一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法
【专利摘要】本发明提供一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，采用AB-8树脂分离，再采用电感耦合等离子体质谱法测定烟草及烟草制品中不同形态镍元素的含量。其中，不同形态镍元素为无机态镍和有机态镍。本发明的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，重现性、回收率良好，有利于烟草行业相关技术人员对烟草及烟草制品中不同形态镍元素的含量进行有效的定量测定控制，并为烟草行业全面客观评价烟草及烟草制品中镍元素的危害性提供有力的技术支撑。
【专利说明】一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学分析检测【技术领域】，具体涉及一种烟草及烟草制品中不同形态镍 元素的分离测定方法。
【背景技术】
[0002] 镍作为一种重金属元素，近年来由于其对人类和环境具有较大的危害性，得到了 广泛的关注和研究。卷烟烟气中的镍是环境中镍的来源之一，也是烟草行业内Hoffmann名 单中列举的有害成分之一。从毒理学可知，不同形态的镍具有不同的毒性，金属镍几乎没有 急性毒性，无机态镍盐毒性也很小，而有机态镍（羰基镍）却有很强的毒性。在卷烟抽吸过 程中，有机态镍不仅能迅速被人体呼吸道吸收，而且也可由皮肤少量吸收，从而对呼吸系统 和皮肤造成危害。因此，为了更加全面和客观的评价烟草及烟草制品中镍的危害性，我们 不仅需要研究烟草及烟草制品中镍的总量，还需要对其中不同形态镍的含量进行深入的研 究。
[0003] 然而，目前对镍元素的形态分析研究主要集中在环境样品、中草药等领域的样品 中，烟草及烟草制品中镍形态分析的研究还未见报导。因此，建立一种准确可靠、操作简便 的烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离和检测方法对于烟草行业具有极其重要的意 义。
【发明内容】
[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种烟草及烟草制品中不 同形态镍元素的分离测定方法，用于解决现有技术中缺乏准确可靠、操作简便地分离烟草 及烟草制品中不同形态镍元素并进行分析的方法的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定 方法，采用AB-8树脂分离，再采用电感耦合等离子体质谱法测定烟草及烟草制品中不同形 态镍元素的含量。
[0006] 较佳的，所述不同形态镍元素为无机态镍和有机态镍。
[0007] 所述一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，包括以下步骤：
[0008] 1)样品前处理：称取烟草粉末样品，加入超纯水，超声萃取后过滤，将滤液再采用 装填AB-8树脂的层析柱分离，分别得到含不同形态的镍元素的样品溶液。
[0009] 较佳的，所述烟草粉末样品按照烟草行业标准YC/T31-1996《烟草及烟草制品试样 的制备和水分测定烘箱法》进行制备。
[0010] 进一步的，所述烟草粉末样品要测定水分含量。所述测定水分含量便于烟草粉末 样品扣除水分后进行换算为干物质含量。
[0011] 较佳的，所述烟草粉末样品的用量为〇. 2-0. 3g。
[0012] 所述超纯水是指用Milli-Q超纯水仪制备的电导率为18. 2ΜΩ · cm的纯水。
[0013] 较佳的，所述超声萃取包括以下步骤：将烟草粉末样品放入塑料管中，加入超纯 水，在室温下进行超声萃取。
[0014] 进一步的，所述超声卒取条件为：塑料管体积：50ml ;超纯水用量：20ml ;超声卒取 时间：60min。
[0015] 较佳的，所述过滤采用滤膜过滤。进一步的，所述滤膜为0.45 μ m滤膜。
