一種採用離子色譜測定捲菸主流煙氣中二氧化硫的方法與流程
2023-06-09 23:47:51
本發明涉及菸草技術領域，具體來說是涉及一種基於離子色譜測定捲菸主流煙氣中二氧化硫的方法。
背景技術：
SO2在通常狀態下是一種無色，有刺激性氣味的有毒氣體。SO2不僅可以誘發各種呼吸道炎症，而且對肝臟有一定的損害。另外，SO2還可以加強苯並[a]芘的致癌作用。當空氣中SO2的濃度在5.0～10.0ppm時，人在此環境下進行較長時間的工作還可以忍受；10.0～15.0ppm時，人的呼吸道纖毛運動和黏膜的分泌功能均受到抑制；15.0～20.0ppm時，人因受到刺激引起咳嗽﹑流淚﹑噴嚏﹑疼痛，並引起呼吸困難；20.0～100.0ppm時，人每天吸入8小時，支氣管和肺部出現明顯刺激症狀，使肺組織受損；100.0～400.0ppm時，使人感到明顯的呼吸困難；400.0～500.0ppm時，人立即引起嚴重中毒，呼吸道閉塞引起窒息而死。
捲菸主流煙氣中的SO2不僅來自於捲菸中含硫化合物的抽吸燃燒。另外，一些不法分子，用硫磺燻蒸各種劣質菸葉和假菸葉生產假冒捲菸以牟取暴利，燻硫磺時所產生的SO2與菸葉中的糖、蛋白質、酶、醛、酮等作用後，殘留在菸葉中。捲菸主流煙氣中SO2的含量既與捲菸危害性有關，也與捲菸的內在感官品質有關。所以，一種可靠、準確的捲菸主流煙氣中SO2測定方法，對於監測捲菸中SO2的含量，及甄別真假菸具有重要的技術價值。
目前，SO2含量國家標準測定方法多為鹽酸副玫瑰苯胺比色法和蒸餾滴定法。其中，比色法在實際工作中存在用時長，成本高，操作複雜，試劑毒性等問題；蒸餾滴定法在現行標準中的應用廣泛，具有簡便、低成本的優勢，但受滴定法專屬性不強的限制，有時會出現假陽性幹擾。離子色譜法，幹擾小、靈敏度高、穩定性好、操作簡單、無汙染。目前已有報導採用離子色譜法測定食品及環境空氣中SO2含量，但尚沒有利用離子色譜法測定捲菸主流煙氣中SO2的含量。
技術實現要素：
發明目的：本發明要解決的技術問題是提供一種採用離子色譜測定捲菸主流煙氣中SO2的方法，該方法幹擾小、靈敏度高、穩定性好、操作簡單、無汙染。
技術方案：為了實現上述發明目的，本發明採用的技術方案如下：
本發明的採用離子色譜測定捲菸主流煙氣中二氧化硫的方法，採用劍橋濾片、連接軟管和吸收瓶捕集捲菸主流煙氣中的二氧化硫，通過加入鹼性的醛吸收液萃取劍橋濾片中的粒相物，分別定量移取氣相物吸收液和粒相物萃取液合併，稀釋定容，過濾後引入離子色譜儀進行測定；所述的吸收瓶中裝有鹼性的醛吸收液，所述鹼性的醛吸收液為含有醛、強鹼和氨磺酸鈉的混合溶液。
所述的採用離子色譜測定捲菸主流煙氣中二氧化硫的方法，包括以下步驟：
1)捕集捲菸主流煙氣中二氧化硫：按照GB/T 19609-2004規定的標準條件抽吸捲菸，採用劍橋濾片捕集主流煙氣總粒相物，用連接軟管將吸收瓶串接於劍橋濾片，捕集捲菸主流中氣相部分的二氧化硫；捲菸抽吸完後，空吸2口；取下連接軟管和吸收瓶，隨即對各部分捕集物進行處理；
2)煙氣捕集物處理
a)粒相物萃取：抽吸完捲菸後，取出截留主流煙氣粒相物的劍橋濾片，將捕集器內壁用濾片擦乾淨，隨後將濾片放入另外的瓶中，加吸收液萃取，即製得捲菸主流煙氣粒相物萃取液；
b)氣相物處理：將吸收瓶中吸收液轉移至容量瓶中，並用少量吸收液洗滌吸收瓶，再用吸收溶液洗滌連接軟管，洗滌液一併轉入容量瓶中，用吸收溶液定容至刻度，搖勻，靜置，即製得捲菸主流煙氣氣相物吸收液；
c)取等體積的氣相吸收液和粒相物萃取液，混合均勻，過濾後，得到待測液，即可直接用離子色譜分析；
3)離子色譜測定捲菸主流煙氣中二氧化硫
離子色譜分析條件：離子交換柱：IonPacAS11-HC(4mm×250mm)；保護柱：IonPac AG11-HC(4mm×50mm)；淋洗液：15mmol/LNaOH溶液；流速：1.0mL/min；進樣量：25uL；柱溫：30℃；電導檢測器，電導池溫度：35℃；ASRS300(4mm)陰離子抑制器，加電自動抑制，抑制電流38mA；
