專利名稱：熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的在線捕集及分析方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種添加劑及煙草成分的熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的在線捕集及分析方法和裝置，屬分析檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
桐環(huán)芳經(jīng)(PolycyclicAromatic Hydrocarbons, PAHs),又稱多環(huán)芳經(jīng),指兩個(gè)以上的苯環(huán)以稠環(huán)形式相連的一類化合物。稠環(huán)芳烴產(chǎn)生途徑主要是化石燃料(如碳)等有機(jī)物的不完全燃燒過(guò)程中形成的。廣泛存在于土壤、大氣、植物體、食品、污水、汽車尾氣以及 卷煙煙氣中。多數(shù)稠環(huán)芳烴都具有毒性和致癌作用，由于苯并[a]芘(BaP)的致癌作用高于其它稠環(huán)芳烴，因而BaP成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。新鮮煙葉本身不含PAHs，煙葉中痕量的苯并[a]芘及相關(guān)的PAHs是在煙葉生長(zhǎng)、烤制及工藝處理過(guò)程中水或大氣污染帶來(lái)。卷煙煙氣中的PAHs主要是煙草有機(jī)物在高溫缺氧條件下不完全燃燒時(shí)，各種有機(jī)物碎片經(jīng)過(guò)復(fù)雜的聚合過(guò)程而形成。許多研究人員對(duì)其在卷煙煙氣中的釋放量及其前體物進(jìn)行了研究。其中熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用(Py-GC /MS)技術(shù)已成為一種模擬卷煙燃燒狀態(tài)的有效方法，被廣泛用來(lái)研究煙草成分燃燒可能產(chǎn)生的煙氣成分[1_3]。研究發(fā)現(xiàn)稠環(huán)芳烴是由萜烯、植物甾醇(如豆甾醇)、蠟、糖、纖維素、氨基酸等組分通過(guò)熱裂解和高溫?zé)岷铣?，以及各種初級(jí)烴通過(guò)自由基反應(yīng)形成的。由于卷煙煙氣成分極其復(fù)雜，苯并[a]芘的含量又極低，而且還存在著大量的干擾物質(zhì)，因此，如何準(zhǔn)確測(cè)定卷煙煙氣、煙草成分和添加劑熱裂解產(chǎn)物中的苯并[a]芘含量，一直是國(guó)內(nèi)外煙草業(yè)研究的熱門課題之一。Su-Fang ffang[4]采用熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用法(Py-GC /MS)分析了苯丙氨酸裂解產(chǎn)物中10種多環(huán)芳烴。郜強(qiáng)[5]采用熱裂解-氣質(zhì)聯(lián)用(Py-GC /MS)法測(cè)定了氮?dú)庵胁煌瑴囟认驴緹煛⑾懔蠠熀桶桌邿煙熑~樣品裂解產(chǎn)生的10種稠環(huán)芳烴(PAHs)。然而，這些研究大部分采用無(wú)氧裂解，與卷煙的實(shí)際燃燒的氣體氛圍存在差異，其裂解分析結(jié)果也與實(shí)際燃吸卷煙產(chǎn)生的煙氣分析結(jié)果有差異?？缀戚x等Μ應(yīng)用吸附阱吸附，在氧氣濃度高于20%的氮氧混合氣，對(duì)煙草進(jìn)行裂解實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了有氧裂解和在線產(chǎn)物捕集。但該發(fā)明吸附阱所使用的吸附劑對(duì)樣品有歧視作用。本發(fā)明克服了現(xiàn)有方法之不足，采用自組裝的有氧熱裂解-冷阱捕集-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，模擬卷煙的燃燒狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)有氧狀態(tài)下的裂解和在線分析。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見與本發(fā)明相同的公開報(bào)道。參考文獻(xiàn)[I] Baker R R, Massey E D, Smith G. An overview of the effects oftobacco ingredients on smoke chemistry and toxicity [J]. Food and ChemicalToxicology, 2004, 42: 53-83.[2] Paschke T, Scherer G, Heller W D. Effects of ingredients oncigarette smoke composition and biological activity: a literature overview.Beitr. Tabakforsch. Int. , 2002, 20: 107-247.
