HPLC-MS/MS法测定烟用接装纸中的六价铬含量

韩维岐，王 洋，谷超林，朱良华，金 哲

（吉林烟草工业有限责任公司技术研发中心，长春 130031）

烟用接装纸是烟支滤嘴最外层的包装纸，主要起到连接滤嘴与烟支的作用。随着时代的发展，人们赋予它更多的职能，如美观、标识等，工艺更加复杂，加工过程中需加入各种助剂和印刷油墨等。加上环境因素，导致接装纸中含有痕量的重金属，其中就包括六价铬［1-3］。六价铬具有高毒性，吸入会引起肾炎、贫血、神经炎等疾病，具有强致癌性［4-6］。在卷烟抽吸过程中，接装纸直接与口腔接触，其中含有的六价铬可能会迁移至体内，对人体造成伤害，因此，准确测定接装纸中六价铬含量对卷烟危害性评价有重要意义。目前，六价铬检测方法主要有原子吸收光谱法、分光光度法、荧光分析法、电感耦合等离子体质谱法、离子色谱法、高效液相色谱法、连续流动法等［5，7-12］，现行行业标准方法［2］前处理过程中需数次转移样品，前处理步骤较多，操作繁琐，检测效率低、检出限高。在烟用材料六价铬的检测研究中，使用高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）法检测却鲜有提及。本研究将烟用接装纸样品超声萃取，直接用HPLC-MS/MS检测其六价铬含量，该方法前处理简单快速，检出限低，结果准确性高，旨在为烟用接装纸中六价铬含量的准确测定提供一种新的解决方案。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

仪器：HY-8A型数显调速多用振荡器，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；DU-14型超声仪，英国Clifton公司；Milli-Q10型纯水仪，美国Millipore公司；ORION STAR A214型pH计，美国Thermo科技公司；Agilent 6410B型三重四级杆质谱、Agilent 1290型高效液相色谱，美国安捷伦公司；Astoria-305D型连续流动分析仪（配有540 nm滤光片），美国API公司。

试剂：乙酸（色谱纯）、甲醇（色谱纯）、乙腈（色谱纯），美国fisher公司；六价铬标准溶液（1 000μg/mL），国家有色金属及电子材料分析测试中心；去离子水（电阻率18.2 MΩ·cm）。

1.2 方法

1.2.1 样品制备 将烟用接装纸样品剪成0.5 cm×0.5 cm的碎片，混匀，称取2 g（精确至0.000 1 g）于50 mL三角瓶中，用于萃取试验。

1.2.2 色谱条件的确定 采用ZORBAX Eclipse Plus C18色谱柱（2.1 mm×50.0 mm，1.8μm）；柱温30℃；进样量10μL；等梯度洗脱；运行时间3 min，后运行1 min。对其他色谱条件进行筛选。

1）流动相的选择。高效液相色谱-串联质谱法常用的流动水相为高纯水、乙酸铵溶液、乙酸溶液、甲酸溶液和氨水溶液；常用的流动有机相为甲醇和乙腈。对浓度为1.0 mg/L的六价铬标准溶液进样，先固定有机相为甲醇，后分别对流动水相高纯水、10 mmol/L乙酸铵、0.1%乙酸、0.2%乙酸、0.1%甲酸、0.1%氨水进行筛选分析。

2）流动相比例优化。根据上一步确定的流动相，对浓度为1.0 mg/L的六价铬标准溶液进样，流动相配比分别为0∶100、50∶50、60∶40、70∶30、80∶20、90∶10，对不同的流动相比例进行分析。

3）流速优化。根据优化的流动相比例，分别对不同流速0.1、0.2、0.3、0.4 mL/min进行分析。

1.2.3 质谱条件 离子源为电喷雾离子源（ESI），扫描模式为负离子模式，检测模式为多重反应监测模式（MRM），碎裂电压为110 V，碰撞能（CE）为30 eV，干燥气流量为3.0 L/min，干燥气温度为300℃，雾化器压力为0.1 MPa，毛细管电压为3 000 V。

