許 永，楊光宇，劉 欣，李 晶，王 晉，黃海濤

(云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，云南 昆明 650231)

隨著煙草科技的發(fā)展，現(xiàn)代印刷技術(shù)在卷煙制造中得到廣泛應(yīng)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(qiáng)烈的視覺反差，吸引消費(fèi)者，增強(qiáng)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(huì)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(jìn)入人體，從而對(duì)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(duì)于保障卷煙產(chǎn)品的安全性具有重要意義。

六價(jià)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(duì)環(huán)境也有持久危險(xiǎn)性。六價(jià)鉻的危害在國內(nèi)外引起了廣泛關(guān)注，歐盟對(duì)包裝材料中六價(jià)鉻的含量作出了明確限量，美國環(huán)保局(EPA)也將六價(jià)鉻列為高度危險(xiǎn)的毒性物質(zhì)[1-3]。因此需要建立卷煙紙與接裝紙中六價(jià)鉻的快速測(cè)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(shù)支持。

目前六價(jià)鉻的檢測(cè)主要采用原子光譜法、液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法、離子色譜法、化學(xué)發(fā)光法、分光光度法、連續(xù)流動(dòng)分析法等[4-16]。其中，連續(xù)流動(dòng)分析法具有自動(dòng)化程度高、速度快、試劑用量和廢液排放少等優(yōu)點(diǎn)，在六價(jià)鉻分析中得到了廣泛應(yīng)用。中國煙草總公司于2015年發(fā)布了采用連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定六價(jià)鉻的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(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(dòng)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(jì)進(jìn)行檢測(cè)。該方法在樣品前處理過程中需數(shù)次轉(zhuǎn)移樣品，前處理步驟較多，操作繁瑣，檢測(cè)效率低，且轉(zhuǎn)移過程中可能會(huì)因雜質(zhì)的引入影響檢測(cè)結(jié)果的可靠性。

針對(duì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法的不足，本研究建立了一種固相萃取/連續(xù)流動(dòng)分析法快速測(cè)定彩色卷煙紙和接裝紙中六價(jià)鉻的方法，通過改進(jìn)進(jìn)樣杯，將稱樣、振蕩、樣品溶液過濾、固相萃取和進(jìn)樣均在進(jìn)樣杯中完成，無需轉(zhuǎn)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(jiǎn)化，樣品分析效率比煙草企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法提高了數(shù)倍。此外，轉(zhuǎn)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(jìn)的連續(xù)流動(dòng)分析儀樣品杯及處理過程Fig.1 Improved continuous flow analyzer sample cup and process

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

AA3型連續(xù)流動(dòng)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(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，委托上海安譜科學(xué)儀器有限公司加工)。六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(100 mg/L，中國計(jì)量科學(xué)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(zhǔn)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(jí)純；實(shí)驗(yàn)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(cè)定方法

準(zhǔn)確稱取0.2 g試樣(精確至0.001 g)于25 mL進(jìn)樣杯(圖1a)中，將進(jìn)樣杯依次放于連續(xù)流動(dòng)分析儀的進(jìn)樣盤上，放入40個(gè)樣品，分別準(zhǔn)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(jìn)入內(nèi)套管中，再將樣品盤放在連續(xù)流動(dòng)分析儀的自動(dòng)進(jìn)樣器上。由自動(dòng)進(jìn)樣器的進(jìn)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(jìn)行分析。六價(jià)鉻檢測(cè)的連續(xù)流動(dòng)分析儀管路系統(tǒng)見圖2。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法的設(shè)計(jì)

為減少前處理過程中樣品的轉(zhuǎn)移，設(shè)計(jì)了與流動(dòng)分析儀自動(dòng)進(jìn)樣器樣品盤匹配的振蕩器，可從自動(dòng)進(jìn)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(gè)樣品盤放至自動(dòng)進(jìn)樣器上進(jìn)行分析。整個(gè)操作無需轉(zhuǎn)移樣品溶液，大大簡(jiǎn)化了前處理過程，使得分析效率與已有煙草企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法相比可提高數(shù)倍。