4)結果的計算與表達：
準確配製濃度為0.1μg/mL～5μg/mL 6個梯度的二氧化硫標準溶液，以SO32-濃度為橫坐標，以SO32-峰面積為縱坐標，繪製標準工作曲線；
工作曲線的相關係數應不小於0.999，每個樣品平行測定兩次，取同樣捲菸，不點燃，每支進行對應平均口數空吸，然後按照上述條件進行處理，得到實驗室室內空白樣品；
捲菸主流煙氣中的SO2含量按照下式計算得出：
上式中：
X——捲菸主流煙氣中的SO2含量，單位為微克每支(μg/cig)；
C——試樣中SO32-濃度的測定值，單位為微克每毫升(μg/mL)；
C0——空白試樣中SO32-濃度的測定值，單位為微克每毫升(μg/mL)；
V——樣品定容體積，單位為毫升(mL)；
f——稀釋因子；
n——抽吸捲菸煙支數量，單位為支(cig)；
64.06——SO2的式量；
80.06——SO32-的式量。
所述鹼性的醛吸收液中的醛是甲醛、乙醛以及丙醛中的一種或幾種的混合液，所述醛濃度為0.2～2mg/mL。優選地，所述鹼性的醛吸收液中的醛為甲醛，甲醛濃度為0.2mg/mL或2mg/mL。
所述的強鹼為氫氧化鈉和氫氧化鉀中的一種或兩種的混合液。優選地，所述鹼性的醛吸收液中的強鹼為氫氧化鈉，濃度為5-15mmol/L。
所述萃取方式為震蕩或超聲，萃取時間為10～40分鐘。
本發明的方法具有如下技術效果：
1)本發明首次將離子色譜法用於捲菸主流煙氣中SO2的測定，方法速度快，工作效率高，為SO2的捲菸安全性評價、減害研究及SO2含量監控提供了一種快速、準確的測定方法。
2)本發明採用鹼性醛溶液捕集捲菸主流煙氣中SO2，捕集簡單快捷；其中，加入強鹼與淋洗液的酸度相近，不僅利於SO2的吸收，還可以減弱離子色譜法的水負峰對弱保留組分定量的影響，提高檢測的靈敏度和準確度；加入醛類有效的避免了SO2的氧化損失，提高了SO2檢測液的穩定性；加入氨磺酸鈉有效排除了氮氧化物的幹擾；方法的回收率在92.50％～96.20％之間，精密度在2.54％～3.27％之間。
3)與傳統方法相比，本發明檢測法具有幹擾小、靈敏度高、穩定性好、操作簡單、無汙染等特點，具有較好的應用前景。
附圖說明
圖1為SO32-和SO42-離子色譜圖。
圖2為樣品SO32-離子色譜圖。
圖3為加標後樣品SO32-離子色譜圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明做進一步的說明。
實施例1
本實施例中，採用離子色譜測定捲菸主流煙氣中二氧化硫的方法，包括以下步驟：
1)試樣製備：將市售捲菸樣品A在溫度20℃±2℃、相對溼度60％±5％的條件下平衡48小時，然後以捲菸綜合測試臺按質量(平均值±50mg)、吸阻(平均值±50pa)篩選，以獲得相對一致的待測樣品。
2)吸收液配製(甲醛0.2mg/mL)：吸取0.5mL的37％甲醛溶液，1mL 5mol/L的NaOH溶液，10ml濃度為6.0g/L的氨磺酸鈉溶液，用去離子水定溶至1000mL。
3)二氧化硫的捕集：按照GB/T 19609-2004規定的標準條件抽吸4支捲菸，採用劍橋濾片捕集主流煙氣總粒相物，用連接軟管將吸收瓶串接於劍橋濾片之後來捕集主流煙氣的氣相物，其中吸收瓶中裝有30mL吸收液。試驗前對所使用試驗裝置進行氣密性檢測。待裝置調試合格後，隨即進行捲菸抽吸，捲菸抽吸完畢之後空吸2口，取下連接軟管，以及吸收瓶，隨即對各部分捕集物進行處理。
4)煙氣捕集物處理
a、粒相物(濾片)處理：抽吸完捲菸後，取出截留主流煙氣粒相物的劍橋濾片，將捕集器內壁用四分之一濾片擦乾淨，隨後一起將濾片放入125mL錐型瓶中，準確加50mL吸收溶液，振蕩40min，即製得捲菸主流煙氣粒相物萃取液。
