邱建華，何靜宇，李倩，袁岐山，何文婕，劉文召，張孟偉*

(1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，鄭州 450016；2.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司洛陽(yáng)卷煙廠，洛陽(yáng) 471000)

加熱卷煙是指利用加熱器于250～350 ℃加熱煙草薄片，從而釋放出尼古丁和煙香物質(zhì)的一種新型煙草。與傳統(tǒng)卷煙相比，加熱卷煙能夠?yàn)橄M(fèi)者提供與其相近的吸食口感，并且釋放較少的有害成分[1-3]，因此受到人們的廣泛關(guān)注[4-5]。

水分的準(zhǔn)確測(cè)定對(duì)加熱卷煙中總粒相物、焦油的定量至關(guān)重要，但國(guó)內(nèi)加熱卷煙的研究起步較晚，針對(duì)加熱卷煙氣溶膠中水分的研究較少[6-7]。文獻(xiàn)[8]采用氣相色譜雙柱雙檢測(cè)器法同時(shí)測(cè)定了新型卷煙氣溶膠中水、煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇的含量。文獻(xiàn)[9]通過優(yōu)化捕集方法和吸煙機(jī)抽吸條件，對(duì)傳統(tǒng)卷煙煙氣水分進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[10]利用熱導(dǎo)檢測(cè)器(TCD)，建立了氣相色譜法(GC)同時(shí)檢測(cè)加熱卷煙氣溶膠中水分、1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的方法，該方法參考了傳統(tǒng)卷煙的測(cè)定方法，但是沒有針對(duì)加熱卷煙的特點(diǎn)進(jìn)行方法的有效性研究。與傳統(tǒng)卷煙相比較，加熱卷煙氣溶膠中水分測(cè)定具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：水分含量高，是常規(guī)卷煙的10倍以上[11]；影響因素多，如加熱卷煙薄片材料中的甘油具有強(qiáng)烈的吸水性，在測(cè)定過程中，會(huì)將環(huán)境中的水分引入樣品中，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果的偏差。

針對(duì)以上幾個(gè)特點(diǎn)，本工作以市售的加熱卷煙為研究對(duì)象，基于水分轉(zhuǎn)移規(guī)律，對(duì)加熱卷煙抽吸前后水分含量進(jìn)行了系統(tǒng)研究[12]，建立了GC 測(cè)定加熱卷煙氣溶膠中水分含量的方法，以期為準(zhǔn)確測(cè)定加熱卷煙氣溶膠中的水分提供可靠的依據(jù)，為該類產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)過程控制、產(chǎn)品質(zhì)量的控制和提升提供理論支撐。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

7890A 型氣相色譜儀，配TCD；SM450型直線吸煙機(jī)；Milli-Q 型超純水儀；XS 225A-SCS型電子天平；HY-8A 型振蕩器。

萃取劑：移取異丙醇1 000.00 mL 和無水乙醇5.00 mL，混合均勻，備用。

水標(biāo)準(zhǔn)溶液系列：稱取0，10，100，200，300，500，800 mg(精確至0.1 mg)水于100 mL 容量瓶中，用萃取劑稀釋至刻度，搖勻，配制成質(zhì)量濃度為0，0.1，1.0，2.0，3.0，5.0，8.0g·L－1的水標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

異丙醇、無水乙醇為色譜純；試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 吸煙機(jī)

打開吸煙機(jī)，預(yù)熱30 min，設(shè)定抽吸容量35 mL，抽吸時(shí)間2 s，抽吸間隔30 s，抽吸口數(shù)7口·支－1。

1.2.2 GC條件

HP-PLOTQ毛細(xì)管柱(30m×0.53mm，40μm)；柱溫170℃；載氣為氦氣；載氣流量3mL·min－1；進(jìn)樣口溫度250 ℃；進(jìn)樣體積2μL；分流比5∶1；檢測(cè)器溫度250 ℃。

1.3 試驗(yàn)方法

打開加熱卷煙包裝，將加熱卷煙煙支濾嘴端插入捕集器，薄片端插入加熱器，啟動(dòng)加熱器，按照1.2.1節(jié)進(jìn)行抽吸。取出一張劍橋?yàn)V片(直徑44mm)，捕集抽吸前后加熱卷煙氣溶膠，每張濾片捕集卷煙個(gè)數(shù)不超過5支，捕集完成后，快速對(duì)濾片進(jìn)行稱重，計(jì)算得到每個(gè)煙支的總捕集物含量(TPM)。取一張新的劍橋?yàn)V片，裁切為四分之一，擦拭捕集器上殘留的水分；擦拭完成后，與之前使用過的捕集濾片一起放入100 mL 的圓底瓶中，迅速加入20 mL萃取劑，密封，以150次·min－1的速率振蕩萃取30 min，得到萃取液，按照1.2.2節(jié)條件進(jìn)行測(cè)定。

