快速測定彩色卷煙紙與接裝紙中六價鉻的連續(xù)流動分析方法

許 永，楊光宇，劉 欣，李 晶，王 晉，黃海濤

(云南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，云南 昆明 650231)

隨著煙草科技的發(fā)展，現(xiàn)代印刷技術在卷煙制造中得到廣泛應用，特別是在卷煙紙和接裝紙方面。合理的色彩印刷能形成強烈的視覺反差，吸引消費者，增強品牌形象，還具有一定的防偽作用。但在印刷過程中，一些有害成分會被帶入卷煙紙和接裝紙中，并可能在卷煙抽吸或與人口部的接觸中進入人體，從而對人體健康產(chǎn)生危害。因此控制彩色卷煙紙和接裝紙中外源性污染物對于保障卷煙產(chǎn)品的安全性具有重要意義。

六價鉻是彩色卷煙紙和接裝紙中重要的外源性重金屬污染物，屬吸入性極毒物，皮膚接觸可能致敏；更可能造成遺傳性基因缺陷和致癌，對環(huán)境也有持久危險性。六價鉻的危害在國內(nèi)外引起了廣泛關注，歐盟對包裝材料中六價鉻的含量作出了明確限量，美國環(huán)保局(EPA)也將六價鉻列為高度危險的毒性物質[1-3]。因此需要建立卷煙紙與接裝紙中六價鉻的快速測定方法，為煙草及煙草制品中有害成分的監(jiān)管提供必要的技術支持。

目前六價鉻的檢測主要采用原子光譜法、液相色譜-電感耦合等離子體質譜法、離子色譜法、化學發(fā)光法、分光光度法、連續(xù)流動分析法等[4-16]。其中，連續(xù)流動分析法具有自動化程度高、速度快、試劑用量和廢液排放少等優(yōu)點，在六價鉻分析中得到了廣泛應用。中國煙草總公司于2015年發(fā)布了采用連續(xù)流動分析法測定六價鉻的企業(yè)標準(YQ/T60-2015)[16]，樣品用緩沖溶液萃取，萃取液經(jīng)固相萃取柱凈化后于流動分析儀中與顯色劑1,5-二苯基碳酰二肼在線混合顯色，并通過分光光度計進行檢測。該方法在樣品前處理過程中需數(shù)次轉移樣品，前處理步驟較多，操作繁瑣，檢測效率低，且轉移過程中可能會因雜質的引入影響檢測結果的可靠性。

針對企業(yè)標準方法的不足，本研究建立了一種固相萃取/連續(xù)流動分析法快速測定彩色卷煙紙和接裝紙中六價鉻的方法，通過改進進樣杯，將稱樣、振蕩、樣品溶液過濾、固相萃取和進樣均在進樣杯中完成，無需轉移樣品，且所采用的固相萃取填料HLB穩(wěn)定性較好，無需活化，使樣品前處理過程大為簡化，樣品分析效率比煙草企業(yè)標準方法提高了數(shù)倍。此外，轉移步驟的減少可有效防止樣品前處理中人為誤差的引入。

圖1 改進的連續(xù)流動分析儀樣品杯及處理過程Fig.1 Improved continuous flow analyzer sample cup and process

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

AA3型連續(xù)流動分析儀，540 nm濾光片(英國Seal公司)；帶固相萃取功能的樣品杯(圖1，本實驗室設計，委托上海安譜科學儀器有限公司加工)。六價鉻標準儲備溶液(100 mg/L，中國計量科學研究院)；磷酸二氫鉀溶液(pH 8.0，0.1 mol/L)；硫酸-磷酸混合液(其中磷酸、硫酸、水的體積比為1∶1∶23)；1,5-二苯基碳酰二肼溶液(準確稱取0.4 g 1,5-二苯基碳酰二肼溶于200 mL異丙醇中，加入1滴乙酸，用水定容至1 000 mL)；其余試劑均為優(yōu)級純；實驗用水為二次蒸餾水，并經(jīng)Milli-Q Academic超純水儀處理(美國Millipore公司)。

1.2 測定方法

準確稱取0.2 g試樣(精確至0.001 g)于25 mL進樣杯(圖1a)中，將進樣杯依次放于連續(xù)流動分析儀的進樣盤上，放入40個樣品，分別準確加入20 mL磷酸氫二鉀緩沖溶液，再依次插入帶固相萃取填料的內(nèi)套管(圖1b)，以防止振蕩萃取過程中溶液濺出。將插好內(nèi)套管(圖1c)的樣品盤放至振蕩器上，按YQ/T 60-2015條件振蕩萃取30 min后，用力下壓內(nèi)套管(圖1d)，使萃取好的樣品溶液通過固相萃取材料進入內(nèi)套管中，再將樣品盤放在連續(xù)流動分析儀的自動進樣器上。由自動進樣器的進樣針直接從內(nèi)套管中吸取固相萃取凈化的樣品后，按YQ/T 60-2015條件進行分析。六價鉻檢測的連續(xù)流動分析儀管路系統(tǒng)見圖2。

2 結果與討論

2.1 樣品前處理方法的設計

為減少前處理過程中樣品的轉移，設計了與流動分析儀自動進樣器樣品盤匹配的振蕩器，可從自動進樣器上取下樣品盤，裝滿一盤樣品后直接振蕩萃取，萃取完畢后壓下內(nèi)套管以完成樣品提取液的過濾和固相萃取，最后將整個樣品盤放至自動進樣器上進行分析。整個操作無需轉移樣品溶液，大大簡化了前處理過程，使得分析效率與已有煙草企業(yè)標準方法相比可提高數(shù)倍。

