陳寬

(云南煙草科學(xué)研究院，煙草化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 昆明 650106)

氨是44種霍夫曼有害成分之一[1]。氨在新鮮煙葉中的含量很少，煙葉經(jīng)調(diào)制發(fā)酵，由于蛋白質(zhì)、氨基酸的代謝(氧化、脫氧等反應(yīng))，氨含量增加。煙葉中的氨基酸、蛋白質(zhì)、硝酸鹽和銨鹽等是卷煙煙氣中氨的前體物[2]。在卷煙中，適量的氨對(duì)于碳水化合物和有機(jī)酸較多的卷煙是必需的，氨與其它含氮化合物參與了煙氣吃味勁頭的形成。氨含量過(guò)低，會(huì)造成煙氣勁頭下降，豐滿度不夠；但過(guò)量的氨會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激性，引起吸煙者喉部收縮，使人感到嗆咳鼻腔、舌頭有辛辣難忍的感覺(jué)。因此氨對(duì)控制卷煙吸味有重要的作用。氨在主流煙氣中的氣相和粒相都有分布[3]。

離子色譜法(IC)作為一種快速、高效、靈敏的檢測(cè)技術(shù)[4]，是測(cè)定卷煙煙氣中氨含量應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)。為了符合中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAL)認(rèn)可準(zhǔn)則CNAL/AR11:2002測(cè)量不確定度政策[5]及在測(cè)量數(shù)據(jù)的處理、測(cè)量結(jié)果的表達(dá)和測(cè)量結(jié)果質(zhì)量評(píng)定等方面與國(guó)際接軌，根據(jù)JJF 1059-1999[6]，對(duì)離子色譜法測(cè)定卷煙主流煙氣中氨含量的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 主要儀器與試劑

離子色譜儀：ICS-3000型，配備雙泵模塊、檢測(cè)器/色譜模塊、自動(dòng)進(jìn)樣器模塊和Chromeleon6.8色譜工作站，美國(guó)Dionex公司；

20孔道直線式吸煙機(jī)：SM450型，英國(guó)Cerulean公司；

劍橋?yàn)V片：44 mm ，英國(guó)Whatman公司；

超純水儀：美國(guó)ELGA公司；

往復(fù)式搖床振蕩器：HS 501型，德國(guó)IKA公司；

NH3標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；

濃鹽酸：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%～38%，分析純；

實(shí)驗(yàn)用水：電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

準(zhǔn)確移取1 mL NH3標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中,使用10 mmol/L的稀鹽酸稀釋定容，配制成10 μg/mL母液，再依次稀釋配制成0.10、0.30、0.50、0.70、1.00 μg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 樣品處理

卷煙抽吸時(shí)，采用44 mm劍橋?yàn)V片收集卷煙主流煙氣粒相物，用20 mL 10 mmol/L HCl吸收液吸收氣相物。抽吸結(jié)束后，將44 mm濾片放入100 mL萃取瓶中，再用四分之一濾片(44 mm)擦拭捕集器，一起放入100 mL錐形瓶中，準(zhǔn)確加入20 mL HCl吸收液。將錐形瓶放在振蕩器上，振蕩萃取40 min，轉(zhuǎn)速調(diào)至160 r/min。從主流煙氣氣相吸收液與粒相萃取液中各定量移取5 mL，合并置入25 mL容量瓶，并用10 mmol/L HCl定容，搖勻后，使用濾膜過(guò)濾，濾液置入色譜瓶中進(jìn)行IC分析。

1.4 IC分析條件

色譜柱：IonPac CS12A (250 mm×4 mm )；保護(hù)柱：IonPac CG12A(50 mm×4 mm)；淋洗液：MSA溶液，梯度淋洗程序：0～6 min 16 mmol/L MSA，6.1～14.5 min 25 mmol/L MSA，14.6～28 min 16 mmol/L MSA；流速：1.2 mL/min；抑制器電流：90 mA；柱溫：30℃；進(jìn)樣量：25 μL。

2 數(shù)學(xué)模型

樣品中氨含量測(cè)定采用外標(biāo)法，公式為：

(1)

