连续流动分析法快速测定加热不燃烧卷烟专用新型薄片中甲醛、乙醛的醛基总含量

王春琼 ，陈丹 ，秦世春 ，彭丽娟 ，缪祥坤 ，孙杨雨 ，李苓 ，张燕 ，曾天宝

（1.云南省烟草质量监督检测站，昆明 650106 2.红云红河烟草集团，昆明 650231 3.深圳市一正科技有限公司，广东深圳 518101）

采用造纸法工艺并添加多种添加剂制备的加热不燃烧卷烟专用新型薄片，能够改变烟草中的化学成分，实现烟草原料有序加工，调控加热不燃烧卷烟烟气成分［1-2］。作为加热不燃烧卷烟芯基材的专用原料，该新型薄片虽具有诸多优点，但在烟叶原料本身及调制加工过程中，纸基中的半纤维素、纤维素和木质素，涂布液中的水溶性糖、果胶和淀粉等前体物质会发生化学变化，产生大量醛类物质，使得加热不燃烧卷烟在抽吸过程中醛类物质的释放量升高［3-5］。甲醛是一类重要有害物质，挥发性强，反应活性大，具有致癌、吸入危险、成瘾性，被世卫组织确定为致癌和致畸性物质［3，6］。乙醛会刺激皮肤和黏膜，其蒸气对呼吸道有腐蚀性，会导致人体DNA 的损伤，被世卫组织列入了Ⅱ类致癌物清单［3］。因此对加热不燃烧卷烟中甲醛和乙醛的控制，尤其是对其进行有效检测的技术研究，对保护消费者健康安全、提升加热不燃烧卷烟质量有着重要意义。

目前国外烟草公司对加热不燃烧卷烟的研究大多集中在烟气成分、毒理学评价等方面［7-11］，而国内目前研究重点是通过热重和热裂解分析等方法对加热不燃烧卷烟中加热段烟草基体的热行为进行研究［12-17］，但对加热不燃烧卷烟的有害成分及其含量的研究较少，新型薄片中甲醛和乙醛的测定更是未见任何公开报道。连续流动分析仪不仅设备便宜，维护成本低，且具有前处理简单，上机操作简便，检测快速，定量准确等优势［18-19］。我国烟草行业自上世纪八十年代引进连续流动分析仪以来，已进行了烟草及烟草制品中水溶性糖、总植物碱、总氮、总挥发酸、淀粉、游离态烟碱等化学成分的检测，也有采用连续流动分析仪进行烟草中氯、钾、硝酸盐等的检测［20-24］，但目前还未见有运用连续流动分析仪检测新型薄片中甲醛和乙醛的报道。

笔者基于醛基与酚试剂在线反应生成嗪，嗪在酸性溶液中，被高铁离子氧化形成630 nm处有吸收的蓝绿色化合物的原理，建立了测定加热不燃烧专用新型薄片中甲醛和乙醛醛基总含量的连续流动-分光光度法。该方法成本低廉、前处理简单、测定快速、定量准确、检出限低，非常适合薄片企业生产质量监管的需要。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

分析天平：METLER AE200型，感量为0.000 1 g，瑞士METLER TOLEDO公司。

连续流动分析仪：BRAN LUEBBE AA3型，德国BRAN LUEBBE公司。

天平：JA5002型，感量为0.01 g，上海天平仪器厂。

纯水机：Millipore AQUELIX5型，美国Merck Millipore公司。

薄片样品：某中烟再造烟叶有限责任公司。

酚试剂：分析纯，98.0%，上海麦克林生化科技有限公司。

硫酸铁铵：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

盐酸：分析纯，广东汕头市西陇化工厂。

甲醛：37%，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

乙醛：40%，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

丙醛、丙烯醛、丁醛和巴豆醛：分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

乙醇：分析纯，广东汕头市西陇化工厂。

1.2 样品处理

称取剪碎的薄片样品（0.5 cm×0.5 cm）0.500 0 g，加入0.01 mol／L的氢氧化钠溶液50 mL和1.5 g活性炭，振荡1 h，过滤，收集滤液作为样品溶液，待用。