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發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的在線捕集及分析方法和裝置。本發(fā)明一種樣品熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘分析方法是在現(xiàn)有方法基礎(chǔ)上的改進(jìn)，該方法包括以下步驟a.取裂解儀(7)專用石英裂解管一根，在中央位置裝填農(nóng)殘級(jí)石英棉，將液態(tài)樣品廣5 UL或固態(tài)樣品廣5 mg裝入熱裂解管中，加入內(nèi)標(biāo)溶液D12-苯并[a]芘廣2 μ L，熱裂解管輕放入熱裂解頭后，伸入熱裂解腔準(zhǔn)備裂解；b.熱裂解儀(7)的熱裂解條件為氣體氛圍是含9 %質(zhì)量比氧氣的氮氧混合氣；裂解氣流速為80-276mL/min ;樣品在程序升溫條件下進(jìn)行熱裂解，裂解升溫程序?yàn)槌跏紲囟?50 300 °C，保持5 S，而后以20 30 °C /S升至900 °C ,并保持5 S ；c.熱裂解產(chǎn)物由傳輸管線(8)直接導(dǎo)入氣相色譜的大體積冷進(jìn)樣口(11)，經(jīng)液氮冷凍捕集；其中冷進(jìn)樣口(11)的升溫條件一 30 °C保持0. 5 min,以12 V /s升至260°C保持I min，再以10 V /s升至350 °C保持5 min ；d.熱裂解產(chǎn)物氣化進(jìn)入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(12)，對(duì)裂解產(chǎn)物中的苯并[a]芘進(jìn)行定量分析；其中氣相色譜條件為色譜柱為HP-5MS(30 mXO. 25 mmXO. 25 Mm)石英毛細(xì)管柱；載氣為氦氣(純度為99. 999 % )，載氣壓力(恒壓)0. 1026 MPa ;升溫程序起始溫度150°C，保持 I min，以 10 °C/min 升至 240 °C，再以 2 °C/min 升至 280 °C，保持 20 min ;分流比為100:1。質(zhì)譜條件電子轟擊離子源，電子能量70 eV ;離子源溫度230 V ;接口溫度280
V;四極桿溫度150 V ;溶劑延遲時(shí)間5 min ;掃描方式選擇離子檢測(cè)，選擇離子為252m/z和264 m/z，分別為苯并[a]芘和D12-苯并[a]芘(內(nèi)標(biāo))的分子離子峰，對(duì)每個(gè)離子的監(jiān)測(cè)時(shí)間為30 ms。本方法適用于各種類型樣品的熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘含量的測(cè)定。用于熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的在線捕集及分析方法的裝置，由氦氣(1)，氮氧混合氣(2)，置于氦氣(I)與冷進(jìn)樣口(11)之間連接管道上的流量控制器(4)，置于氮氧混合氣(2)與熱裂解儀(7)之間連接管道上的三通閥(3)和流量控制器(5)，置于熱裂解儀(7)上的熱裂解儀進(jìn)樣手柄(6)，置于熱裂解儀(7)與氣相色譜-質(zhì)譜儀(12)之間的傳輸管線
(8)，置于氣相色譜-質(zhì)譜儀(12)上的冷進(jìn)樣口(11)、無(wú)殘留進(jìn)樣隔墊(10)和螺帽(9)構(gòu)成。本方法所用分析裝置的工作過(guò)程如下待測(cè)樣品置于熱裂解儀(7)中使其迅速熱裂解后得到的熱裂解產(chǎn)物由載氣帶出，沿去活化的傳輸管線(8)，進(jìn)入冷進(jìn)樣口( 11 )，熱裂解產(chǎn)物在液氮冷凍下被捕集在冷進(jìn)樣口(11)。裂解程序結(jié)束后，開啟冷進(jìn)樣口(11)的升溫程序，裂解產(chǎn)物加熱氣化進(jìn)入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(12)，采用選擇離子模式對(duì)裂解產(chǎn)物中的稠環(huán)芳烴進(jìn)行定量分析。本方法所用裝置采用市場(chǎng)購(gòu)買的儀器、材料，按照常規(guī)方法制備而成。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于I、能夠?qū)崿F(xiàn)有氧環(huán)境中的在線熱裂解，裂解環(huán)境接近卷煙的實(shí)際燃燒環(huán)境。2、通過(guò)冷阱捕集，實(shí)現(xiàn)在線熱裂解-冷阱捕集-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析樣品熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的含量。測(cè)定方法簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確。避免了離線捕集分析方法的繁雜前處理過(guò)程，從而減少由此帶來(lái)的實(shí)驗(yàn)誤差。3、選用質(zhì)譜檢測(cè)器的選擇離子掃描模式，提高了檢測(cè)的靈敏度和選擇性，能夠定量分析樣品熱裂解產(chǎn)物中痕量苯并[a]芘的含量，從而為研究苯并[a]芘的產(chǎn)生機(jī)理，降低苯并[a]芘的添加劑篩選提供技術(shù)支持。4、裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。


