专利名称：一种卷烟主流烟气中硫化氢的测定方法
技术领域：
本发明涉及一种卷烟烟气中硫化氢的测定方法，具体来说是涉及一种卷烟烟气中硫化氢的高效液相色谱测定方法。
背景技术：
烟草中富含蛋白质与氨基酸，其中包括含硫蛋白质及含硫氨基酸。在抽吸燃烧的条件下，这些含硫有机物可以裂解生成多种硫化物，其中硫化氢是最为重要的一种。硫化氢是硫的-II氧化态化合物中最简单的一种，是强烈的神经毒素，对粘膜有强烈刺激作用。急性毒性(LC506) :18mg/m3 (大鼠吸入)；亚急性和慢性毒性家兔吸入0. 01mg/L, 2小时/天，3个月，引起中枢神经系统的机能改变，气管、支气管粘膜刺激症状，大脑皮层出现病理改变。小鼠长期接触低浓度硫化氢，有小气道损害。因此，一种可靠、准确的卷烟主流烟气中硫化氢测定方法对于监测卷烟烟气中硫化氢含量及相应的减害技术开发具有重要意义。目前在环境水质监测等领域中，检测硫化氢的方法多为亚甲基蓝比色法，也有文献报道过荧光检测法。前者易受干扰(参见附图3的高效液相色谱图杂质峰)，后者所需的衍生试剂目前还难以获得。这些方法应用于烟气中硫化氢检测的可能性较小，其主要难点在于烟气中硫化氢的捕集，以及捕集后有效衍生为可用于高效液相检测的样品。如何完全地捕集、衍生烟气中的硫化氢并予以准确测定，成为目前检测中亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对目前卷烟主流烟气中硫化氢的捕集、衍生及准确测定等问题，提供了一种卷烟主流烟气中硫化氢的测定方法。所述测定方法是以含有锌离子的碱性溶液捕集烟气气相中的硫化氢，并通过N，N- 二甲基对苯二胺二盐酸盐、硫酸铁铵在酸性条件下对含有硫化氢的吸收溶液衍生显色，之后利用配有紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器的高效液相色谱仪进行检测，并以亚甲基蓝为标准品进行定性、定量测定的方法。为了完全地捕集烟气中的硫化氢，吸收液中的锌离子与烟气中硫化氢的摩尔当量比应在100:1以上。利用N，N-二甲基对苯二胺二盐酸盐、硫酸铁铵在酸性条件下对其进行显色，反应原理为在三价铁离子的氧化还原下，硫化氢与用N，N- 二甲基对苯二胺二盐酸盐等当量生成亚甲基蓝。为避免杂质干扰，以反相高效液相色谱分离。以紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器在665nm下进行检测，通过与亚甲基蓝标准品的液相色谱图进行对比，根据保留时间来定性样品中是否存在硫化氢；利用外标法，通过标准曲线，定量待检测液中亚甲基蓝的浓度并换算得到卷烟主流烟气中硫化氢的含量。在捕集过程中，可以将吸收液放入本发明公开的捕集瓶中，进行吸收捕集。当然，检测人员也可以采用目前烟气测定中常用的捕集器，进行捕集。
作为本发明的具体实施步骤，本发明分别公开了硫化氢的定性检测方法和定量检测方法。所述定性测定方法的具体步骤为
(1)抽吸4支 10支卷烟，以44mm或92mm玻璃纤维滤片拦截主流烟气的粒相部分，以装有50mL毫升醋酸锌-醋酸钠吸收溶液的捕集瓶吸收捕集烟气气相部分中的硫化氢；调节抽吸容量之后，在吸烟机上按GB/T 19609标准条件卷烟抽吸卷烟样品，完毕之后空吸2Π ；
(2)立即向吸收液中依次加入衍生试剂N，N-二甲基对苯二胺二盐酸盐的硫酸溶液1. 0mL 2. OmL、硫酸铁铵溶液1. O mL 2. OmL，密闭倒置轻摇30秒，静置5分钟，使得吸收液中的硫离子完全反应生成为亚甲基蓝；
(3)将衍生溶液完全转移并定容至IOOmL,取其中IOmL以超纯水定容至IOOmL,然后取适量稀释液过0. 45 μ m滤膜后以高效液相色谱分析检测；
所述高效液相色谱分析的检测条件为固定相为C18分析色谱柱，洗脱液为甲醇甲酸水溶液(体积比为45:1:55)，洗脱方式为等度洗脱；流速为l.OmL/min.；进样量为IOyL;柱温35 0C ；紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器的检测波长为665nm ；
