专利名称：烟用接装纸中铬赋存形态检测分析中的样品前处理方法
技术领域：
本发明涉及卷烟产品检测技术领域，更为具体地，涉及一种烟用接装纸中铬赋存形态检测分析中的样品前处理方法。
背景技术：
由于重金属的生物体累积毒性，涉及影响到人体健康风险的产品中的重金属元素的监测以及相关的分析方法学研究一直备受关注，尤其是针对可经口腔直接摄入或与口腔密切接触的产品，其重金属的限量尤其严格。传统意义上的重金属毒性的风险评价通常是以其总含量作为主要指标，然而近些年来随着金属形态生物学毒性研究的深入展开，研究表明重金属的赋存形态以及其生物可利用率在表征其在具体产品中的生物毒性方面更具实际意义，由此催生出一个新的研究热点领域——金属形态分离分析研究。烟用接装纸是香烟吸食过程中与口腔密切接触的部分，因此针对其重金属含量进行产品抽检是一种强制性的产品质量监管行为，典型的受检元素包括砷、汞、铅、镉、铬以及镍等。根据目前的烟用接装纸产品标准，在所列重金属中铬的限量值达到了 15mg/kg，这可能与一些含铬染料的使用而容易导致较高的铬含量有关，因此有必要对烟用接装纸中的铬进行重点监测。从生物毒性角度考虑，由前所述，一方面需要鉴别出铬在烟用接装纸中的赋存形态，已有的研究表明，对于无机铬，Cr6+的毒性要远大于Cr3+。另一方面，生物可利用率是另一个重要参数，其中唾液针对主要存在形态的可提取率是一个重要的决定性因素。有机铬是指以疏水性大分子有机形态存在的铬，该有机态铬难以进入水溶液。但是，目前针对烟用接装纸中铬赋存形态的检测技术方案未见报道。在烟用接装纸中铬赋存形态的检测中，检测样品前处理方法对检测结果的准确性起着重要而关键的作用。目前在行标(YC /T 316-2009)《烟用接装纸和烟用接 纸原纸中砷、铅、镉、铬、镍、汞的测定电感耦合等离子体质谱法》中，主要采用的是强酸消解来测定总铬，在强酸的消解下，有机铬直接被消解为6价的无机铬，参与检测，从而给人感觉烟用接装纸中的六价无机铬含量过高，对人体有害。发明专利(申请号CN200810050105.2)公开了一种烟用接装纸中铬含量的测定方法，包括采用混合酸微波消解样品、赶酸定容、石墨炉原子吸收光谱仪等步骤进行测定，可快速、准确检测出烟用接装纸中铬的含量。本发明克服了现有技术样品处理方法的不足，与传统的电热板消化方式比较，采用微波消解方式可以减少样品与强酸的使用量、提高消解能力，且样品待测元素损失少、对操作人员危害小、易于操作。对烟用接装纸这种特殊的材料，复合酸的消解体系完全适用。赶酸过程快速简单，采用基体改进剂消除了干扰。针对烟用接装纸这种特殊的材料，采用优化的原子吸收光谱法相关升温程序，灰化温度，原子化温度测定之后，回收率高，测定结果准确，工作效率与经济效益显著提高。但是仍然没有将有机铬和无机铬分开检测，只是简单的将所有的铬，用硝酸消化，再用光谱法检测消解后的铬含量，而且光谱法检测消耗时间较长。
而且现有技术中关于水性介质中Cr6+和Cr3+的HPLC_ICP_MS分离分析有不少方法，价态分离通常基于阴离子交换色谱法，如采用Agilent G3154A阴离子色谱柱。流动相通常选择含N无机盐以尽可能降低ICP-MS检测过程中来自C的质谱干扰，如ΝΗ4Ν03、NH4H2PO4等。这些已有方法由于选择较长的色谱柱而通常需要较长的色谱分离周期。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有烟用接装纸中含铬的检测技术不足，提供一种烟用接装纸中铬赋存形态检测中的样品前处理方法，为准确分析检测烟用接装纸中的含铬情况提供重要的技术基础。本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
提供一种烟用接装纸中铬赋存形态检测中的样品前处理方法，包括以下步骤:
51.将烟用接装纸剪碎，分别称取两份剪碎的样品置于离心管中；