4）目标离子确认。六价铬在水溶液中主要以铬酸根（CrO42-）形式存在，分别扫描空白样品和浓度为1.0 mg/L的六价铬标准溶液，通过二者扫描谱对比、确认。

1.2.4 标准曲线 用移液枪准确移取1 mL浓度为1 000μg/mL的六价铬标准溶液于100 mL容量瓶中，用去离子水定容，得到浓度为10μg/mL的一级标准储备液，再移取1 mL一级标准储备液于另1个100 mL容量瓶中，用去离子水定容，得到浓度为100μg/L的二级标准储备液，再分别移取0.5、1、2、5、10、20 mL二级标准储备液于100 mL容量瓶中，用去离子水定容，得到浓度为0.5、1、2、5、10、20μg/L的标准工作溶液，按照上述优化后的分析条件上机检测，对峰面积进行外标法作图。

1.2.5 萃取条件的确定

1）样品萃取液pH选择。取4份样品，各加入20 mL pH分别为6.0、7.0、8.0、9.0的萃取液（萃取液为去离子水中加入乙酸或氨水调节pH至目标值），超声萃取30 min。各取适量萃取液用0.22μm水相滤膜过滤至色谱瓶中，按照“1.2.2”的色谱条件和“1.2.3”质谱条件，测定六价铬的含量。

2）萃取方式的选择。取3份样品，加入20 mL萃取液（调节pH至上述试验确定的目标值），分别以浸泡、振荡（180～200 r/min）、超声3种方式各萃取30 min。各取适量萃取液用0.22μm水相滤膜过滤至色谱瓶中，按照“1.2.2”的色谱条件和“1.2.3”质谱条件，测定六价铬含量，选择合适的萃取方式。

3）萃取时间的选择。根据以上确定的萃取条件，取6份样品，加入20 mL的萃取液，按照上述确定的萃取方式，分别萃取15、30、45、60、90、120 min。各取适量萃取液用0.22μm水相滤膜过滤至色谱瓶中，测定其中六价铬含量，选择合适的萃取时间。

1.2.6 六价铬含量测定 按“1.2.1”方法制备样品，然后按照“1.2.5”萃取条件萃取样品，取适量上层萃取液用0.22μm水相滤膜过滤至色谱瓶中，置于仪器中按照筛选的色谱条件和质谱条件，测定样品中的六价铬含量。

1.2.7 精密度与回收率试验 移取浓度为10μg/mL的一级标准储备液2 mL于100 mL容量瓶中，用萃取液定容得到浓度为200μg/L的标准溶液，按照“1.2.1”步骤制备相同接装纸样品3份，再分别向样品中加入0.10、0.15、0.20 mL浓度为200μg/L的标准溶液，按照“1.2.6”试验步骤进行测定，分别在1.00、1.50、2.00μg/L 3个浓度水平上进行加标回收试验，每个浓度平行测定6次考察方法精密度。

2 结果与分析

2.1 目标离子确认

通过六价铬溶液与空白样品的扫描谱对比（图1），结合六价铬在水溶液中的存在形式［主要以铬酸根（CrO4

图1 扫描谱

2-）形式存在］，可以确认目标母离子为117.1。对母离子施加一定的碎裂电压将其打碎，根据所得子离子谱（图2）以确认目标子离子为100.1。

图2 子离子谱

2.2 流动相的选择

按照“1.2.2”色谱条件对浓度为1.0 mg/L的六价铬标准溶液进样，分别对不同流动水相进行了分析，结果见图3。从图3可以看出，其他条件一致时，0.1%和0.2%体积分数的乙酸水溶液比其他几种流动相的效果要好，从成本角度考虑，试验采用0.1%体积分数的乙酸水溶液作为流动相水相。对甲醇和乙腈分别作为有机相进行了考察，结果显示，乙腈作为流动相时出现多峰、连峰的情况，不适宜作为本研究的流动相。因此，本研究的流动相选定为0.1%乙酸（体积分数）和甲醇。

图3 不同流动水相峰面积结果

2.3 流动相比例优化

为了使目标物响应值尽可能大，达到最佳检测效果，按照“1.2.2”色谱条件”，流动相选定为0.1%乙酸（体积分数）和甲醇，对不同配比的流动相进行测定，结果见图4。从图4可以看出，随着水相比例的增加，目标物响应值增大，峰形也越来越好，考虑到色谱柱的耐受性，采用A∶B=90∶10的方案。