(4)与亚甲基蓝的保留时间对比，定性样品中硫化氢是否存在。所述定量测定方法的具体步骤为
(1)抽吸4支 10支卷烟，以44mm或92mm玻璃纤维滤片拦截主流烟气的粒相部分，以装有50mL毫升醋酸锌-醋酸钠吸收溶液的捕集瓶吸收捕集烟气气相部分中的硫化氢；调节抽吸容量之后，在吸烟机上按GB/T 19609标准条件卷烟抽吸卷烟样品，完毕之后空吸2Π ；
(2)立即向吸收液中依次加入衍生试剂N，N-二甲基对苯二胺二盐酸盐的硫酸溶液1. OmL 2. OmL、硫酸铁铵溶液1. O mL 2. OmL，密闭倒置轻摇30秒，静置5分钟，使得吸收液中的硫离子反应生成为亚甲基蓝；
(3)将衍生溶液完全转移并定容至IOOmL,取其中IOmL以超纯水定容至IOOmL,然后取适量稀释液过0. 45 μ m滤膜后以高效液相色谱分析检测；
所述高效液相色谱分析的检测条件为固定相为C18分析色谱柱，洗脱液为甲醇甲酸水溶液(体积比为45:1:55);进样量为IOyL;流速为l.OmL/min.；柱温35 °C;紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器的检测波长为665nm ；
(4)准确配制0.2 μ g/mL~5. O μ g/mL、不少于5个浓度梯度的亚甲基蓝系列标准溶液；
(5)按照步骤(3)所述的色谱条件，分别测定步骤(4)中配制的亚甲基蓝系列标准溶液，得到峰面积与亚甲基蓝浓度之间的标准曲线(R2不得小于0. 99)。测定样品时，由样品衍生物质亚甲基蓝的峰面积，并以实验室环境空气替代烟气作为空白扣除样品，得到亚甲基蓝的浓度，并且根据下式换算得到硫化氢的含量
(34. 076X/XCXK)/ (319. 85X/n)式中
X—卷烟样品主流烟气中硫化氢的含量，单位为μ g/支；f一稀释倍数，此处为10;C一经高效液相色谱检测的、由标准曲线上计算得出的亚甲基蓝浓度，单位为yg /
mL ；
K一定容体积，单位为mL;一抽吸卷烟数量，单位为支；34. 076—硫化氢分子量；319. 85—亚甲基蓝分子量；
(6)结果表示以两次测定的平均值作为最终测定结果，结果精确至0. 01 μ g/支。平行测定结果之间的相对偏差须在10%以内。作为本发明的改进，在上述的定性和定量测定中，所述吸收溶液醋酸锌一醋酸钠的浓度分别为(0. 03mmol/mL 0. 09mmol/mL) —(0. 02mmol/mL 0. 06mmol/mL)。所述衍生试剂N，N- 二甲基对苯二胺二盐酸盐的硫酸溶液，硫酸浓度为9. 2 mmol/mL, N, N- 二甲基对苯二胺二盐酸盐浓度为0. 15mmol/m。所述硫酸铁铵溶液的浓度为0. 5mmol/mL。为了减少硫化氢的损失，保证检测的准确性，本发明还公开了所述串接捕集瓶的烟气流路其死体积在IOml以内。通过本发明中公开的技术方案，可以从卷烟的主流烟气中直接捕集硫化氢气体，并且通过衍生得到亚甲基蓝，从而利用紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器对其进行定性和定量的检测。本法以亚甲基蓝作为标准物质，与传统的以硫化钠为检测标准的方法相比，不需要复杂的标定过程，可以实现快速的检测。同时，与传统的以硫化氢做标准物检测的方法相比，安全性提高。与目前在环境及水质检测中常用的亚甲基蓝比色法相比，其抗干扰能力较强；与荧光检测法相比，由于省去了标准荧光试剂的合成，方法简单易于普及。
图1为硫化氢捕集示意图；图2为亚甲基蓝HPLC色谱图；图3为样品HPLC色谱图4为亚甲基蓝标准曲线及面积-浓度回归方程。
具体实施例方式实施例1定性检测方法
