为分析柱，选择无水乙醇作为萃取溶剂，超声萃取40 min条件下，三乙酸甘油酯的萃取效率达最高，且趋于稳定。构建的气相色谱-质谱联用(GC-MS)测定卷烟醋纤滤棒三乙酸甘油酯分析方法，具有样品称样量小、溶剂消耗量少、萃取时间短和检测效率高等优点，适于批量卷烟醋纤滤棒中三乙酸甘油酯含量的测定。