附圖為熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的捕集分析裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的分析方法的具體步驟及所用分析裝置同發(fā)明內(nèi)容部分描述。實(shí)施例一I實(shí)驗(yàn)部分I. I儀器與試劑苯并[a]花(標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),純度彡99%,Chem Service公司),D12-苯并[a]花(標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，純度> 99%, Chem Service 公司)。7890A/5975C氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀(美國(guó)安捷倫公司)，配CIS-4大體積冷進(jìn)樣口(德國(guó)GERSTEL公司);Pyroprobe 5200型熱裂解儀(美國(guó)CDS公司);AG204型電子天平(感量 O. 0001 g，瑞士 METTLER TOLEDO 公司)。I. 2熱裂解條件熱裂解氛圍含9 %氧氣的氮氧混合氣?？偭呀鈿饬魉?. 6 mL/s熱裂解探頭(熱解頭)初始溫度300 °C，保持5 S，再以30 V升至900 °C，保持5 S。I. 3 GC-MS 分析條件CIS 冷進(jìn)樣口條件一30 °C保持 O. 5 min，以 12 V /s 升至 260 °C保持 I min，再以10 V /s升至350 °C保持5 min。氣相色譜條件色譜柱為HP-5MS(30 mXO. 25 mmXO. 25 Mm)毛細(xì)管柱；載氣為氦氣(純度為99. 999 % )，載氣壓力(恒壓):0. 1026 MPa ;升溫程序起始溫度150 °C，保持I min，以10 °C/min升至240 °C，再以2 °C/min升至280 °C，保持20 min;進(jìn)樣口溫度280 0C ;分流比為100:1。質(zhì)譜條件電子轟擊離子源，電子能量70 eV ;離子源溫度230 V ;接口溫度280
V;四極桿溫度150 V ;溶劑延遲時(shí)間5 min ;掃描方式選擇離子檢測(cè)，選擇離子為252m/z和264 m/z，分別為苯并[a]芘和D12-苯并[a]芘(內(nèi)標(biāo))的分子離子峰，對(duì)每個(gè)離子的監(jiān)測(cè)時(shí)間為30 ms。2樣品分析2. I液體樣品 取裂解儀專用石英裂解管一根，在中央位置裝填農(nóng)殘級(jí)石英棉，利用采血管吸取液態(tài)樣品廣5 yL至熱裂解管中，加入內(nèi)標(biāo)溶液D12-苯并[a]芘廣2 yL，按設(shè)定的裂解條件進(jìn)行裂解。裂解產(chǎn)物均由CDS傳輸線直接導(dǎo)入氣相色譜的冷進(jìn)樣口，再由氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，對(duì)裂解產(chǎn)物中的苯并[a]芘進(jìn)行定量分析。2.2固體樣品取裂解儀專用石英裂解管一根，在中央位置裝填農(nóng)殘級(jí)石英棉，取固體樣品廣5mg至熱裂解管中，加入內(nèi)標(biāo)溶液D12-苯并[a]芘廣2 μ L，按設(shè)定的裂解條件進(jìn)行裂解。裂解產(chǎn)物均由CDS傳輸線直接導(dǎo)入氣相色譜的冷進(jìn)樣口，再由氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，對(duì)裂解產(chǎn)物中的苯并[a]芘進(jìn)行定量分析。3標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的制作3. I標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制內(nèi)標(biāo)溶液—級(jí)內(nèi)標(biāo)溶液取10 mg D12-苯并[a]花,用環(huán)己燒定容到50 mL,濃度為O. 2 mg/mL。二級(jí)內(nèi)標(biāo)溶液取2. OO mL—級(jí)內(nèi)標(biāo)溶液，用環(huán)己烷定容到50 mL，濃度為8 μ g / mL。三級(jí)內(nèi)標(biāo)溶液取2. 