b、氣相物處理：將吸收瓶中吸收液轉移至50mL容量瓶中，並用少量吸收液洗滌吸收瓶，再用吸收溶液洗滌連接軟管，洗滌液一併轉入容量瓶中，用吸收溶液定容至刻度，搖勻，靜置2min，即製得捲菸主流煙氣氣相物吸收液。
c、待測液的製備：準確移取等體積的氣相吸收液和粒相物萃取液，一併移入到容量瓶中，用吸收液稀釋、定容，搖勻，之後過0.22μm水相濾膜，棄去初始0.5mL，即製得待測液，隨即按所述色譜及檢測條件分析。
5)離子色譜條件：離子交換柱：IonPac AS11-HC(4mm×250mm)；保護柱：IonPac AG11-HC(4mm×50mm)；淋洗液：15mmol/LNaOH溶液；流速：1.0mL/min；進樣量：25uL；柱溫：30℃；電導檢測器，電導池溫度：35℃；ASRS300(4mm)陰離子抑制器，加電自動抑制，抑制電流38mA。
6)實驗結果：
a、標準工作曲線、檢出限和定量限
準確配製濃度約為0.1μg/mL～5μg/mL 6個梯度的二氧化硫標準溶液，以SO32-濃度為橫坐標，以SO32-峰面積為縱坐標，繪製標準工作曲線。線性方程Y＝0.0913X+0.0009，相關係數為0.9996，這表明在0.1～5.0μg/mL範圍內，工作曲線具有很好的線性擬合關係。以最低標準溶液為分析對象，重複進樣8次，計算測定值的標準偏差，以3倍標準偏差換算結果作為方法的檢出限(LOD)，以10倍標準偏差換算結果作為方法的定量限(LOQ)，檢測結果見下表1。從表中可以看出，LOD為0.01357μg/mL，相當於0.2714μg/支，LOQ為0.04523μg/mL，相當於0.9048μg/支，能夠滿足捲菸主流煙氣中二氧化硫釋放量的檢測要求。
表1方法的檢出限和定量限
b、加標回收率與精密度
按照該方法分析捲菸A主流煙氣中二氧化硫的釋放量。捕集前分別在甲醛吸收液中添加低、中、高三個不同濃度的標準溶液，而後立即抽吸捕集4支捲菸的煙氣，每個水平做6次平行，測定結果如下表2。二氧化硫的平均加標回收率在92.50％～96.20％之間，相對標準偏差在2.54％～3.27％之間。樣品離子色譜圖及加標後樣品離子色譜圖分別見圖2、圖3。
表2捲菸主流煙氣中二氧化硫的加標回收率(n＝6)
實施例2
選擇B、C、D、E、F、G六種市售捲菸樣品，其中B、C、D為烤菸型捲菸，E、F和G為混合型捲菸。與實施例1相同製備捲菸樣品。將捲菸樣品按照GB/T19609-2004規定的標準條件抽吸4支捲菸，採用劍橋濾片捕集主流煙氣總粒相物，用連接軟管將吸收瓶串接於劍橋濾片之後來捕集主流煙氣的氣相物，其中吸收瓶中裝有30mL的吸收液。
具體步驟如下：
a、粒相物(濾片)處理：抽吸完捲菸後，取出截留主流煙氣粒相物的劍橋濾片，將捕集器內壁用四分之一濾片擦乾淨，隨後一起將濾片放入125mL錐型瓶中，準確加50mL吸收溶液，振蕩30min，即製得捲菸主流煙氣粒相物萃取液。
b、氣相物處理：將吸收瓶中吸收液轉移至50mL容量瓶中，並用少量吸收液洗滌吸收瓶，再用吸收溶液洗滌連接軟管，洗滌液一併轉入容量瓶中，用吸收溶液定容至刻度，搖勻，靜置2min，即製得捲菸主流煙氣氣相物吸收液。
c、待測液的製備：準確移取等體積的氣相吸收液和粒相物萃取液，一併移入到容量瓶中，用吸收液稀釋、定容，搖勻，之後過0.22μm水相濾膜，棄去初始0.5mL，即製得待測液，隨即按所述色譜及檢測條件分析。
吸收液配製(甲醛2mg/mL)：吸取5mL的37％甲醛溶液，1mL濃度15mol/L的NaOH溶液，10ml濃度為6.0g/L的氨磺酸鈉溶液，用去離子水定溶至1000mL。
測定結果如下：
表3部分捲菸主流煙氣中二氧化硫的測定結果
結果表明，該方法能夠對混合型和烤菸型捲菸主流煙氣中的二氧化硫進行測定。