油斑煙污染源物質(zhì)的HS-GC-MS指紋圖譜研究

李曉波，杜 赫，鄭美玲，馬 俊，舒云波，張峻松

（1.紅塔煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司玉溪卷煙廠，云南玉溪 653100；2.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州 450002）

油斑煙是指卷煙紙上出現(xiàn)大小不一油狀斑點(diǎn)的成品煙支，而現(xiàn)代卷煙生產(chǎn)是流水線作業(yè)，從制絲到卷接整個(gè)過(guò)程需要用到多個(gè)生產(chǎn)設(shè)備，涉及各種煙用香精、油品，這些物質(zhì)均是生成油斑煙的潛在原因[1-4]。油斑煙支嚴(yán)重影響卷煙外觀和感官品質(zhì)，直接影響著消費(fèi)者對(duì)卷煙品質(zhì)的認(rèn)可度和消費(fèi)需求。因此，油斑煙問(wèn)題受到煙草行業(yè)的廣泛關(guān)注。目前，煙草行業(yè)中亦有關(guān)于油斑煙污染物成分分析的報(bào)道[5-7]，但對(duì)其指紋圖譜的構(gòu)建尚無(wú)相關(guān)研究。鑒于此，試驗(yàn)采用靜態(tài)頂空-氣質(zhì)聯(lián)用法對(duì)可能產(chǎn)生油斑煙的9種污染源物質(zhì)樣品進(jìn)行分析，借鑒中藥指紋圖譜的分析方法[8-11]，構(gòu)建油斑煙污染源物質(zhì)成分的指紋圖譜，以期揭示不同污染源物質(zhì)的特征成分，為油斑煙污染物鑒別提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

9種污染源物質(zhì)樣品：香精、梗香、糖料、梗糖、潤(rùn)滑油、石蠟油、刀頭油、國(guó)產(chǎn)脂、進(jìn)口脂，玉溪卷煙廠提供。

EL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產(chǎn)品；7890GC/5975MS型氣質(zhì)聯(lián)用儀、7694型頂空進(jìn)樣器，美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

稱取待測(cè)樣品0.3 g（精確至0.000 1 g）后立即放入20 mL頂空瓶中，迅速封口，放入頂空進(jìn)樣器中。

1.2.2 分析條件

頂空條件：頂空瓶20 mL，平衡溫度120℃，環(huán)境溫度130℃，傳輸線溫度140℃，平衡時(shí)間10 min，載氣為He。

色譜條件：HP-5MS型色譜柱（30 m×250 μm×0.25 μm），進(jìn)樣口溫度280℃，分流比1∶1，載氣為He，流速1.0 mL/min；升溫程序：40℃保持5 min，以4℃/min的速率升溫至240℃保持10 min。

質(zhì)譜條件：EI源電子能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍30～550 amu，離子源溫度230℃，四極桿溫度150℃，傳輸線溫度280℃，增益因子1.00。

2 結(jié)果與分析

2.1 頂空進(jìn)樣條件優(yōu)化

2.1.1 平衡溫度的選擇

選取香精樣品按照“1.2.2”中色譜及質(zhì)譜條件，分別在80，100，120，140℃下平衡20 min，考查不同平衡溫度對(duì)萃取效果的影響。

頂空平衡溫度對(duì)揮發(fā)性成分含量的影響見(jiàn)圖1。

圖1 頂空平衡溫度對(duì)揮發(fā)性成分含量的影響

由圖1可知，隨著溫度的升高，揮發(fā)性成分的含量均呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中當(dāng)平衡溫度為120℃時(shí)，物質(zhì)揮發(fā)性成分含量也達(dá)到最高。

2.1.2 平衡時(shí)間的選擇

選取香精樣品按照“1.2.2”中色譜及質(zhì)譜條件，在平衡溫度為120℃時(shí)設(shè)定平衡時(shí)間分別為5，10，15，20 min，考查不同平衡時(shí)間對(duì)萃取效果的影響。

由圖2可知，隨著平衡時(shí)間的延長(zhǎng)，樣品中揮發(fā)性成分的含量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，故頂空平衡時(shí)間為10 min。

頂空平衡時(shí)間對(duì)揮發(fā)性成分含量的影響見(jiàn)圖2。

2.2 方法學(xué)考查

2.2.1 精密度試驗(yàn)