取相同的加熱卷煙，不啟動(dòng)加熱器具，采用相同參數(shù)進(jìn)行抽吸。抽吸結(jié)束后，按照上述方法進(jìn)行測(cè)定，得到水分空白值。用測(cè)定值減去空白值，得到加熱卷煙氣溶膠中水分的含量[12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜行為

按照試驗(yàn)方法對(duì)加熱卷煙氣溶膠中水分進(jìn)行測(cè)定，所得色譜圖見圖1。

圖1 色譜圖Fig.1 Chromatogram

2.2 加熱卷煙抽吸前后水分的分布情況

按照GB/T 16447－2004《煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測(cè)試的大氣環(huán)境》，將樣品密封放置48 h。測(cè)定時(shí)，打開小盒包裝，按照YC/T 31－1996《煙草及煙草制品試樣的制備和水分測(cè)定烘箱法》，對(duì)加熱卷煙抽吸前后濾嘴段、降溫段、空心段和薄片段，以及抽吸后氣溶膠中的水分進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見表1。

表1 加熱卷煙抽吸前后各部分的水分含量Tab.1 Moisture content of each part of heated not burned cigarette before and after smoking

由表1可知：抽吸后，薄片段的水分含量明顯減少，氣溶膠中的水分含量明顯增多；氣溶膠中的水分占薄片段減少水分的90%左右，剩余10%分別進(jìn)入到濾嘴段、降溫段和空心段。說明在抽吸過程中，薄片段中的水分主要進(jìn)入到氣溶膠中，并且抽吸后的水分總和略小于抽吸前，原因可能是一部分水分被吸附在加熱器具及管路上，無法收集測(cè)定。

2.3 測(cè)定條件的優(yōu)化

基于水分轉(zhuǎn)移規(guī)律可知，影響加熱卷煙氣溶膠中水分含量的主要因素有煙支平衡條件、抽吸前后濾片放置條件、抽吸參數(shù)和濾片捕集能力，因此試驗(yàn)考察了上述條件對(duì)加熱卷煙氣溶膠中水分測(cè)定值的影響。

2.3.1 煙支平衡條件

傳統(tǒng)卷煙測(cè)試前的平衡條件為溫度(22±1)℃，相對(duì)濕度(60±3)%，平衡時(shí)間48 h。試驗(yàn)考察了22 ℃下相對(duì)濕度(50%，60%)和平衡時(shí)間(0，6，12，24，48 h)對(duì)加熱卷煙氣溶膠中的水分和TPM 測(cè)定值的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 相對(duì)濕度和平衡時(shí)間對(duì)水分和TPM 測(cè)定值的影響Fig.2 Effect of relative humidity and equilibrium time on the determined values of moisture and TPM

由圖2可知，加熱卷煙氣溶膠中水分和TPM的測(cè)定值均隨著平衡時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。值得關(guān)注的是，50%低濕度條件下加熱卷煙氣溶膠中水分占TPM 的比值明顯大于60%高濕度條件下的，說明相對(duì)濕度較高時(shí)，TPM 中除水分以外物質(zhì)的釋放量逐漸增多，可能是煙支中的水分提高了加熱器的熱傳導(dǎo)能力。因此，為了保證測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性，且能反映消費(fèi)者實(shí)際抽吸情況，試驗(yàn)采用不平衡濕度，即打開加熱卷煙包裝后直接抽吸的方式，測(cè)定加熱卷煙氣溶膠中水分的含量。

2.3.2 濾片放置條件

在溫度(22±1)℃，相對(duì)濕度(60±3)%條件下，考察了濾片放置方式(密封放置和敞口放置)和放置時(shí)間(0，4，8，12，24，48，72 h)對(duì)加熱卷煙氣溶膠中水分測(cè)定值的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3 可知：抽吸前，隨著濾片放置時(shí)間的延長(zhǎng)，在密封條件下，水分的測(cè)定值基本保持不變，而敞口放置時(shí)，水分的測(cè)定值逐漸增大；抽吸后，隨著濾片放置時(shí)間的延長(zhǎng)，在密封和敞口兩種情況下水分的測(cè)定值均持續(xù)降低，且敞口放置時(shí)，水分減少量更多。產(chǎn)生這種情況的原因可能是由于環(huán)境濕度較低時(shí)，捕集飽和的濾片在放置過程中，水分向空氣逸失，從而造成測(cè)定值降低。因此，在水分測(cè)定過程中，將抽吸前后的濾片不經(jīng)放置，直接進(jìn)行測(cè)試。

圖3 濾片放置方式和放置時(shí)間對(duì)水分測(cè)定值的影響Fig.3 Effect of placement way and time of filter on the determined values of moisture

