分散液液微萃取-高效液相色譜法同時測定煙用接裝紙中Cr3＋和Cr6＋的含量

王 洋,韓維岐,郭莉莉,金 哲

(吉林煙草工業(yè)有限責任公司 技術研發(fā)中心,長春 130031)

煙用接裝紙加工生產過程中會用到很多原料、染料、助劑等,導致接裝紙中含有痕量的鉻[1-4]。接裝紙直接與口腔接觸,其中的痕量鉻在卷煙抽吸過程中可能會遷移至體內,對人體造成傷害。鉻元素在自然界中主要以Cr3＋和Cr6＋的形式存在。研究表明,Cr3＋是人體必須的微量元素,在維持生物體葡萄糖平衡、蛋白質與脂肪代謝方面有重要作用[5],而Cr6＋具有高毒性,吸入會引起腎炎、貧血、神經炎等疾病,具有強致癌性[6-8]。因此,準確測定煙用接裝紙中不同形態(tài)鉻的含量對卷煙危害性評價有重要意義。

對于鉻總量的測定,人們已經做了大量研究[9],但是鉻總量不能準確反映它對人體的危害性,要想進一步了解其危害,必須先對其進行分離再分別測定。已報道的分離前處理方法主要有離子交換色譜法[10-11]、濁點萃取法[12-15]、固相萃取法[16]、共沉淀法[17]、液膜萃取法[18]等。由于接裝紙樣品中Cr3＋和Cr6＋含量較低,為達到更好的檢測效果,需要進行富集。液液微萃取是一種常見的富集方法,采用小體積的有機溶劑作為萃取劑,可以大大提高富集倍數,并且高效液相色譜(HPLC)同時具有分離和檢測的功能。因此,本工作以二乙基二硫代氨基甲酸鈉(DDTC)為螯合劑,正十二醇為萃取劑,采用液液微萃取富集樣品中的Cr3＋和Cr6＋,用HPLC 分離并測定,旨在為煙用接裝紙中鉻形態(tài)的準確測定提供一種新的解決方案。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent 1290型高效液相色譜儀;HY-8A 型數顯調速多用振蕩器;DU-14 型超聲儀;HB-03 型加熱鍋;TGL-16M 型臺式高速冷凍離心機;DMT-2500型多管渦旋混合儀;Milli-Q10型純水儀;ORION STAR A214型pH 計。

Cr3＋、Cr6＋單標準溶液:1 000 mg·L－1,使用時,用水稀釋至所需質量濃度。

DDTC溶液:200 mmol·L－1,稱取4.5 g二乙基二硫代氨基甲酸鈉三水合物,用水溶解并定容至100 mL。

乙酸、甲醇、正十二醇均為色譜純;乙酸鈉、二乙基二硫代氨基甲酸鈉三水合物均為分析純;試驗用水為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

試驗所用樣品為煙用接裝紙,編號A、B、C、D、E、F。

1.2 儀器工作條件

ZORBAX SB-C18色譜柱(150 mm×4.6 mm,5μm);柱溫30 ℃;流動相A 為水,B 為甲醇;流量1 mL·min－1;進樣量20μL;二極管陣列檢測器(DAD),檢測波長258 nm。梯度洗脫程序:0～3.3 min時,A 為25%;3.3～3.6 min時,A 由25%降至10%,保 持2.4 min;6.0～6.5 min 時,A 由10%升至25%,保持1.5 min。

1.3 試驗方法

將接裝紙樣品剪成0.5 cm×0.5 cm 的碎片,混勻,取2 g(精確至0.000 1 g)于50 mL三角瓶中,加入20 mL水,超聲提取30 min。分取8 mL 提取液于10 mL離心管中,加入200 mmol·L－1DDTC溶液100μL,用0.2 mol·L－1乙酸鈉溶液和0.2 mol·L－1乙酸溶液調節(jié)體系酸度至pH 6.0,搖勻,于45 ℃水浴加熱10 min,再加入正十二醇60μL(提前30℃水浴溶解)和甲醇100μL,渦旋振蕩4 min,于20 ℃以5 000 r·s－1速率離心5 min,取上層正十二醇有機相(固體),最后用甲醇定容至0.5 mL,經0.45μm 有機濾膜過濾至色譜瓶中待測。

2 結果與討論

2.1 檢測波長的選擇

分別取8 mL 200μg·L－1的Cr3＋、Cr6＋單標準溶液于10 mL離心管中,按照1.3節(jié)試驗方法處理,用DAD 在波長210～640 nm 內進行掃描,得到Cr3＋、Cr6＋螯合物的吸收曲線,如圖1所示。