[0016] 较佳的，所述采用装填AB-8树脂的层析柱分离，包括以下步骤：
[0017] 所述装填AB-8树脂的层析柱分离原理为：AB-8树脂对有机化合物有保留作用， 硝酸水溶液有利于样品溶液中无机物的洗脱并清洗层析柱，乙醇溶液对有机物的溶解性更 好，可将层析柱上的有机物洗脱。
[0018] A、层析柱的装填：选取AB-8树脂，填入层析柱，加入超纯水清洗层析柱，待用。
[0019] 进一步的，所述层析柱的装填条件为：填料:AB-8树脂；填料高度：5_15cm ;层析 柱内径：1· 0-2. Ocm ;超纯水用量：250-750ml。
[0020] 优选的，所述层析柱的装填条件为：填料：AB-8树脂；填料高度：10cm ;层析柱内 径：1. 5cm ;超纯水用量：500ml。
[0021] B、无机态镍的分离：移取步骤1)中滤液，加入一根装填AB-8树脂的层析柱，收集 流出液；再移取硝酸水溶液，淋洗装填AB-8树脂的层析柱，继续收集流出液，获得无机态镍 样品溶液。
[0022] 进一步的，所述硝酸水溶液的体积百分比浓度为3% (v/v)。
[0023] 进一步的，所述层析柱设有出口活塞。所述出口活塞控制层析柱中液体流出状况， 调节出口活塞可控制液体流速。
[0024] 进一步的，所述收集流出液是指，将滤液加入一根装填AB-8树脂的层析柱，打开 并调节层析柱上的出口活塞，用一个容器接取收集流出液，待滤液液面降至树脂界面时，关 闭出口活塞，加入硝酸水溶液，再打开并调节出口活塞，继续用上述容器接取收集流出液， 待流出液达到一定体积时，关闭出口活塞，即获得无机态镍样品溶液。
[0025] 优选的，所述容器为有精密体积刻度的容器。
[0026] 更优的，所述容器为容量瓶。
[0027] 最优的，所述容量瓶的体积为50ml。最优的，所述容量瓶为塑料容量瓶。
[0028] 进一步的，所述流出液体积为50ml。
[0029] 进一步的，所述无机态镍的分离条件为：滤液用量：5-15ml ;滤液PH值：2. 8-3. 2 ; 滤液过柱流速：2-4ml/min ;硝酸水溶液用量：40-50ml ;硝酸水溶液过柱流速：2-4ml/min。
[0030] 优选的，所述无机态镍的分离条件为：滤液用量：10ml ;滤液PH值：3. 0 ;滤液过柱 流速：3ml/min ;硝酸水溶液用量：45ml ;硝酸水溶液过柱流速：3ml/min。
[0031] C、有机态镍的分离：再移取乙醇水溶液，加入步骤B中所述装填AB-8树脂的层析 柱，收集洗脱液，获得有机态镍样品溶液。
[0032] 进一步的，所述乙醇水溶液的体积百分比浓度为70% (v/v)。
[0033] 进一步的，所述收集洗脱液是指，将乙醇水溶液继续加入装填AB-8树脂的层析 柱，打开并调节层析柱上的出口活塞，用另一个容器接取收集洗脱液，待洗脱液达到一定体 积时，关闭出口活塞，即获得有机态镍样品溶液。
[0034] 优选的，所述容器为有精密体积刻度的容器。
[0035] 更优的，所述容器为容量瓶。
[0036] 最优的，所述容量瓶的体积为50ml。最优的，所述容量瓶为塑料容量瓶。
[0037] 进一步的，所述洗脱液体积为50ml。
[0038] 进一步的，所述有机态镍的分离条件为：乙醇水溶液用量：50-60ml ;乙醇水溶液 过柱流速：2_4ml/min。
[0039] 优选的，所述有机态镍的分离条件为：乙醇水溶液用量：55ml ;乙醇水溶液过柱流 速：3ml/min〇
[0040] D、空白试验：移取硝酸水溶液加入另一根装填AB-8树脂的层析柱，收集流出液， 获得无机态镍空白样品溶液；再移取乙醇水溶液，加入装填AB-8树脂的层析柱，收集洗脱 液，获得有机态镍空白样品溶液。
[0041] 进一步的，步骤D中所述装填AB-8树脂的层析柱与步骤B、C中所述装填AB-8树 脂的层析柱相同。
[0042] 进一步的，所述硝酸水溶液加入装填AB-8树脂的层析柱的条件与步骤B中硝酸水 溶液的条件相同。