2.3.3 抽吸間隔

保持抽吸容量(35 mL)、抽吸口數(shù)(7口·支－1)不變，考察了抽吸間隔分別為30，40，50，60 s時(shí)對(duì)加熱卷煙氣溶膠中水分測(cè)定值的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 抽吸間隔對(duì)水分和TPM 測(cè)定值的影響Fig.4 Effect of puff interval on the determined values of moisture and TPM

由圖4可知，隨著抽吸間隔的增加，氣溶膠中水分和TPM 測(cè)定值基本保持不變，水分占TPM 的比值也無明顯波動(dòng)，說明抽吸間隔對(duì)水分含量影響較小。為了提高抽吸效率，試驗(yàn)選擇抽吸間隔為30 s。

2.3.4 抽吸口數(shù)

保持抽吸容量(35 mL)、抽吸間隔(30 s)不變，考察了抽吸口數(shù)(1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12口·支－1)對(duì)加熱卷煙氣溶膠中水分測(cè)定值的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 抽吸口數(shù)對(duì)水分測(cè)定值的影響Fig.5 Effect of puff number on the determined values of moisture

由圖5可知：抽吸1口·支－1或2口·支－1時(shí)，氣溶膠中水分的測(cè)定值偏低；抽吸3～6 口·支－1時(shí)，水分的測(cè)定值保持穩(wěn)定；當(dāng)抽吸7口·支－1時(shí)，水分測(cè)定值開始逐漸降低；當(dāng)抽吸10口·支－1時(shí)，水分測(cè)定值的降低速率變快。造成這種現(xiàn)象的原因可能是由于抽吸口數(shù)較少時(shí)，加熱器具的溫度沒有達(dá)到平衡，隨著抽吸的進(jìn)行，煙支薄片段水分逐漸減小，進(jìn)而導(dǎo)致后半段水分測(cè)定值降低。因此，為保證每口抽吸中水分的平均值最大，試驗(yàn)選擇卷煙的抽吸口數(shù)為7口·支－1。

2.3.5 濾片捕集總口數(shù)

試驗(yàn)考察了劍橋?yàn)V片捕集總口數(shù)(7，14，21，28，35，42，49口)對(duì)加熱卷煙氣溶膠中水分和TPM 測(cè)定值的影響，結(jié)果見圖6。

圖6 濾片捕集總口數(shù)對(duì)水分測(cè)定值和TPM 的影響Fig.6 Effect of total puff number of filter on the determined values of moisture and TPM

由圖6可知，當(dāng)捕集總口數(shù)由7增加至35時(shí)，水分和TPM 測(cè)定值逐漸增大；當(dāng)捕集總口數(shù)超過35時(shí)，水分測(cè)定值基本保持不變，TPM 測(cè)定值的增加量逐漸減小，說明濾片對(duì)水分的捕集能力有限。因此，試驗(yàn)選擇濾片捕集總口數(shù)為35。當(dāng)抽吸口數(shù)為7口·支－1時(shí)，濾片能夠捕集的煙支數(shù)為5支。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限和測(cè)定下限

按照儀器工作條件對(duì)水標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定，以水的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，其對(duì)應(yīng)的峰面積與內(nèi)標(biāo)峰面積的比值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示，水標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍在8.0 g·L－1以內(nèi)，線性回歸方程為y＝1.265×10－2x＋2.535×10－2，相關(guān)系數(shù)為0.999 8。

按照試驗(yàn)方法對(duì)空白加標(biāo)樣品溶液(加標(biāo)量10.0 mg·支－1)進(jìn)行測(cè)定，以3倍信噪比(S/N)和10倍信噪比計(jì)算方法的檢出限(3S/N)和測(cè)定下限(10S/N)，結(jié)果得檢出限為0.154 mg·支－1，測(cè)定下限為0.514 mg·支－1。

2.5 回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)加熱卷煙氣溶膠中水分進(jìn)行低、中、高等3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 回收試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of test for recovery

2.6 樣品測(cè)定

按照試驗(yàn)方法對(duì)不同品牌的加熱卷煙進(jìn)行分析，計(jì)算測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見表3。

表3 樣品分析結(jié)果(n=5)Tab.3 Analytical results of the samples(n=5)

由表3可知，加熱卷煙中水分測(cè)定值為10.71～22.50 mg·支－1，測(cè)定值的RSD 均小于2.0%，與文獻(xiàn)中的水分含量基本保持一致[13-14]。

本工作通過分析煙支平衡條件、濾片放置條件、抽吸參數(shù)和濾片捕集能力等方面對(duì)加熱卷煙氣溶膠水分轉(zhuǎn)移的影響，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提出了濾片捕集-GC測(cè)定加熱卷煙氣溶膠中水分含量的方法。該方法檢出限低、精密度好、準(zhǔn)確度高，可用于加熱卷煙氣溶膠中水分的測(cè)定。