图4 不同流动相比例的目标峰

2.4 流速优化

为了确定最佳流速，对浓度为1.0 mg/L的六价铬标准溶液进样测定。按照已经确定的色谱条件，测定不同流速0.1、0.2、0.3、0.4 mL/min下的样品溶液响应情况，结果见图5。由图5可以看出，流速为0.2 mL/min时，目标峰的响应最好，故选择流速为0.2 mL/min。

图5 不同流速样品响应情况

2.5 样品萃取液p H选择

按照确定的“1.2.2”色谱条件，各取适量萃取液用0.22μm水相滤膜过滤至色谱瓶中，测定其中六价铬的含量，结果见图6。从图6可以看出，萃取液pH对六价铬测定结果有一定的影响，在萃取液pH为8.0时，可以达到最佳萃取效果。因此，本研究选择pH 8.0的氨水溶液作为萃取液。

图6 萃取液p H对结果的影响

2.6 萃取方式的选择

取3份萃取样品，加入20 mL pH 8.0的氨水萃取液，分别以浸泡、振荡（180～200 r/min）、超声3种方式各萃取30 min。各取适量萃取液用0.22μm水相滤膜过滤至色谱瓶中，按照确定的“1.2.2”色谱条件，测定其中六价铬的含量，结果见图7。从图7可以看出，同等试验条件下，超声萃取效果要比振荡和浸泡好，因此，试验采用超声萃取的方式。

图7 萃取方式对结果的影响

2.7 萃取时间的选择

取6份萃取样品，加入20 mL pH 8.0的氨水萃取液，分别超声萃取15、30、45、60、90、120 min。各取适量萃取液用0.22μm水相滤膜过滤至色谱瓶中，按照“1.2.2”确定的色谱条件，测定其中六价铬的含量，结果见图8。从图8可以看出，开始时测定含量随着萃取时间的增加而增加，但当萃取时间增加到30 min，即达到最佳萃取效果后，测定含量随时间增加变化不大，因此，试验采用超声萃取30 min。

图8 萃取时间对结果的影响

2.8 标准曲线与检出限

按照“1.2.4”方法，得到标准曲线（图9）Y=208.762 6X-65.055 6，相关系数R2=0.999 8。将标准溶液逐级稀释，以3倍信噪比所对应浓度为检出限，检出限为3μg/kg。

图9 标准曲线

2.9 精密度与回收率

按照“1.2.7”所述操作考察方法精密度与回收率，测定结果见表1。从表1可以看出，该方法精密度和回收率均满足痕量分析要求。峰形，且目标峰具有很高的辨识度，干扰峰少。现行行业标准方法前处理较为繁琐，效率偏低，从表2可以看出，本研究方法有着更高的检测灵敏度、更低的检出限，具有更加简单快速的优点。

表1 精密度与回收率结果（n=6）

2.10 样品测定与对比

按照“1.2.6”方法，分别对5个不同牌号烟用接装纸中的六价铬含量进行了测定（图10），并与现行行业标准方法［2］进行了对比，结果见表2。

表2 烟用接装纸样品Cr（Ⅵ）测定结果（单位：μg/kg）

图10 典型样品谱

从图10可以看出，该方法检测结果具有很好的

3 小结

本研究结果表明，在水溶液中六价铬母离子质荷比为117.1，母离子被打碎后的子离子质荷比为100.1。在pH为8.0的条件下，超声萃取30 min可以对接装纸样品中的六价铬获得最好的提取效果。使用0.1%体积分数的乙酸水溶液和甲醇作为流动相，二者比例为90∶10，流速为0.2 mL/min时可以取得最好的分离效果。对碎裂电压在70～150 V、碰撞能10～50 eV进行了考察，结果表明碎裂电压为110 V、碰撞能为30 eV时有最好的响应。在与行标进行对比检测的结果中可以看出，本方法的灵敏度较高。从对样品的检测结果来看，烟用接装纸中六价铬的含量低。

本研究建立了烟用接装纸中六价铬的HPLC-MS/MS测定方法。采用pH 8.0的氨水溶液超声萃取样品，过滤后直接检测。与现行行业标准方法相比，前处理更加简单、快速，检测灵敏度更高，检出限更低，稳定性更好。本方法具有良好的精密度和回收率，简单、准确、灵敏，适用于烟用接装纸中六价铬含量的测定。