[0043] 进一步的，所述乙醇水溶液加入装填AB-8树脂的层析柱的条件与步骤C中乙醇水 溶液的条件相同。
[0044] 2)标准溶液的配制：配制锗72内标溶液和不同形态的镍元素标准溶液。
[0045] I、移取镍，用硝酸水溶液稀释并定容，配制镍标准储备溶液。
[0046] 进一步的，所述镍标准储备溶液的质量浓度为1000 μ g/L。
[0047] 进一步的，所述镍标准储备溶液的储存条件为：储存温度：0-4°C ;储存时间：1个 月。
[0048] II、称取锗72标准物质溶液，用硝酸水溶液稀释并定容，配制内标溶液。
[0049] 进一步的，所述锗72标准物质溶液的浓度为100. Omg/L。
[0050] 进一步的，所述内标溶液的质量浓度为1000 μ g/L。
[0051] 进一步的，所述内标溶液的储存条件为：储存温度：0-4°C ;储存时间：1个月。
[0052] III、分别移取不同体积的步骤I中的镍标准储备溶液，用硝酸水溶液定容配制为 一系列不同浓度的无机态镍标准溶液，用乙醇水溶液定容配制为一系列不同浓度的有机态 镍标准溶液。
[0053] 进一步的，所述无机态镍标准溶液和有机态镍标准溶液使用的溶剂与相应样品溶 液使用的溶剂一致。
[0054] 进一步的，所述硝酸水溶液的体积百分比浓度为3% (v/v)。
[0055] 进一步的，所述乙醇水溶液的体积百分比浓度为70% (v/v)。
[0056] 所述标准溶液应覆盖样品浓度范围，可即配即用。
[0057] 3)测定：分别将步骤1)中样品溶液、步骤2)配制的标准溶液和内标溶液进行电 感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS)检测，采用内标同步标准曲线法进行定量，获得样品溶液 中不同形态的镍元素的含量。
[0058] 较佳的，所述内标同步标准曲线法包括以下步骤：
[0059] 所述内标同步标准曲线法是指ICP-MS进行测定时，在线同步测定标准溶液中和 内标溶液，获得标准工作曲线，进而在线同步测定内标溶液和实际样品溶液，从而测定获得 实际样品浓度的方法。由于ICP-MS仪器特点，内标溶液与样品溶液分别通过两根蠕动泵 管，同时同步在线进样，经进样阀混匀后测定，并非常规的内标加入样品后进行测定的方 式。
[0060] i、将步骤2)的III中一系列不同浓度的无机态镍标准溶液和有机态镍标准溶液、 步骤2)的II中内标溶液同步进行ICP-MS检测，分别获得无机态镍或有机态镍/内标物质 的质荷比强度比与无机态镍或有机态镍/内标物质的质量浓度比的线性关系，绘制相应的 标准工作曲线，分别计算得到无机态镍或有机态镍标准工作曲线的回归方程。
[0061] 进一步的，所述标准曲线中，以无机态镍或有机态镍与内标物质的质荷比强度比 为纵坐标（Y轴），其相应无机态镍或有机态镍与内标物质的质量浓度比为横坐标（X轴）。 [0062] ?、将步骤1)中无机态镍样品溶液及其空白溶液或有机态镍样品溶液及其空白 溶液、步骤2)的II中内标溶液同步进行ICP-MS检测，将获得的无机态镍或有机态镍/内 标物质的质荷比强度比，代入步骤i中相应的无机态镍或有机态镍标准工作曲线的回归方 程，并根据同步检测的内标溶液的已知质量浓度，计算得到样品溶液中无机态镍或有机态 镍的质量浓度。
[0063] 较佳的，步骤3)中，所述电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS)为八极杆碰撞/反应 池-电感耦合等离子体质谱仪（ORS-ICP-MS)，并配有机加氧进样系统。
[0064] 所述有机加氧进样系统的原理为：由于普通进样系统遇有机溶剂后会造成等离子 体火焰熄火，而有机加氧系统采用内径较小的矩管并通入氩氧混合气协助燃烧。正常情况 下样品溶液中如含有有机溶剂必须通过加热、旋转蒸发等方式将其去除后才可进样分析， 操作较为繁琐且对于重金属元素痕量分析而言易造成不必要的损失及污染，而采用有机加 氧系统后可直接对含有有机溶剂的样品进行分析，能更好的保证检测结果的准确性。