式中：m——卷煙主流煙氣中氨的含量，μg/支；

c——根據(jù)樣品峰面積代入標(biāo)準(zhǔn)工作曲線得到的樣品質(zhì)量濃度，μg/mL；

d——樣品溶液稀釋倍數(shù),d=20/5，其中20為

氣相吸收液和粒相萃取液的體積，5為稀釋時(shí)定量移取溶液的體積,mL；

25——樣品稀釋定容的體積，mL；

n——抽煙數(shù)量，支。

3 不確定度來(lái)源

從測(cè)量過(guò)程和數(shù)學(xué)模型分析，卷煙主流煙氣中氨含量測(cè)量不確定度的主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品峰面積的測(cè)量、儀器響應(yīng)值、測(cè)量和樣品處理操作過(guò)程的差異，可歸納為A類和B類不確定度。

(1)A類不確定度是由重復(fù)性測(cè)定引入的不確定度[7]。

(2)B類不確定度主要包括以下幾個(gè)方面：

①標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的不確定度，主要包括標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的不確定度；標(biāo)準(zhǔn)工作液配制過(guò)程中量器校準(zhǔn)引入的不確定度；標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制過(guò)程溫度變化引入的不確定度；

②標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的不確定度；

③樣品溶液稀釋因子引入的不確定度，主要包括稀釋過(guò)程中量器校準(zhǔn)引入的不確定度；稀釋過(guò)程溫度變化引入的不確定度。

④樣品處理后的總體積引入的不確定度，主要包括容量瓶校準(zhǔn)的不確定度和溫度變化引入的不確定度。

4 不確定度評(píng)定

4.1 重復(fù)性測(cè)定引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由重復(fù)性測(cè)定引入的不確定度屬于A類不確定度，對(duì)本實(shí)驗(yàn)所用未知樣重復(fù)測(cè)定6次，平均值為12.04 μg/支，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 卷煙主流煙氣中氨的含量 μg/支

6次測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為：

(μg/支)

則測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(μg/支)

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的不確定度u(c)

繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線所用的標(biāo)準(zhǔn)溶液購(gòu)自國(guó)家有色金屬分析測(cè)試中心，標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL，給出的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為±0.07%，取擴(kuò)展因子k=2，則：

urel(c)= 0.7%/2=0.35%

(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋定容引入的不確定度urel(V)

①1 mL 移液管V1的不確定度u(V1)

體積允許誤差引入的不確定度：經(jīng)校準(zhǔn)，1 mL移液管體積最大誤差為±0.008 mL，按均勻分布， 則誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

②100 mL單標(biāo)線容量瓶的不確定度u(V2)

體積允許誤差引入的不確定度： A級(jí)100 mL單標(biāo)線容量瓶的允差極值ΔV為±0.10 mL，按均勻分布考慮，則誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

重復(fù)性引入的不確定度：事先對(duì)100 mL容量瓶采用衡量法進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量，得到標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.02 mL，得到重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u(V2，2)=0.02 mL

因此標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

=0.58%

4.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

對(duì)系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。線性回歸得標(biāo)準(zhǔn)工作曲線A=0.169 7c-0.001 5,r=0.999 9,由此得到斜率B=0.169 7，截距B0=-0.001 5

表2 系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液峰面積測(cè)定結(jié)果

對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量，響應(yīng)值為0.080 94，通過(guò)直線方程，得樣品溶液中氨濃度為：

c0=0.485 8 μg/mL

樣品溶液中氨濃度c0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(c0)由測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算為：

近日，金鉬股份技術(shù)中心科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān)，成功制備出了外徑8 mm、壁厚0.6 mm、長(zhǎng)度達(dá)8 m的無(wú)縫鉬合金薄壁管，一舉攻克了大長(zhǎng)徑比無(wú)縫鉬合金薄壁管的關(guān)鍵技術(shù)。

(2)

其中s為標(biāo)準(zhǔn)溶液峰面積殘差的標(biāo)準(zhǔn)差,其值為：

P=2(對(duì)樣品溶液進(jìn)行2次測(cè)量)；

n=15(建立標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)各濃度點(diǎn)共進(jìn)行15次測(cè)量)；Aj為峰面積；cj為標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度。