圖1 Cr3＋、Cr6＋螯合物的吸收曲線Fig.1 Absorption curves of Cr3＋and Cr6＋chelates

由圖1可知,Cr3＋、Cr6＋均在258 nm 處出現最大吸收,故試驗選擇258 nm 為檢測波長。

2.2 流動相的選擇

試驗考察了流動相體系分別為甲醇-水和乙腈-水時對Cr3＋、Cr6＋螯合物的分離效果。結果表明:以甲醇-水為流動相體系時,目標物的響應值更高,峰形更好,分析時間更短,因此試驗選擇的流動相體系為甲醇-水。優(yōu)化后的梯度洗脫程序見1.2 節(jié)。100μg·L－1的Cr3＋、Cr6＋混合標準溶液的色譜圖見圖2。

圖2 色譜圖Fig.2 Chromatogram

2.3 螯合反應條件的選擇

2.3.1 體系酸度

在反應過程中,體系酸度對金屬螯合物的形成有著重要作用。改變體系酸度,其他條件按照1.3節(jié)試驗方法分別對8 mL 200μg·L－1的Cr3＋、Cr6＋單標準溶液進行處理,考察了體系酸度分別為pH 2.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0時 對Cr3＋、Cr6＋螯 合物峰面積的影響。

結果表明:隨著pH 的增大,Cr3＋、Cr6＋螯合物的峰面積均呈先增大后減小的趨勢;當體系酸度為pH 6.0 時,兩種離子螯合物的峰面積均較大。因此,試驗選擇的體系酸度為pH 6.0。

2.3.2 DDTC溶液濃度

Cr3＋、Cr6＋可以與DDTC發(fā)生螯合反應生成不同的螯合物,從而進行分離,因此DDTC 溶液的濃度會對測定結果產生重要影響。試驗考察了DDTC溶液濃度分別為50,100,200,300,400 mmol·L－1時對Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結果表明,兩種離子螯合物的峰面積隨DDTC溶液濃度的增加先增大后趨于穩(wěn)定,當DDTC 溶液濃度為200 mmol·L－1時,兩者峰面積均較大。因此,試驗選擇的DDTC 溶液濃度為200 mmol·L－1。

2.3.3 反應時間

試驗考察了反應時間分別為5,10,15,20,30,40 min時對Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結果表明,隨著反應時間的延長,Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積呈先增大后減小的趨勢,當反應時間為10 min時達到較大值。因此,試驗選擇的反應時間為10 min。

2.3.4 反應溫度

試驗進一步考察了反應溫度分別為20,30,40,45,50,60 ℃時對Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結果表明,兩種離子螯合物的峰面積隨反應溫度升高均呈先增大后減小的趨勢,當反應溫度為45 ℃時,兩者峰面積均較大。因此,試驗選擇的反應溫度為45 ℃。

2.4 萃取條件的選擇

2.4.1 萃取劑

分別以正十二醇、十六醇和正辛醇為萃取劑進行試驗。由于十六醇熔點太高,正辛醇凝固點太低,都不便于試驗操作;正十二醇熔點適宜,毒性小,不溶于水,易溶于甲醇,可作為室溫下液液微萃取的理想萃取劑。接著,試驗考察了萃取劑正十二醇用量分別為10,20,30,40,50,60,70,80,90,100μL時對Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結果表明:Cr3＋、Cr6＋螯合物的峰面積隨正十二醇用量的增加呈先增大后減小的趨勢;當正十二醇用量為60μL時,兩者峰面積均較大。因此,試驗選擇的萃取劑正十二醇用量為60μL。

2.4.2 分散劑

在液液微萃取過程中,萃取劑越分散、液滴越小,與溶液接觸越充分,萃取效率越高。試驗考察了無分散劑和分散劑分別為丙酮、甲醇、乙醇、乙腈時對Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。

結果表明,加入分散劑對Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積有積極影響,其中以丙酮或甲醇為分散劑時,兩者峰面積均較大,考慮到方便操作等因素,試驗選擇的分散劑為甲醇。試驗進一步對分散劑用量進行了優(yōu)化,在其他條件一致的情況下,分別加入50,100,200,300,400,500μL甲醇。結果表明,甲醇用量對結果影響并不大,考慮到操作方便,試驗選擇的分散劑甲醇用量為100μL。