称取92. OOg浓硫酸(98%)，缓慢加入适量超纯水中，轻摇震荡，待冷却至室温时定容至IOOmL,得9. 2 mmol/mL的硫酸溶液。称取3. 137g的纯度大于99%的N，N- 二甲基对苯二胺二盐酸盐，以9. 2 mmol/mL的硫酸溶液溶解并定容至IOOmL的棕色容量瓶中，得浓度为0. 15mmol/mL的N，N- 二甲基对
苯二胺二盐酸盐硫酸溶液。称取24. 109g十二水合硫酸铁铵，以超纯水定容至100 mL,得浓度为0. 5mmol/mL的硫酸铁铵溶液。
称取0. 330g 二水合醋酸锌、0. 082g无水醋酸钠加入吸收瓶中，再量取加入50mL的超纯水(煮沸后冷却至室温)，轻摇溶解，使得醋酸锌、醋酸钠的浓度分别为0. 03mmol/mL、0. 02mmol/mLo称取1. 000 二水合醋酸锌、0. 246无水醋酸钠加入吸收瓶中，再量取加入50mL的超纯水(煮沸后冷却至室温)，轻摇溶解，使得醋酸锌、醋酸钠的浓度分别为0.09 mmol/mL、0. 06mmol/mLo移取甲醇450mL、超纯水550mL至流动相瓶中，加入甲酸10mL，混勻，超声脱气5分
钟，得流动相。准确称取0. 00500g亚甲基蓝标准物质，以适量超纯水溶解，加入9. 2mmol/mL的硫酸溶液lmL，定容至IOOmL,得50 μ g/mL的亚甲基蓝标准储备液。将标准条件(温度20°C士2。c,相对湿度60%士5%)下平衡48小时的卷烟样品按质量(平均值士50mg)、吸阻(平均值士50pa)筛选，以获得相对均一的待测样品；
按仪器操作方法及GB/T 19609标准条件要求，预热、调试吸烟机至备用状态；串接装有44mm或92mm玻璃纤维滤片的滤片夹持器，以拦截主流烟气的粒相物；串接装有50mL吸收液的捕集瓶(串接烟气流路其死体积在IOmL以内)，调节抽吸容量后，开始按标准方法抽吸卷烟4支 10支，开始捕集主流烟气气相部分中的硫化氢；捕集完毕后，空吸2Π ；
立即向吸收液中依次加入衍生试剂N，N- 二甲基对苯二胺二盐酸盐的硫酸溶液1. 0 mL 2. OmL、硫酸铁铵溶液1. 0 mL 2. OmL，密闭倒置轻摇30秒，静置5分钟，使得吸收液中的硫离子反应生成为亚甲基蓝；
将衍生溶液完全转移并定容至IOOmL,取其中IOmL以超纯水定容至IOOmL,然后取适量稀释液过0. 45 μ m滤膜后以高效液相色谱分析检测；
以配有紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器的高效液相色谱分析检测试样固定相为C18的常规分析色谱柱；进样量为10 μ L ；流速为1. OmL/min.；柱温35 ;洗脱条件为甲醇、甲酸的水溶液(体积比为45:1:55)等度洗脱；检测波长为665nm。得到样品的HPLC色谱图如图3所示。将亚甲基蓝标准储备液稀释10倍，按照上述HPLC测定方法，进样，检测，得到标准品的HPLC色谱图如图2所示，可以看到亚甲基蓝的标准峰的保留时间。观察图2中的样品峰保留时间，比对确定待检测样品中含有亚甲基蓝，从而确定烟气中含有硫化氢。实施例2 定量检测方法标准曲线的绘制
按照实施例1中的方法分别制备样品及各试剂。将SOyg/mL的亚甲基蓝标准储备液分别以超纯水稀释为0. 2yg /mL、0. 5yg /mLU. 0μ g /mL、2. Oyg /mL、3. Oyg /mL、5. Oyg /mL的亚甲基蓝系列标准工作溶液，按照上述HPLC检测方法，得到一系列与浓度相对应的峰面积。以峰面积为纵坐标，以浓度为Pg /mL的亚甲基蓝为横坐标，线性回归绘制标准曲线，得峰面积-浓度回归方程A=130. 786836C+1. 8552838 (相关系数为0. 99991 )。标准曲线及回归方程如图4所示。定量检测吸取待测样品液，按照实施例1中的方法，得到HPLC峰面积，并利用上述标准曲线由峰面积得到待测液中的亚甲基蓝浓度，按照下式计算得到卷烟样品主流烟气中硫化氢的含量。(34. 076XfXCXF)/ (319. 85Xn)式中