[0065] 进一步的，所述ORS-ICP-MS对无机态镍的检测条件为：离子源：ICP源；射频功 率：1550W ;RF匹配电压：1. 8V ;冷却气：氦气，流速：15. OL/min ;非用户设定；载气：氦气， 流速：〇. 85L/min ;载气补偿气：氩气，流速：0. 3L/min ;碰撞/反应池气体：氦气，流速： 4. 3mL/min ;雾化室温度：2. (TC ;雾化气：氩气，流速：1. 15L/min ;八极杆偏转电压：-18. OV ; 能量歧视：1. OV ;样品进样速率：〇. Irps ;重复次数：3 ;扫描方式：顺序跳峰。
[0066] 进一步的，所述ORS-ICP-MS对有机态镍的检测条件为：离子源：ICP源；射频功率 (RF功率）：1600W ;RF匹配电压：1. 7V ;冷却气：氩气，流速：15. OL/min ;非用户设定；载气： 氩气，流速：〇. 45L/min ;可选气体：氩氧混合气设定量：30. 0% ;载气补偿气：氩气，流速： 0. lL/min ;碰撞/反应池气体：氦气，流速：4. 3mL/min ;雾化室温度：-5. (TC ;雾化气：氩气， 流速：0. 55L/min ;八极杆偏转电压：-17. 6V ;能量歧视：2. OV ;样品进样速率：0. Irps ;重复 次数：3 ;扫描方式：顺序跳峰。
[0067] 如上所述，本发明的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，采 用装填AB-8树脂的层析柱对烟草及烟草制品中不同形态的镍元素进行分离，以电感耦合 等离子体质谱仪作为测定仪器，测定烟草及烟草制品中不同形态镍元素的含量。本发明方 法的标准工作曲线相关系数R 2X). 999,无机态镍的平均回收率在91. 4-96. 5%之间，两种目 标物的相对标准偏差（RSD)小于10%，重现性、回收率均令人满意。本发明方法有利于烟草 行业相关技术人员对烟草及烟草制品中不同形态镍元素的含量进行有效的定量测定控制， 并为烟草行业全面客观评价烟草及烟草制品中镍元素的危害性提供有力的技术支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0068] 图1显示为本发明的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法的 流程示意图
【具体实施方式】
[0069] 下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的保护范围。
[0070] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0071] 实施例1
[0072] 1试剂与仪器
[0073] I. 1 试剂
[0074] AB-8大孔吸附树脂（粒径范围0· 3?I. 25mm彡95%，天津光复精细化工研究所）； 镍标准溶液（10. Omg/L，美国Agilent科技有限公司）；锗72 (100. Omg/L，美国Agilent科技 有限公司）；氢氧化钠（分析纯，德国Merck公司）；乙醇（分析纯，德国Merck公司）；65% 硝酸（优级纯，德国Merck公司）
[0075] 1. 2 仪器
[0076] 滤膜（0. 45 μ m，上海安谱科技有限公司）；SW12H超声清洗器（瑞士 SONO SWISS公 司）；Milli-Q超纯水仪（美国Millipore公司）；7700X八极杆碰撞/反应池-电感耦合等 离子体质谱仪（美国Agilent科技有限公司）
[0077] 2、测定方法
[0078] 2. 1样品前处理