選取香精樣品，在相同試驗(yàn)條件連續(xù)進(jìn)樣5次，記錄其保留時(shí)間和峰面積。以丁酸異戊酯的色譜峰為參照峰（S），計(jì)算得到各共有峰相對(duì)保留時(shí)間RSD均小于1%，相對(duì)峰面積RSD小于10%的有12個(gè)，在10%～20%的有1個(gè)，說(shuō)明該方法精密度較好。

圖2 頂空平衡時(shí)間對(duì)揮發(fā)性成分含量的影響

2.2.2 重現(xiàn)性試驗(yàn)

稱取5份香精樣品，在相同試驗(yàn)條件進(jìn)行5次平行測(cè)定，記錄其保留時(shí)間和峰面積。以丁酸異戊酯的色譜峰為參照峰（S），計(jì)算得到各共有峰相對(duì)保留時(shí)間RSD均小于2%，相對(duì)峰面積RSD小于10%的有11個(gè)，在10%～20%的有2個(gè)，說(shuō)明該試驗(yàn)重現(xiàn)性良好。

2.2.3 穩(wěn)定性試驗(yàn)

稱取5份香精樣品，分別將其放置0，4，8，12，24 h之后在相同試驗(yàn)條件進(jìn)樣分析，計(jì)算各共有峰保留時(shí)間和峰面積的RSD。以丁酸異戊酯的色譜峰為參照峰（S），計(jì)算得到各共有峰相對(duì)保留時(shí)間RSD均小于2%，相對(duì)峰面積標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%，說(shuō)明該樣品在24 h內(nèi)含量穩(wěn)定。

2.3 指紋圖譜的建立

對(duì)8個(gè)不同批次樣品香精按照的試驗(yàn)條件進(jìn)行分析后，得到其揮發(fā)性成分的GC-MS總離子流圖。通過(guò)NIST11標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行檢索共分析出16個(gè)峰，通過(guò)保留時(shí)間、峰形、峰面積的對(duì)比，共確定13個(gè)共有峰。

香精的共有特征峰見(jiàn)表1，香精GC-MS指紋圖譜共有模式見(jiàn)圖3。

表1 香精的共有特征峰

以分離度好、比較穩(wěn)定、峰面積較大的8號(hào)丁酸異戊酯的色譜峰為參照峰（S），并計(jì)算8次分析中共有峰占總峰面積的百分比。結(jié)果表明，13個(gè)共有峰面積占比為95.52%。

圖3 香精GC-MS指紋圖譜共有模式

對(duì)其他8種樣品按照同樣的方法及條件進(jìn)行分析，結(jié)果如下：梗香共有特征峰4個(gè)，共有峰面積占總峰面積的97.79%；糖料共有特征峰3個(gè)，共有峰面積占總峰面積的91.08%；梗糖共有特征峰7個(gè)，共有峰面積占總峰面積的93.98%；潤(rùn)滑油共有特征峰8個(gè)，共有峰面積占總峰面積的95.04%；石蠟油共有特征峰18個(gè)，共有峰面積占總峰面積的97%；刀頭油共有特征峰5個(gè)，共有峰面積占總峰面積的96.91%；國(guó)產(chǎn)脂共有特征峰3個(gè)，共有峰面積占總峰面積的99.28%；進(jìn)口脂共有特征峰7個(gè)，共有峰面積占總峰面積的94.80%。

8種污染物的共有特征峰見(jiàn)表2。

表2 8種污染物的共有特征峰

續(xù)表2

2.4 指紋圖譜的相似度分析

分別采用相關(guān)系數(shù)法及夾角余弦法對(duì)9個(gè)樣品GC-MS指紋圖譜與對(duì)照?qǐng)D譜進(jìn)行相似度評(píng)價(jià)。

指紋圖譜的相似度分析見(jiàn)表3。

表3 指紋圖譜的相似度分析

由表3可知，2種方法得到的9個(gè)樣品8個(gè)批次指紋圖譜相似度均在0.9以上，說(shuō)明樣品存在較高的相似度，所建立的指紋圖譜準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

采用HS-GC-MS技術(shù)建立了不同油斑煙污染源物質(zhì)的指紋圖譜，方法學(xué)考查表明該指紋圖譜精密度高、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好，不同污染源物質(zhì)樣品的相似度均在0.9以上，說(shuō)明該指紋圖譜準(zhǔn)確可靠、特征指紋信息豐富，可反映不同污染源物質(zhì)所含揮發(fā)性化學(xué)成分的種類和數(shù)量，可為進(jìn)一步鑒別油斑煙污染物來(lái)源提供依據(jù)。