X—卷烟样品主流烟气中硫化氢的含量，单位为μ g/支；/一稀释倍数，此处为 ο;
C一经高效液相色谱检测的、由标准曲线上计算得出的亚甲基蓝浓度，单位为yg /
mL ；
K一定容体积，单位为mL;一抽吸卷烟数量，单位为支；34. 076—硫化氢分子量；319. 85—亚甲基蓝分子量。以两次测定的平均值作为最终测定结果，结果精确至0. 01 μ g/支。平行测定结果之间的相对偏差须在10%以内。实施例3 抽吸4支时测定方法的方法学验证样品制备、试剂配制及分析步骤如实施列1及2。标准曲线绘制以超纯水将标准储备溶液稀释成浓度约为0. 2 μ g /mL、0. 5 μ g /mLU. 0μ g /mL、2. Oyg /mL、3. Oyg /mL、5. Oyg /mL的亚甲基蓝系列标准工作溶液，立即按上述条件分析并绘制标准曲线，R2不得小于0. 99 ；
卷烟抽吸与主流烟气中硫化氢的捕集串接装有44mm的玻璃纤维滤片的滤片夹持器，以拦截主流烟气的粒相物；串接装有50mL吸收液的捕集瓶(串接烟气流路其死体积在IOmL以内)，吸收液中醋酸锌、醋酸钠的浓度分别为0. 03mmol/mL、0. 02mmol/mL ；调节抽吸容量后，开始以前述方法按标准方法抽吸4支卷烟，同时开始捕集主流烟气气相部分中的硫化
M1O捕集完毕之后，立即向吸收液中依次加入衍生试剂N，N-二甲基对苯二胺二盐酸盐的硫酸水溶液1. 0 mL、硫酸铁铵溶液1. 0 mL，密闭倒置轻摇30秒，静置5分钟，使得吸收液中的硫离子反应生成为亚甲基蓝；
精密度测定以某一卷烟样品为例，按上述方法平行6次测定，得到样品重复性结果如下表1
表1 卷烟主流烟气中硫化氢含量的高效液相色谱测定——样品重复性
平行1#2#4#5#6#平均值RSD (%)含量((yg/支))31. 02533. 07530. 95034.88532.42532. 35032. 454. 49
回收率即准确度测定捕集前分别在50mL捕集液中添加50 μ LUOO μ L、200 μ L硫化钠溶液(用前标定)，每个处理重复6次，同法测定，结果如下表2
表2 卷烟主流烟气中硫化氢(硫离子)含量的高效液相色谱测定——加标回收率
权利要求
1.一种卷烟主流烟气中硫化氢的测定方法，其特征在于所述测定方法是以含有锌离子的碱性溶液捕集烟气气相中的硫化氢，并通过N，N- 二甲基对苯二胺二盐酸盐、硫酸铁铵在酸性条件下对所捕集的硫化氢衍生显色后，利用配有紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器的高效液相色谱仪，以亚甲基蓝为标准品进行定性、定量测定的方法。
2.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于所述定性测定方法的具体步骤为(1)抽吸4支 10支卷烟，以44mm或92mm玻璃纤维滤片拦截主流烟气的粒相部分，以装有50mL毫升醋酸锌-醋酸钠吸收溶液的捕集瓶吸收捕集气相部分中的硫化氢；调节抽吸容量之后，在吸烟机上按GB/T 19609标准条件抽吸卷烟样品，完毕之后空吸2 口 ；(2)立即向吸收液中依次加入衍生试剂N，N-二甲基对苯二胺二盐酸盐的硫酸溶液1. 0mL 2. OmL、硫酸铁铵溶液1. 0 mL 2. OmL，密闭倒置轻摇30秒，静置5分钟，使得吸收液中的硫离子完全反应生成为亚甲基蓝；(3)将衍生溶液完全转移并定容至IOOmL,取其中IOmL以超纯水定容至IOOmL,然后取适量稀释液过0. 45 μ m滤膜后以高效液相色谱分析检测；所述高效液相色谱分析的检测条件为固定相为C18的分析色谱柱，洗脱液为的甲醇甲酸水溶液(体积比45:1:55)，洗脱方式为等度洗脱；流速为1. OmL/min.；进样量为10 μ L ；柱温30 ；紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器的检测波长为665nm ；(4)与亚甲基蓝的保留时间对比，定性卷烟烟气中硫化氢是否存在。