1.3 仪器工作条件

用连续流动分析仪进行分析，仪器流路工作条件见图1。

图1 流路图

其它工作条件：显色反应混合圈匝数：5；检测速度：每小时40个样品；进样与清洗时间比：1∶1；基线校正：开通；漂移校正：开通。

1.4 数据处理

将待测薄片样品溶液所对应的甲醛和乙醛醛基总含量的仪器测定值，代入公式（1）计算，得到待测HNB卷烟专用新型薄片中的甲醛和乙醛醛基总含量，并以两次平行测定的平均值作为最终的测定结果。

式中：w——待测新型薄片中的甲醛和乙醛醛基总含量，mg／kg；

ρ——样品溶液所对应的甲醛和乙醛醛基总含量的仪器测定值，mg／L；

V——萃取液体积，mL；

m——薄片样品质量，g。

2 结果与讨论

2.1 前处理条件优化

2.1.1 提取溶剂及活性炭用量的优化

根据相似相容定理，初步考虑用水提取薄片中的甲醛和乙醛，但薄片样品颜色深，水提取液大多呈黄棕色，可能会对630 nm处测定产生干扰，需加入活性炭去除干扰颜色，因此需用0.01 mol／L NaOH溶液增大醛的溶解，防止溶出的甲醛和乙醛被活性炭吸附。称取0.5 g薄片样品，考察提取溶剂及活性炭对样品加标回收率的影响，结果见表1。表1结果表明：当提取溶剂为0.01 mol／L NaOH溶液时，活性炭加入量为1.5 g，加标回收率最高为95%，样品测定最准确，确立为最优条件。

表1 提取溶剂及活性炭对加标回收率的影响

2.1.2 提取温度的优化

平行称取薄片样品3份，进行相同浓度加标后，分别在常温（22℃）、水浴 30、40、50、60、70 ℃条件下振荡1 h，其余条件相同，考察加标回收率的情况，结果见表2。由表2可知，提取条件为常温时，测定结果最为准确，当温度超过30 ℃时，薄片中的复杂基质溶出，造成测定波长处假阳性干扰，故实验选择常温振荡提取。

表2 振荡提取温度对总醛基测定结果的影响（n=3）

2.1.3 振荡时间的优化

取薄片样品，按1.2进行样品处理，仅更改振荡时间，考察其对样品溶液响应值的影响，结果见图2。从图2可知，随着振荡时间的增加，薄片中的醛逐渐被萃取出来，当振荡时间为60 min以内时，随着振荡时间的增加，响应值逐步升高，大于60 min后峰高趋于稳定，说明薄片中的醛被完全萃取，考虑到样品检测效率，振荡时间确定为60 min。

图2 振荡时间的优化

2.2 仪器分析条件优化

2.2.1 管路流量选择

通过比较样品溶液、酚试剂和硫酸铁铵三种试剂的不同管路配置对检测实况的影响来选择适宜的管路配置。用去离子水逐级稀释37%甲醛溶液，依次得到 0.58、1.16、1.74、2.32、2.9 mg／L 的醛基标准工作液。如表3所示，综合考察基线、峰形、线性所对应的最高醛基含量、线性相关系数等，选择如下管路流量配置：样品溶液和硫酸铁铵试剂均用0.23 mL／min，酚试剂用 1.00 mL／min。

表3 连续流动分析仪主要试剂的管路配置

2.2.2 显色反应混合圈匝数的选择

显色反应在硫酸铁铵试剂加入后发生，因此通过改变硫酸铁铵试剂加入后的反应混合圈总匝数对出峰情况的影响来确定显色反应时间。设计反应混合圈匝数为5、10、15匝，综合考察出峰时间、峰形、线性相关系数及线性所对应的最高醛基含量，结果见表4。表4结果表明，当线圈匝数为5匝时，反应时间足够，出峰时间最短，考虑到检测效率，最终混合圈匝数确定为5匝。