[0079] 按照烟草行业标准YC/T31-1996《烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法》 制备烟草粉末样品，并测定烟草粉末样品的水分含量。准确称取〇. 2-0. 3g烟草粉末样品， 精确至0. Img,放入50ml塑料管中，并加入20ml超纯水，室温下超声萃取60min，然后将萃 取液用〇. 45 μ m滤膜过滤，滤液保存备用。
[0080] 选取内径为1.5cm的层析柱装填AB-8树脂，树脂高度为10cm，装填完成后用 500mL超纯水清洗层析柱，保存备用。
[0081] 准确移取IOml滤液（加入氢氧化钠调节pH为3. 0)加入一根装填AB-8树脂的层 析柱，打开并调节层析柱的出口活塞，控制流速在3ml/min，用50mL塑料容量瓶接取收集流 出液，待滤液液面下降至树脂界面时，关闭出口活塞，加入3% (v/v)硝酸水溶液，再打开出 口活塞，控制流速在3ml/min，继续接取收集流出液，待流出液达到50. Oml时，关闭出口活 塞，即得无机态镍样品溶液。再往层析柱中加入70% (v/v)乙醇水溶液，打开并调节层析 柱的出口活塞，控制流速在3ml/min，用另一个50ml塑料容量瓶接取流出液，待洗脱液达到 50. Oml时，关闭出口活塞，即得有机态镍样品溶液。
[0082] 同时，移取3% (v/v)硝酸水溶液加入另一根装填AB-8树脂的层析柱，打开并调节 层析柱的出口活塞，控制流速在3ml/min，用50mL塑料容量瓶接取收集流出液，待流出液达 到50. Oml时，关闭出口活塞，即得无机态镍空白样品溶液。再往层析柱中加入70% (v/v) 乙醇水溶液，打开并调节层析柱的出口活塞，控制流速在3ml/min，用另一个50ml塑料容量 瓶接取流出液，待洗脱液达到50. Oml时，关闭出口活塞，即得有机态镍空白样品溶液。具体 过程如图1所示。
[0083] 2. 2标准溶液的配制
[0084] 移取镍，用3% (v/v)硝酸水溶液溶解并定容，配制镍标准储备溶液。镍标准储备 溶液的浓度为1000 μ g/L。储存条件在0-4°C条件下，可储存1个月。
[0085] 称取浓度为100. Omg/L的锗72标准物质溶液，用3%硝酸水溶液溶解并定容，配制 内标溶液。内标溶液的浓度为1000 μ g/L。储存条件在0-4°C条件下，可储存1个月。
[0086] 分别移取不同体积的镍标准储备溶液，用3% (v/v)硝酸水溶液定容配制为一系 列不同浓度的无机态镍标准溶液，用70% (v/v)的乙醇水溶液定容配制为一系列不同浓度 的有机态镍标准溶液。标准溶液应覆盖样品含量范围，需即配即用。标准溶液具体浓度见 表1。
[0087] 表1标准溶液配制表（单位：μ g/L)
[0088]
[0089] 2.3样品的测足
【权利要求】
1. 一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，采用AB-8树脂分离，再采 用电感耦合等离子体质谱法测定烟草及烟草制品中不同形态镍元素的含量。
2. 根据权利要求1所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，其 特征在于，所述不同形态镍元素为无机态镍和有机态镍。
3. 根据权利要求1所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，其 特征在于，包括以下步骤： 1) 样品前处理：称取烟草粉末样品，加入超纯水，超声萃取后过滤，将滤液再采用装填 AB-8树脂的层析柱分离，分别得到含不同形态的镍元素的样品溶液； 2) 标准溶液的配制：配制锗72内标溶液和不同形态的镍元素标准溶液； 3) 测定：分别将步骤1)中样品溶液、步骤2)配制的标准溶液和内标溶液进行电感耦 合等离子体质谱仪检测，采用内标同步标准曲线法进行定量，获得样品溶液中不同形态的 镍元素的含量。