52.往其中一份样品中加入5mL 200 mM NaOH并超声处理使得纤维深度碎化至絮状；加入适量酸性提取液使最终溶液保持一定酸度(pH〈3)，超声辅助提取后离心分离，取上清液转移至25 mL容量瓶，即得无机形态铬检测分析样品液。基于本发明前处理方法得到的样品液，优选后续采用HPLC-1CP-MS法完成无机铬的铬价态分离分析检测。往另一份样品中加入乙酸乙酯进行超声提取，经离心分离后取上清液定容至25mL ;准确量取5 mL提取液于7 mL容积的聚四氟乙烯瓶(PFA)中于120°C挥发至干，加2 mLHNO3进行密闭消解Ih消解完毕后溶液转移至25 mL容量瓶，即得有机铬检测分析用的样品液。基于本发明前处理方法制备得到的样品液，优选后续采用ICP-MS法进行有机铬的检测分析。优选地，SI所述样品剪碎至纸张面积小于Imm2,称量时精确至0.1mg0优选地，SI所述样品剪碎采用瓷剪刀。优选地，S2所述超声处理的时间为Ih。优选地，S2所述最终溶液的pH值< 3。优选地，S2所述超声辅助提取的时间为3 min。优选地，S2所述离心分离的速度为4000rpm，离心分离的时间为5min。为了更好地理解本发明，以下对本发明方案结合反应式作进一步的阐释，所列的反应式仅为理论推导所得，其不能作为本发明保护范围的限制。本发明创造性地针对烟用接装纸中的无机铬形态和有机铬形态分别采用不同的提取处理方法，对提取技术方案进行了分析和优化，都获得了较高的提取率，并据此建立了无机铬形态和有机铬形态的快速检测分析方法。本发明将烟用接装纸剪碎样品经碱液碎化后，分别实验了不同无机提取剂对样品中总无机铬的提取率，提取剂的选择主要依据为是否会产生铬的价态转变，结合不同样品以及超声辅助等条件进行综合考察和分析比较。比较了非氧化性无机酸如盐酸(HC1)、硫酸(H2S04)、磷酸(H3PO4)等以及甲酸(HCOOH)和乙酸(CH3COOH)在超声波辅助下的提取效果，结果表明相比于无机酸，有机酸有明显高的提取率。相比较之下，乙酸具有较高的提取率。
然而，针对乙酸提取液进行HPLC-1CP-MS联用形态分析，结果发现无任何价态信号峰出现，而加入回收实验显示两种价态均能在保留时间处出峰，因此判断提取液中铬以非无机铬形式存在。而根据本发明的研究结果，分析接装纸中的铬极有可能以疏水性大分子有机铬形态存在，因此在以纯无机矿物酸进行提取时，有机态铬难以进入水性溶液，而当采用有机酸提取时，碳含量较高的乙酸由于相似相容原理而表现出比甲酸更高的提取效率。另一方面，由于乙酸的疏水性不够强，因此其溶解性不足以分散这种含铬大分子团，因而使得其不能通过色谱柱而被截留，或者被强烈吸附在色谱固定相的有机结构中，难以进入ICP-MS检测系统。针对上述的实验研究结果进行深入地有机铬存在形态确认。选择非水溶性提取剂进行有机铬提取，并测定其总铬含量。实验结果表明，乙酸乙酯对接装纸表面涂层溶解迅速。进一步测定有机相总铬含量，发现其含量几乎能达到总量的90%。
为进一步验证有机铬形态的存在，对乙酸乙酯提取液分别以1%順03和l%NaOH进行反萃，并测定反萃取液中的Cr含量，发现铬几乎难以检出，显示有机相中铬完全以有机态铬形式存在。本发明针对乙酸乙酯提取液中的有机铬以高达20%硝酸以及20%Na0H进行剧烈反萃，并检测萃余水相中的铬含量，结果显示反萃液中铬仍然难以检出，表明存在的有机铬为强疏水性的高稳定有机螯合态或者包覆态，甚至难以被浓H+以及OH—置换，进而言之，该有机铬更难被温和提取液——人体唾液所提取，表明其生物利用率或者迁移率非常有限。这进一步证明，本发明研究烟用接装纸中铬赋存形态检测的必要性和重要性。关于水性介质中Cr6+和Cr3+的HPLC_ICP_MS分离分析有不少方法，价态分离通常基于阴离子交换色谱法，如采用Agilent G3154A阴离子色谱柱。流动相通常选择含N无机盐以尽可能降低ICP-MS检测过程中来自C的质谱干扰，如ΝΗ4Ν03、ΝΗ4Η2Ρ04等。这些已有方法由于选择较长的色谱柱而通常需要较长的色谱分离周期。本发明经过大量实验总结得到，在本发明所述样品前处理技术方案基础上，选择短柱实现快速色谱分离，以戴安公司的1n PacAGll型阴离子交换保护柱(50 mmX4 mm)为分离载体，流动相基于NH4NO3-NH4H2PO4缓冲盐体系。经过不断地分析和优化实验，本发明提供的色谱参数为:流动相浓度为20 mmol/L NH4NO3-1O mmol/L NH4H2PO4, pH值为7，以及流速为I mL/min时两种无机铬价态达到最佳分离度，实现了基线分离且色谱分离在3 min之内完成。