將以上數(shù)據(jù)代入式(2)計(jì)算得：

4.4 樣品溶液稀釋因子引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

樣品溶液稀釋時(shí)是在同溫下操作，溫度變化不需考慮。處理過(guò)程中涉及到兩次稀釋，用到5 mL的吸量管(記為V3)和20 mL的瓶口移液器(記為V4)。

d=V4/V3

(1) 5 mL移液管引入的不確定度

①經(jīng)校準(zhǔn)，5 mL移液管體積最大誤差為±0.025 mL，按均勻分布，則引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

(2) 50 mL瓶口移液器移取20 mL溶液引入的不確定度

50 mL瓶口移液器的證書(shū)上指出容量的準(zhǔn)確度誤差為0.00%，因此只考慮重復(fù)性引入的不確定度。

連續(xù)10次用瓶口移液器移取20 mL純水于燒杯中,用天平測(cè)得每次純水的質(zhì)量,換算成水的體積,根據(jù)貝塞爾公式,瓶口移液器體積變動(dòng)性不確定度由10次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計(jì)算得s=0.015 mL，即：

u(V4)=0.015 mL

因此，兩次稀釋引入的相對(duì)不確定度為：

4.5 樣品處理后的總體積引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

樣品處理后稀釋定容至25 mL容量瓶，引入的不確定度u(V0)有3個(gè)來(lái)源：容量瓶允許誤差、重復(fù)性和溫度。

(1)A級(jí)25 mL單標(biāo)線容量瓶的允差極值ΔV為±0.03 mL，按均勻分布考慮，則25 mL單標(biāo)線容量瓶引入的不確定度為：

(2) 連續(xù)10次向25 mL容量瓶中加入純水,定容至刻度,用天平測(cè)得每次純水的質(zhì)量,換算成水的體積,根據(jù)貝塞爾公式,容量瓶定容變動(dòng)性不確定度由10次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計(jì)算得s=0.017 mL，即：

u(V0,2)=0.017 mL

(3) 實(shí)驗(yàn)室的溫度在±5℃之間變動(dòng)，水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4/℃，假定為均勻分布，因此溫度控制引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

以上各不確定度分量互不相關(guān)，則氨檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)合成不確定度為：

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到該卷煙樣品主流煙氣中氨含量平均值為12.04 μg/支，則氨檢測(cè)結(jié)果的不確定度為：

u(c)=urel(c)×12.04=0.20 (μg/支)

6 擴(kuò)展不確定度與結(jié)果表示

取置信水平為95%，包含因子k=2，故擴(kuò)展不確定度為:

U=0.20×2=0.40 (μg/支)

離子色譜法測(cè)定卷煙主流煙氣中氨含量的檢測(cè)結(jié)果表示為：(12.04±0.40) μg/支，k=2。

7 結(jié)論

離子色譜法測(cè)定卷煙主流煙氣中氨含量的不確定度主要來(lái)源于測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)工作曲線、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制，因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要盡量多做平行測(cè)定，取

平均值作為測(cè)量結(jié)果，更要認(rèn)真配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，確保標(biāo)準(zhǔn)系列各點(diǎn)的濃度準(zhǔn)確，這一點(diǎn)與文獻(xiàn)[8]得出的結(jié)論一致，也是化學(xué)分析工作者所公認(rèn)的。

[1] Hoffmann D，Hoffmann I. The Changing Cigarette：Chemical Studies and Bilassays[M]//National Cancer Institute’s(NCI) Smoking and Tobacco Control Program Monograph Series 13:Risks associated with smoking cigarettes with low tar machine-measured yields of tar and nicotine 2001.http://cancercontrol.cancer.gov/tcrb/monographs/13/index.html.

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[4] 牟世芬，劉克納.離子色譜方法及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：108.

[5] 中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì).實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可與管理基礎(chǔ)知識(shí)[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2003：176.

[6] JJF 1059-1999 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].

[7] 馮立順，劉洪燕.4-氨基安替比林分光光度法測(cè)定水中揮發(fā)酚的不確定度評(píng)定[J].冶金分析，2007，27(7):79-78.

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