另外，采用企業(yè)標準方法對彩色卷煙紙和接裝紙中的六價鉻進行測定時，用于凈化樣品溶液的固相萃取柱需先用3種溶液進行預處理，樣品溶液過柱后還需淋洗固相萃取柱。本實驗的固相萃取填料HLB穩(wěn)定性較好，無需活化可直接進行樣品溶液的萃取凈化，簡化了樣品的固相萃取操作流程，提高了工作效率。

圖2 連續(xù)流動分析儀檢測六價鉻的管路系統(tǒng)Fig.2 Continuous flow analyzer piping system of hexavalent chromium detection

2.2 萃取條件的選擇

六價鉻在pH值大于7.0時通常以鉻酸根的形態(tài)穩(wěn)定存在。本實驗參照YQ/T 60-2015條件，選擇pH 8.0的磷酸氫二鉀溶液作為萃取溶劑，振蕩萃取時間為30 min。

由于連續(xù)流動分析法樣品取樣量小，對樣品的均勻性要求比常規(guī)方法高，進一步考察了樣品粉碎粒徑對測定結果的影響。取卷煙紙和接裝紙樣品，分別用碎紙機粉碎至5.0、2.5、2.0、1.5、1.0、0.5 mm進行分析。結果表明：在0.5～5.0 mm范圍內(nèi)，測定結果的精密度隨樣品粉碎粒徑的減小而增加，當粒徑低于1.5 mm時，樣品測定結果的精密度趨于穩(wěn)定，因此本研究選擇樣品的粉碎粒徑為1.0 mm。

2.3 固相萃取條件的選擇

考慮到彩色卷煙紙和接裝紙基質十分復雜，在樣品萃取過程中會有色素溶出，干擾六價鉻的測定。參考已有文獻消除色素干擾的方法[17-18]，本實驗對固相萃取材料的種類(活性炭、C18、HLB、聚酰胺)進行了考察。結果表明，HLB具有很好的脫色效果，且過柱后六價鉻基本無損失。此外，HLB為親脂性二乙烯苯和親水性N-乙烯基吡咯烷酮單體按一定比例組成的大孔共聚物，對親水性化合物和親脂性有機化合物均有較好的保留，且可不經(jīng)活化直接萃取，因此本研究選擇HLB為固相萃取材料。樣品萃取液經(jīng)固相萃取凈化后均變?yōu)闊o色，說明萃取液中的色素得到較完全的去除。

由于萃取溶液中溶出的色素僅在μg數(shù)量級，采用30 μm的HLB填料，用量為0.5 g (萃取容量為40 mg)時即可完全除去萃取液中溶出的色素。因此實驗選擇每個內(nèi)套管裝填0.5 g HLB填料。

2.4 檢出限與定量下限

配制系列質量濃度的六價鉻標準工作溶液，按選定實驗條件測定六價鉻的峰高(A)，并以峰高對質量濃度(ρ)進行線性回歸，得到六價鉻的線性回歸方程為A=170 012.37ρ+71.39,相關系數(shù)r=0.999 7。采用逐級稀釋樣品的方法，根據(jù)3倍信噪比(S/N=3)確定方法的檢出限為0.85 μg/L，根據(jù)S/N=10確定方法的定量下限為2.5 μg/L。

2.5 回收率與相對標準偏差

取3種彩色卷煙紙和3種接裝紙樣品，同一天內(nèi)在相同條件下平行測定7次，計算日內(nèi)相對標準偏差(RSD)。另取上述3種彩色卷煙紙和3種接裝紙樣品，在相同條件下每隔3 d測定1次，共測定7次，計算日間RSD。結果顯示，6種樣品的日內(nèi)RSD為2.5%～3.4%，日間RSD為3.1%～3.8%。方法的精密度良好，能滿足卷煙紙和接裝紙中六價鉻的分析要求。

在實際卷煙紙樣品中按低、中、高加標水平添加六價鉻，進行方法的回收率實驗(表1)。結果表明，對于不同的彩色卷煙紙和接裝紙樣品，本方法的加標回收率為88.5%～97.3%，能夠滿足卷煙紙和接裝紙中六價鉻的檢測需要。

表1 方法回收率的實驗結果Table 1 Recovery results of the method

2.6 與其它方法的比較

選取彩色卷煙紙和接裝紙樣品，分別按本方法和煙草企業(yè)標準YQ/T 60-2015法進行六價鉻的測定(表2)，并對兩組數(shù)據(jù)進行t-檢驗，得到t為0.436，根據(jù)自由度=n-1=9，查t值表，得到t(9)0.05=2.262。由于實際計算的t值(0.436)

表2 本方法與YQ/T 60-2015方法檢測結果的對比Table 2 Comparison for the determination results of the method with YQ/T 60-2015

3 結 論

針對中國煙草總公司企業(yè)標準(YQ/T 60-2015)用連續(xù)流動分析法測定六價鉻時前處理步驟較多、操作繁瑣、檢測效率低等不足，本研究對連續(xù)流動分析進樣杯進行了改進，并設計了快速固相萃取脫除色素的樣品前處理方法。改進方法中，整個操作流程無需轉移樣品，簡化了樣品前處理過程，具有操作簡便、靈敏度高、檢測速度快、自動化等優(yōu)點，可滿足卷煙紙和接裝紙中六價鉻快速測定的需求，為彩色卷煙紙和接裝紙在卷煙產(chǎn)品中的安全使用提供了技術保障。