本发明进一步对联用接口参数以及ICP-MS检测参数进行优化，选择ICP-MS雾化提升速率为I mL/min，分析同位素选择52Cr,以及选择碰撞反应池技术(8%H2_92%He)进行复合离子干扰消除，获得优化状态下Cr (III)和Cr (VI)的检出限(3 σ )分别为0.54 ng/mL 和 1.1 ng/mL，平行测定精度(100 ng/mL, n=6)分别为 3.2% 和 4.1%。经有机相萃取得到的有机铬有机溶剂溶液无法直接进行ICP-MS测定，同样，接装纸中的总铬的测定需要对接装纸进行合适的样品前处理以获得水性溶液。通常，对于易挥发有机溶剂通过加热或吹扫很容易对有机溶剂进行驱除，但对于本发明，无论用哪一种方式，所得到的有机态残渣牢固地粘附在容器底部并难以用水性溶液进行分散。而对于总铬测定，比较快速的样品处理方法是基于高压密闭微波消解，但是该方法操作起来比较费事，而且依赖昂贵的仪器设备。
本发明尝试建立一种快速简洁的低压密闭消解方法以适用于本发明的有机铬测定。样品消解选择HNO3为氧化性介质，消解罐为低压自密闭罐，可承受60psi压力。为避免爆罐，以有机溶剂提取得到的有机相中的铬的测定须经120°C蒸发挥干有机溶剂，对于有机总铬测定，经实验最大样品量不得超过0.2g。此外，对关键性消解参数进行了优化，比如硝酸加入量以及消解温度进行了优化，实验发现，以2 mL硝酸加入量在120°C时(可采用电热板加热)，连续处理Ih可获得澄清溶液。本发明的有益效果是:
1.本发明克服了现有技术(国标YC/T 316-2009)的技术偏见，认为有机铬存在时有毒，经过本发明证明有机铬为强疏水性的高稳定有机螯合态或者包覆态，甚至难以被强酸或强碱置换，进而言之，有机铬更难被温和提取液(人体唾液)所提取，因此对人体是无毒的，而有毒的为劣质接装纸中的无机态存在的络。针对在劣质接装纸中并不一定完全不存在无机铬，本发明建立了一套有效检测无机铬的方法和有机铬的前处理技术。2.本发明基于创新的检测分析设计思想，创造性地针对烟用接装纸中的无机铬形态和有机铬形态分别采用不同的提取处理方法，都获得了较高的提取率，首次提出了烟用接装纸中铬不同形态的样品前处理技术方案，并据此建立了无机铬形态和有机铬形态的快速检测分析方法，本发明的研究成果对于研究烟用接装纸中含铬对人体的影响机制提供了明确的技术方向和依据。3.基于本发明样品前处理方法，本发明可成功建立铬的快速形态分析方法，铬形态有效分离可控制在3min以内，检出限分别达0.54 ng/mL和1.1 ng/mL。同时建立了基于PFA自密闭罐的低压密闭消解进行有机铬的快速、简洁样品前处理方法，以2 mL HNO3S氧化介质在120°C消解Ih可实现有机/无机总铬消解完全。以乙酸乙酯为提取剂实现了有机铬的超声辅助快速提取。研究表明，接装纸中铬主要以高度固化的有机铬形式存在，达到85% 95%含量水平，难以被人体所利用。
图1三价和六价铬HPLC-1CP-MS色谱图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备和方法为本技术领域常规市购的试剂、设备和常规使用的方法。实施例1 仪器与试剂:
电感稱合等离子体质谱仪(X series II, Thermo Fisher Corp., Franklin, MA,USA)，带碰撞反应池。高效液相色谱仪(626型，Waters, Milford, MA, USA)，配备一个旋转注射六通阀。色谱分离使用戴安公司阴离子保护柱(1n PacAGll, 50 mmX4 mm, Dionex,USA)，该柱子用一根PEEK管(50 cm, 0.18 mm 1.d.)和电感耦合等离子体质谱仪的玻璃同
心雾化器直接相连。样品处理中使用到超声仪(KQ-28，昆山市超声仪器有限公司)进行辅助提/萃取以及离心机(TDL-40B，上海安亭科学仪器厂)进行固液分离。pH测定采用PHS-3C酸度计(雷磁分析仪器厂)。PFA低压密闭消解套罐购自美国Savillex公司，可实现自密闭，最大压力承载量为60psi。所述设备型号和出品厂家仅为说明本发明实施例，并不因此限定本发明，本技术领域技术人员可采用具有相同功能的其他厂家出品的设备。
实验所用试剂NaOH(Merck)、H3PO4、NH4H2PO3、NH4NO3、甲酸、冰醋酸(北京化工厂)均为优级纯，乙酸乙酯为色谱纯，实验用二次水(18.2 ΜΩ.αιι)通过Mill1-Q系统(MilliporeC0.，France)制得。无机铬形态提取:
称取适量经瓷剪刀剪碎的烟用接装纸样品(随机选取)(〈1 _2，精确至0.1mg)于15 mLPP离心管中，加入5 mL 200 mM NaOH并超声Ih使得纤维深度碎化至絮状。分别加入适量酸性提取液使最终溶液保持一定酸度(pH〈3)，超声辅助提取3 min后离心分离(4000 rpm, 5min),上清液转移至25 mL容量瓶进行后续ICP-MS总铬和HPLC-1CP-MS铬价态分离分析。有机铬形态提取:
称取适量经瓷剪刀剪碎的烟用接装纸样品(〈I mm2，精确至0.1mg)于15 mL PP离心管中，加入一定量乙酸乙酯进行超声提取，经离心分离后取上清液定容至25 mL。准确量取5mL提取液于7 mL容积的PFA瓶中于120°C挥发至干，加2 mL HNO3进行密闭消解2h，消解完毕后溶液转移至25 mL容量瓶以备ICP-MS进行有机铬测定。本实施例样品经碱液碎化后分别采用不同无机提取剂提取总无机铬，提取剂的选择主要依据是是否会产生铬的价态转变，结合不同样品以及超声辅助等条件进行综合考察和分析比较。实验结果不能在此一一赘述，在此分别比较了非氧化性无机酸如盐酸(HC1)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)以及甲酸(HCOOHMP乙酸(CH3COOH)在超声波辅助下的提取效果，结果表明相比无机酸，有机酸有明显高的提取率。相比较之下，乙酸具有较高的提取率。见表I所示。表I不同提取剂的提取效率(n=3，提取剂浓度均为25% (v/v))
权利要求
1.一种烟用接装纸中铬赋存形态检测分析中的样品前处理方法，其特征在于，包括以下步骤:烟用接装纸剪碎，分别称取两份剪碎的样品置于离心管中；其中一份样品中加入5mL 200 mM NaOH并超声处理使得纤维深度碎化至絮状；加入酸性提取液使最终溶液保持pH〈3，超声辅助提取后离心分离，取上清液转移至25 mL容量瓶，得到无机铬形态分析检测分析样品液； 往另一份样品中加入乙酸乙酯进行超声提取，经离心分离后取上清液定容至25 mL ;准确量取5 mL提取液于7 mL容积的聚四氟乙烯瓶中于120°C挥发至干，加2 mL HNO3进行密闭消解Ih消解完毕后溶液转移至25 mL容量瓶，得到有机铬检测分析样品液。
2.根据权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，SI所述样品剪碎至纸张面积小于Imm2,称量时精确至0.1mg0
3.根据权利要求1或2所述的样品前处理方法，其特征在于，SI所述样品剪碎采用瓷剪刀。
4.根据权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，S2所述超声处理的时间为Ih0
5.根据权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，S2所述最终溶液的？!1值<3。
6.根据权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，S2所述超声辅助提取的时间为 3 min。
7.根据权利要求1所述的样品前处理方法，其特征在于，S2所述离心分离的速度为4000rpm,离心分离的时间为5min。
全文摘要
本发明涉及卷烟产品检测技术领域，提供了一种烟用接装纸中铬赋存形态检测分析中的样品前处理方法。本发明通过总结对烟用接装纸的样品前处理技术方案的针对性解决技术方案，针对无机三价铬(Cr3+)和六价铬(Cr6+)建立了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用(HPLC-ICP-MS)的快速形态分析方法及前处理方法，针对有机铬，建立了有机溶剂萃取，并基于PFA自密闭罐的低压密闭消解进行有机铬的快速、简洁样品前处理方法，对有机/无机铬消解完全，以乙酸乙酯为提取剂实现了有机铬的超声辅助快速提取。采用本发明方法可以清楚地分析检测接装纸中铬的存在形态及含量水平，并准确判断接装纸中的铬是否通过唾液接触进入人体。
文档编号G01N30/06GK103115986SQ20131003807
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者胡静, 李峰, 韩冰, 施文庄 申请人:广东中烟工业有限责任公司