另外，采用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)彩色卷煙紙和接裝紙中的六價(jià)鉻進(jìn)行測(cè)定時(shí)，用于凈化樣品溶液的固相萃取柱需先用3種溶液進(jìn)行預(yù)處理，樣品溶液過柱后還需淋洗固相萃取柱。本實(shí)驗(yàn)的固相萃取填料HLB穩(wěn)定性較好，無需活化可直接進(jìn)行樣品溶液的萃取凈化，簡(jiǎn)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(dòng)分析儀檢測(cè)六價(jià)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(jià)鉻在pH值大于7.0時(shí)通常以鉻酸根的形態(tài)穩(wěn)定存在。本實(shí)驗(yàn)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(shí)間為30 min。

由于連續(xù)流動(dòng)分析法樣品取樣量小，對(duì)樣品的均勻性要求比常規(guī)方法高，進(jìn)一步考察了樣品粉碎粒徑對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。取卷煙紙和接裝紙樣品，分別用碎紙機(jī)粉碎至5.0、2.5、2.0、1.5、1.0、0.5 mm進(jìn)行分析。結(jié)果表明：在0.5～5.0 mm范圍內(nèi)，測(cè)定結(jié)果的精密度隨樣品粉碎粒徑的減小而增加，當(dāng)粒徑低于1.5 mm時(shí)，樣品測(cè)定結(jié)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(zhì)十分復(fù)雜，在樣品萃取過程中會(huì)有色素溶出，干擾六價(jià)鉻的測(cè)定。參考已有文獻(xiàn)消除色素干擾的方法[17-18]，本實(shí)驗(yàn)對(duì)固相萃取材料的種類(活性炭、C18、HLB、聚酰胺)進(jìn)行了考察。結(jié)果表明，HLB具有很好的脫色效果，且過柱后六價(jià)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(duì)親水性化合物和親脂性有機(jī)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(jí)，采用30 μm的HLB填料，用量為0.5 g (萃取容量為40 mg)時(shí)即可完全除去萃取液中溶出的色素。因此實(shí)驗(yàn)選擇每個(gè)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(zhì)量濃度的六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按選定實(shí)驗(yàn)條件測(cè)定六價(jià)鉻的峰高(A)，并以峰高對(duì)質(zhì)量濃度(ρ)進(jìn)行線性回歸，得到六價(jià)鉻的線性回歸方程為A=170 012.37ρ+71.39,相關(guān)系數(shù)r=0.999 7。采用逐級(jí)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定7次，計(jì)算日內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定1次，共測(cè)定7次，計(jì)算日間RSD。結(jié)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(jià)鉻的分析要求。

在實(shí)際卷煙紙樣品中按低、中、高加標(biāo)水平添加六價(jià)鉻，進(jìn)行方法的回收率實(shí)驗(yàn)(表1)。結(jié)果表明，對(duì)于不同的彩色卷煙紙和接裝紙樣品，本方法的加標(biāo)回收率為88.5%～97.3%，能夠滿足卷煙紙和接裝紙中六價(jià)鉻的檢測(cè)需要。

表1 方法回收率的實(shí)驗(yàn)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)YQ/T 60-2015法進(jìn)行六價(jià)鉻的測(cè)定(表2)，并對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行t-檢驗(yàn)，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(shí)際計(jì)算的t值(0.436)

表2 本方法與YQ/T 60-2015方法檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比Table 2 Comparison for the determination results of the method with YQ/T 60-2015

3 結(jié) 論

針對(duì)中國煙草總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YQ/T 60-2015)用連續(xù)流動(dòng)分析法測(cè)定六價(jià)鉻時(shí)前處理步驟較多、操作繁瑣、檢測(cè)效率低等不足，本研究對(duì)連續(xù)流動(dòng)分析進(jìn)樣杯進(jìn)行了改進(jìn)，并設(shè)計(jì)了快速固相萃取脫除色素的樣品前處理方法。改進(jìn)方法中，整個(gè)操作流程無需轉(zhuǎn)移樣品，簡(jiǎn)化了樣品前處理過程，具有操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、檢測(cè)速度快、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，可滿足卷煙紙和接裝紙中六價(jià)鉻快速測(cè)定的需求，為彩色卷煙紙和接裝紙?jiān)诰頍煯a(chǎn)品中的安全使用提供了技術(shù)保障。