2.4.3 萃取時間

試驗考察了萃取時間分別為1,2,3,4,5 min時對Cr3＋、Cr6＋螯合物峰面積的影響。結果表明,當萃取時間為4 min時,目標物的峰面積較大,因此試驗選擇的萃取時間為4 min。

2.5 樣品提取條件的選擇

2.5.1 提取方式

將煙用接裝紙樣品A 剪成0.5 cm×0.5 cm 的碎片,混勻,取3 份樣品于50 mL 三角瓶中,每份2 g(精確至0.000 1 g),加入20 mL 水,分別以浸泡、振蕩(轉速180～200 r·min－1)、超聲3種方式提取3 min;分別取8 mL 提取液,按照1.3節(jié)試驗方法進行處理和測定,結果見圖3。

圖3 不同提取方式下Cr3＋、Cr6＋的測定值Fig.3 Determined values of Cr3＋and Cr6＋with different extraction methods

由圖3可以看出,采用超聲提取時,Cr3＋、Cr6＋的測定值均較高。

2.5.2 提取時間

將煙用接裝紙樣品A 剪成0.5 cm×0.5 cm 的碎片,混勻,取6 份樣品于50 mL 三角瓶中,每份2 g(精確至0.000 1 g),加入20 mL 水,分別超聲15,30,45,60,90,120 min;各取8 mL 提取液,按照1.3節(jié)試驗方法進行處理和測定,結果見圖4。

圖4 不同提取時間下Cr3＋、Cr6＋的測定值Fig.4 Determined values of Cr3＋and Cr6＋with different extraction time

由圖4可以看出:隨著提取時間的延長,Cr3＋、Cr6＋的測定值先增大后逐漸保持穩(wěn)定;當提取30 min時,Cr3＋、Cr6＋的測定值均較大。

綜上分析,試驗選擇的樣品提取方式為超聲,提取時間為30 min。

2.6 標準曲線與檢出限

移取適量的Cr3＋、Cr6＋單標準溶液,用水逐級稀釋,配制成Cr3＋、Cr6＋質量濃度為2.00,5.00,10.00,20.00,50.00,100.00μg·L－1的混合標準溶液系列。按照上述優(yōu)化后的條件進行測定,以Cr3＋、Cr6＋質量濃度為橫坐標,其對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線。結果顯示,Cr3＋、Cr6＋標準曲線的線性范圍均為2.00～100.00μg·L－1,線性回歸方程分別為y＝7.532x＋10.95,y＝2.760x－2.689,相關系數分別為0.999 8,0.999 7。

將Cr3＋、Cr6＋單標準溶液逐級稀釋,以3倍信噪比(S/N)對應的質量濃度為檢出限(3S/N),根據稱樣量和樣品溶液體積換算,所得Cr3＋、Cr6＋的檢出限分別為3,6μg·kg－1。

2.7 精密度、回收試驗和富集因子

按照試驗方法對煙用接裝紙樣品A 進行3個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平平行測定7次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),結果見表1。

表1 精密度與回收試驗結果(n＝7)Tab.1 Results of tests for precision and recovery(n＝7)

由表1可知:Cr3＋的回收率為90.7%～105%,測定值的RSD 為4.2%～7.3%;Cr6＋的回收率為84.1%～106%,測定值的RSD 為4.5%～7.6%,滿足痕量分析要求。

取20μg·L－1混合標準溶液2份,一份加入正十二醇,一份不加,其余條件皆一致,按照上述優(yōu)化后的試驗條件進行處理、檢測,用加入正十二醇的測定值與未加入的測定值相比,計算得到Cr3＋、Cr6＋的富集因子分別為25.6和9.5,可見經正十二醇萃取有效地提高了兩者檢出的靈敏度。

2.8 樣品分析

按照試驗方法分別對5種不同煙用接裝紙樣品進行測定,結果見表2。

表2 樣品分析結果Tab.2 Analytical results of the samples

由表2可知,接裝紙樣品中Cr6＋含量比Cr3＋含量高,部分接裝紙樣品中未檢出Cr3＋。

本工作提出了分散液液微萃取-HPLC 同時測定煙用接裝紙中Cr3＋和Cr6＋含量的方法。用水超聲提取接裝紙樣品30 min,以DDTC 為螯合劑,正十二醇為萃取劑,甲醇為分散劑,同時富集樣品中的Cr3＋和Cr6＋,用HPLC分離并測定。該方法靈敏度高、檢出限低、穩(wěn)定性好,并且具有良好的精密度、回收率和較高的富集倍數,適用于煙用接裝紙中Cr3＋和Cr6＋的同時測定。