00 mL 二級(jí)內(nèi)標(biāo)溶液，用環(huán)己烷定容到50 mL，濃度為320 ng / mL。苯并[a]芘標(biāo)準(zhǔn)系列溶液—級(jí)苯并[a]花標(biāo)準(zhǔn)溶液取12. 2 mg苯并[a]花,用環(huán)己燒定容到100 mL,濃度為 O.122 mg/mL。二級(jí)苯并[a]花標(biāo)準(zhǔn)溶液取I. OO mL—級(jí)內(nèi)標(biāo)溶液,用環(huán)己燒定容到100 mL,濃度為 I. 22 μ g / mL。分別取苯并[a]芘二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)溶液O. 50 mL, I. 00 mL、2. 00 mL、5. 00 mL, 10. 00 mL,15. 00 mL和二級(jí)內(nèi)標(biāo)溶液2. 00 mL，用環(huán)己烷定容到50 mL棕色容量瓶中，該系列標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度分別是12. 2 ng/mL、24.4 ng/mL、48. 8 ng/mL、122 ng/mL、244ng/mL、366 ng/mL,內(nèi)標(biāo)濃度為 320 ng/mL。3. 2標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作將配制好的一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液按實(shí)驗(yàn)部分的色譜條件進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)樣量2 μ L。以苯并[a]芘標(biāo)樣與內(nèi)標(biāo)的峰面積比為縱坐標(biāo)，其相應(yīng)濃度比為橫坐標(biāo)，作回歸分析，得到回歸方程為
Y = 2. 943X - O. 05647， r2 = O. 999186結(jié)果顯示在12. 2-366 ng/mL的濃度范圍內(nèi)，回歸方程的線形良好，能用于苯并[a]芘含量的定量分析。實(shí)施例二 熱裂解儀氣體流速的優(yōu)化選擇
不同流速對(duì)裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘含量的影響試驗(yàn)。其他條件不變，設(shè)定裂解氣體的流速分別為80、120、160、200、276 mL/min，檢測(cè)同一樣品裂解產(chǎn)物中的苯并[a]芘含量，結(jié)果見表I。從表I來(lái)看，裂解儀不同氣體流速的變化對(duì)于苯并[a]芘的分析結(jié)果的影響并不顯著，因而裂解反應(yīng)氣體流速選擇Baker等(Baker R R, Coburn S，Liu C. Thepyrolytic formation of formaldehyde from sugars and tobacco [J]. J. Anal. AppI.Pyrolysis, 2006，77(1) : 12-21)推薦的 276 mL/min。表I不同氣體流速下裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的含量
II
80 120 160 200 276(mL/min) _J__
苯含量 245.42 24439 247JI 248J9 247,42
(ng/mL)實(shí)施例三方法的重復(fù)性和檢測(cè)限用同一樣品按照建立的方法平行測(cè)定5次，結(jié)果見表2，本實(shí)驗(yàn)方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為4. 17 %，說(shuō)明該方法的重復(fù)性能滿足實(shí)驗(yàn)要求。表2方法的重復(fù)性和檢測(cè)限
f: I ·]測(cè)定結(jié)通(ng /mL)
1115.34
215
3IIK 41
4124J7
5127 15 f-均ft (ng/mL)122.21
Wfffl5.10
.樹對(duì)h;;.祖RSD (%)4-1
檢出 K LOD {ng/mL)1510
^S!ttLOQ(ng/mL)5100用最低濃度的標(biāo)樣，重復(fù)進(jìn)樣5次，由測(cè)得的濃度值統(tǒng)計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法的檢出限，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法的定量限，數(shù)據(jù)見表2，本檢測(cè)方法苯并[a]芘的檢出限為15. 30 ng/mL，定量限為51. 00 ng/mL。