表4 反应混合圈匝数对测定的影响

2.2.3 透析器添加对分析流路的影响

薄片样品经处理后，样品溶液呈淡黄色，理论上淡黄色不会干扰630 nm处吸光度测定，通过在流路中添加透析器（过滤大分子干扰物质）进一步探究淡黄色对测定结果是否有影响，结果见表5。

表5 流路添加透析器前、后醛基含量测定对比（n=3）

由表5可知，透析器添加与否不影响醛基测定结果，说明淡黄色对测定波长630 nm处不造成干扰，但流路添加透析器导致出峰时间延长，考虑到检测效率，仪器流路不添加透析器。

2.2.4 抗干扰性能

选择了可能会对薄片样品中甲醛和乙醛醛基含量测定产生影响的丙醛、丙烯醛、丁醛和巴豆醛进行了干扰实验，在1#样品分析液（醛基浓度为0.853 mg／L）中分别添加8.83 mg／L的丙醛、丙烯醛、丁醛和巴豆醛，混匀后上机分析。结果表明，1#样品测定值为0.853 mg／L左右，表明上述干扰物质对测定结果无影响，说明该方法对甲醛和乙醛的醛基有较好的选择性。

2.3 方法评价

2.3.1 线性方程

用去离子水逐级稀释37%甲醛溶液，依次得到0.58、1.16、1.74、2.32、2.90、3.48、4.06、4.64、5.22、5.80 mg／L的系列醛基标准工作液，按1.3仪器工作条件进行检测，发现醛基在0～5.4 mg／L的质量浓度范围内与吸光度线性相关。

考虑到薄片中甲醛、乙醛的醛基总含量水平，配制了0～2.9 mg／L的醛基标准工作液，进行检测和样品分析。以线性相关系数r2＞0.999为判据，确定溶液所对应的最高醛基含量为2.89 mg／L，在此含量范围内得到标准工作曲线方程为y=1.67×104x-5 600，相关系数r2=0.999 9，其中x为样品溶液所对应的甲醛和乙醛醛基总含量，y为峰高。

2.3.2 检出限和定量限

采用空白溶液，连续进样测定10次，计算得10次测定结果的标准偏差S=0.14，以3S计算得方法的检出限为0.42 mg／kg，以10S计算得方法的定量限为 1.40 mg／kg。

2.3.3 精密度试验

对5个薄片样品由同一实验员按照本发明方法，在同一时间段内分别平行测定5次，结果见表6。由表6可知，本方法测定甲醛和乙醛醛基总含量的相对标准偏差分别为0.82%、0.81%、1.34%、1.12%、1.76%，说明该方法的精密度较好。

表6 精密度试验结果

2.3.4 稳定性试验

对五个薄片样品由同一操作员按照本发明方法，在任意5天内各独立测1次，每次做2平行，取平均值，结果见表7。由表7可知，本方法测定甲醛和乙醛醛基总含量的相对标准偏差分别为1.05%、0.77%、1.30%、1.39%、1.26%，说明该方法的稳定性较好。

表7 稳定性试验结果

2.3.5 加标回收试验

对5个薄片样品进行低、中、高3个水平的加标回收试验，结果见表8。由表8可知，样品加标回收率为93.00%～103.33%，说明该方法的准确度较高。

表8 加标回收试验结果

3 结语

利用连续流动分析仪测定新型薄片中甲醛和乙醛醛基总含量，克服了传统高效液相色谱法中仪器昂贵、分析时间长、样品前处理较为繁琐等不足。该方法成本低廉、样品处理简单、测定快速、定量准确、检出限低，特别适合用于薄片企业生产质量监管。