4. 根据权利要求3所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，其 特征在于，步骤1)中，所述采用装填AB-8树脂的层析柱分离，包括以下步骤： A、 层析柱的装填：选取AB-8树脂，填入层析柱，加入超纯水清洗层析柱，待用； B、 无机态镍的分离：移取步骤1)中滤液，加入一根装填AB-8树脂的层析柱，收集流出 液；再移取硝酸水溶液，淋洗装填AB-8树脂的层析柱，继续收集流出液，获得无机态镍样品 溶液； C、 有机态镍的分离：再移取乙醇水溶液，加入步骤B中所述装填AB-8树脂的层析柱，收 集洗脱液，获得有机态镍样品溶液； D、 空白试验：移取硝酸水溶液加入另一根装填AB-8树脂的层析柱，收集流出液，获得 无机态镍空白样品溶液；再移取乙醇水溶液，加入装填AB-8树脂的层析柱，收集洗脱液，获 得有机态镍空白样品溶液。
5. 根据权利要求4所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，其 特征在于，步骤A中，所述层析柱的装填条件为：填料:AB-8树脂；填料高度：5-15cm ;层析 柱内径：1· 0-2. Ocm ;超纯水用量：250-750ml。
6. 根据权利要求4所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，其 特征在于，步骤B中，所述无机态镍的分离条件为：滤液用量：5-15ml ;滤液PH值：2. 8-3. 2 ; 滤液过柱流速：2-4ml/min ;硝酸水溶液用量：40-50ml ;硝酸水溶液过柱流速：2-4ml/min。
7. 根据权利要求4所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，其 特征在于，步骤C中，所述有机态镍的分离条件为：乙醇水溶液用量：50-60ml ;乙醇水溶液 过柱流速：2_4ml/min。
8. 根据权利要求3所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，其 特征在于，步骤3)中，所述电感耦合等离子体质谱仪为八极杆碰撞/反应池-电感耦合等 离子体质谱仪，并配有机加氧进样系统。
9. 根据权利要求8所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法，其 特征在于，所述ORS-ICP-MS对无机态镍的检测条件为：离子源：ICP源；射频功率：1550W ; RF匹配电压：1. 8V ;冷却气：氩气，流速：15. OL/min ;非用户设定；载气：氩气，流速：0. 85L/ min ;载气补偿气：氦气，流速：0. 3L/min ;碰撞/反应池气体：氦气，流速：4. 3mL/min ;雾 化室温度：2.0°C ;雾化气：氩气，流速：1. 15L/min ;八极杆偏转电压：-18.0V ;能量歧视： 1. 0V ;样品进样速率：0. lrps ;重复次数：3 ;扫描方式：顺序跳峰。
10.根据权利要求8所述的一种烟草及烟草制品中不同形态镍元素的分离测定方法， 其特征在于，所述ORS-ICP-MS对有机态镍的检测条件为：离子源：ICP源；射频功率（RF功 率）：1600W ;RF匹配电压：1. 7V ;冷却气：氦气，流速：15. OL/min ;非用户设定；载气：氦气， 流速：〇. 45L/min ;可选气体：氩氧混合气设定量：30. 0% ;载气补偿气：氩气，流速：0. 1L/ min ;碰撞/反应池气体：氦气，流速：4. 3mL/min ;雾化室温度：-5. 0°C ;雾化气：氩气，流速： 0. 55L/min ;八极杆偏转电压：-17. 6V ;能量歧视：2. 0V ;样品进样速率：0. lrps ;重复次数： 3 ;扫描方式：顺序跳峰。
【文档编号】G01N27/62GK104236987SQ201410499778
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】张珲姿, 姚鹤鸣, 陆怡峰, 顾文博, 李永霞, 张怡春, 刘鸿, 周志雄, 史佳沁, 金永明 申请人:上海烟草集团有限责任公司