由重現(xiàn)性、線性方程及檢測(cè)限的測(cè)定結(jié)果可見，建立的熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘 分析方法具有較好的重現(xiàn)性、準(zhǔn)確性，它適用于樣品熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘含量的準(zhǔn)確測(cè)定。
權(quán)利要求
1.一種熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的在線捕集及分析方法，其特征在于該方法步驟如下 a.取裂解儀(7)專用石英裂解管一根，在中央位置裝填農(nóng)殘級(jí)石英棉，將液態(tài)樣品廣5UL或固態(tài)樣品廣5 mg裝入熱裂解管中，加入內(nèi)標(biāo)溶液D12-苯并[a]芘廣2 yL，熱裂解管輕放入熱裂解頭后，伸入熱裂解腔準(zhǔn)備裂解； b.熱裂解儀(7)的熱裂解條件為氣體氛圍是含9%質(zhì)量比氧氣的氮氧混合氣；裂解氣流速為80-276 mL/min ;樣品在程序升溫條件下進(jìn)行熱裂解，裂解升溫程序?yàn)槌跏紲囟?50 300で，保持5 S，而后以20 30 °C/s升至900 °C ,并保持5 s ； c.熱裂解產(chǎn)物由傳輸管線(8)直接導(dǎo)入氣相色譜的大體積冷進(jìn)樣ロ(11)，經(jīng)液氮冷凍捕集；其中冷進(jìn)樣ロ(11)的升溫條件一 30で保持0. 5 min,以12 V /s升至260で保持I min，再以10 V /s升至350 °C保持5 min ； d.熱裂解產(chǎn)物氣化進(jìn)入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(12)，對(duì)裂解產(chǎn)物中的苯并[a]芘進(jìn)行定量分析；其中 氣相色譜條件為色譜柱為HP-5MS(30 mXO. 25 mmXO. 25 Mm)石英毛細(xì)管柱；載氣為氦氣(純度為99. 999 % )，載氣壓力(恒壓)0. 1026 MPa ;升溫程序起始溫度150で，保持I min，以10 °C/min升至240で，再以2 °C/min升至280で，保持20 min ;分流比為100:1 ； 質(zhì)譜條件電子轟擊離子源，電子能量70 eV ;離子源溫度230 V ;接ロ溫度280 V ；四極桿溫度150 V ;溶劑延遲時(shí)間5 min ;掃描方式選擇離子檢測(cè)，選擇離子為252 m/z和264 m/z，分別為苯并[a]芘和D12-苯并[a]芘(內(nèi)標(biāo))的分子離子峰，對(duì)每個(gè)離子的監(jiān)測(cè)時(shí)間為30 ms。
2.用于權(quán)利要求I所述熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的在線捕集及分析方法的裝置，其特征在于該裝置由氦氣(1)，氮氧混合氣(2)，置于氦氣(I)與冷進(jìn)樣ロ(11)之間連接管道上的流量控制器(4)，置于氮氧混合氣(2)與熱裂解儀(7)之間連接管道上的三通閥(3)和流量控制器(5 )，置于熱裂解儀(7 )上的熱裂解儀進(jìn)樣手柄(6 )，置于熱裂解儀(7 )與氣相色譜-質(zhì)譜儀(12)之間的傳輸管線(8)，置于氣相色譜-質(zhì)譜儀(12)上的冷進(jìn)樣ロ(11)、無(wú)殘留進(jìn)樣隔墊(10)和螺帽(9)構(gòu)成。
全文摘要
一種熱裂解產(chǎn)物中苯并[a]芘的在線捕集及分析方法和裝置，屬分析檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。方法為樣品裝入熱裂解腔，程序升溫條件下有氧熱裂解，熱裂解產(chǎn)物由傳輸管線直接導(dǎo)入氣相色譜的冷進(jìn)樣口，經(jīng)液氮冷凍捕集；熱裂解完畢，冷進(jìn)樣口程序升溫，熱裂解產(chǎn)物氣化進(jìn)入氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，采用選擇離子模式對(duì)裂解產(chǎn)物中的苯并[a]芘進(jìn)行定量分析。裝置包括氦氣(1)，氮氧混合氣(2)，三通閥(3)，流量控制器(4)，流量控制器(5)，手柄(6)，熱裂解儀(7)，傳輸管線(8)，螺帽(9)，進(jìn)樣隔墊(10)，冷進(jìn)樣口(11)，氣相色譜-質(zhì)譜儀(12)構(gòu)成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于方法重現(xiàn)性好、回收率高、操作簡(jiǎn)便，減少了實(shí)驗(yàn)誤差，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01N30/88GK102735786SQ201210179458
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者徐濟(jì)倉(cāng), 李雪梅, 楊葉昆, 繆恩銘, 繆明明, 陳建華, 魏玉玲 申請(qǐng)人:云南煙草科學(xué)研究院