3.如权利要求1所述的测定方法，其特征在于所述定量测定方法的具体步骤为(1)抽吸4支 10支卷烟，以44mm或92mm玻璃纤维滤片拦截主流烟气的粒相部分，以装有50mL毫升醋酸锌-醋酸钠吸收溶液的捕集瓶吸收捕集气相部分中的硫化氢；调节抽吸容量之后，在吸烟机上按GB/T 19609标准条件抽吸卷烟样品，完毕之后空吸2 口 ；(2)立即向吸收液中依次加入衍生试剂N，N-二甲基对苯二胺二盐酸盐的硫酸溶液1. 0mL 2. OmL、硫酸铁铵溶液1. 0 mL 2. OmL，密闭倒置轻摇30秒，静置5分钟，使得吸收液中的硫离子完全反应生成为亚甲基蓝；(3)将衍生溶液完全转移并定容至IOOmL,取其中IOmL以超纯水定容至IOOmL,然后取适量稀释液过0. 45 μ m滤膜后以高效液相色谱分析检测；所述高效液相色谱分析的检测条件为固定相为C18的分析色谱柱，洗脱液为甲醇甲酸水溶液(体积比为45:1:55)，洗脱方式为等度洗脱；流速为1. OmL/min.；进样量为10 μ L ；柱温35 ；紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器的检测波长为665nm ；(4)准确配制0.2 μ g/m广5. 0 μ g/mL、不少于5个浓度梯度的亚甲基蓝系列标准溶液；(5)按照的步骤(3)所述的色谱条件，分别测定步骤(4)中配制的亚甲基蓝系列标准溶液，得到峰面积与亚甲基蓝浓度之间的标准曲线(R2不得小于0. 99)。
4.以实验室环境空气替代烟气作为空白扣除样品，以标准曲线回归方程得到分析试样中的亚甲基蓝浓度，并且根据下式换算得到硫化氢的含量(34. Ql^XfXCXV) / (319. 85X/ )式中X—卷烟样品主流烟气中硫化氢的含量，单位为μ g/支；/一稀释倍数，此处为 ο;C一经高效液相色谱检测的、由标准曲线上计算得出的亚甲基蓝浓度，单位为yg /mL ；K一定容体积，单位为mL;一抽吸卷烟数量，单位为支；34. 076—硫化氢分子量；319. 85—亚甲基蓝分子量；如权利要求2或3所述的测定方法，其特征在于所述吸收溶液醋酸锌一醋酸钠的浓度分别为(0. 03mmol/mL 0. 09mmol/mL) — (0. 02mmol/mL 0. 06mmol/mL)o
5.如权利要求2或3所述的测定方法，其特征在于所述硫酸铁铵溶液的浓度为0. 5mmol/mL0
6.如权利要求2或3所述的测定方法，其特征在于所述衍生试剂N，N-二甲基对苯二胺二盐酸盐的硫酸溶液，硫酸浓度为9. 2 mmol/mL, N, N- 二甲基对苯二胺二盐酸盐浓度为0.15mmol/m0
7.如权利要求2或3所述的测定方法，其特征在于所述串接捕集瓶的烟气流路其死体积在IOml以内。
全文摘要
本发明涉及一种卷烟烟气中硫化氢的测定方法，具体来说是涉及一种卷烟烟气中硫化氢的高效液相色谱测定方法。针对目前卷烟主流烟气中硫化氢的完全捕集及杂质干扰问题，提供了一种卷烟主流烟气中硫化氢的测定方法，所述测定方法是以含有锌离子的碱性溶液吸收捕集烟气气相中的硫化氢，并通过N,N-二甲基对苯二胺二盐酸盐、硫酸铁铵在酸性条件下对硫化氢衍生显色后，利用配有紫外-可见光多波长检测器或紫外-可见光二极管阵列检测器的高效液相色谱仪检测，以亚甲基蓝为标准品进行定性、定量测定的方法。与传统的方法相比，本检测方法具有操作简单、安全性强、抗干扰能力强、准确性高等特点。
文档编号G01N30/06GK102565262SQ20111043748
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月23日 优先权日2011年12月23日
发明者刘献军, 庄亚东, 张媛, 张映, 朱怀远, 熊晓敏, 王珂清, 石怀彬 申请人:江苏中烟工业有限责任公司