采用HS_GC-MS法检测卷烟包装材料中的挥发性有机化合物研究.pdf

61现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 7 期2024 年 4 月Vol.3 No.7Apr.2024采用 HS/GC-MS 法检测卷烟包装材料中的 挥发性有机化合物研究刘 雯，朱丽飒广东中烟工业有限责任公司广州卷烟厂，广东广州 510000摘 要：对采用 HS/GC-MS 法检测卷烟包装材料中挥发性有机化合物进行了研究与探讨。运用 HS/GC-MS 法检测卷烟包装材料中可能存在的 26 种挥发有机溶剂残留是否超标，并对检测结果进行探讨，验证了 HS/GC-MS 法在卷烟包装材料挥发性有机化合物残留的检测中具有适用性。关键词：卷烟包装；有机化合物；包装检测中图分类号：TS47 文献标识码：AStudy on the Detection of Volatile Organic Compounds in Cigarette Packaging Materials Using HS/GC-MS MethodLiu Wen,Zhu LisaGuangzhou Cigarette Factory of China Tobacco Guangdong Industrial Co.,Ltd,Guangzhou,Guangdong 510000Abstract:Research and exploration were conducted on the detection of volatile organic compounds in cigarette packaging materials using HS/GC-MS method.The HS/GC-MS method was used to detect whether 26 volatile organic solvent residues in cigarette packaging materials exceeded the standard,and the detection results were discussed to verify the applicability of the HS/GC-MS method in the detection of volatile organic compound residues in cigarette packaging materials.Keywords:cigarette packaging;organic compounds;packaging inspection作者简介：刘雯（1987），女，硕士，广东中烟工业有限责任公司广州卷烟厂卷烟工艺助理工程师，研究方向为烟用材料质量安全性、卷烟生产过程工艺质量控制和管理、质量改善和提升。在卷烟包装材料的印染过程中，需要使用大量的工业助剂，用于改善染料的性能，提高包装材料印染效果。而挥发性有机化合物作为工业助剂，如染色助剂、乳化剂、增稠剂等的主要成分被应用到卷烟包装的印染上，这些有机化合物大多是苯及其同系物等物质，这些物质对人体有害，长期接触会导致有机溶剂中毒。因此，如果卷烟包装材料经过印染之后内部残留了足量的可挥发有机化合物，就很容易造成这些化合物进入卷烟被带入人体，危害人们的身体健康。为此，需要对卷烟包装材料可能存在的26种挥发性有机化合物进行检测，为卷烟包装材料相关管理工作提供依据。在此过程中，考虑到HS/GC-MS法可以直接通过对样品基质上方气体进行组分检测，来实现挥发性有机物的含量测定，而且没有预处理环节，操作简单、高效，因此，本文选用HS/GC-MS法进行可挥发有机化合物残留的检测，以更好地达成上述研究目标。1 材料与方法1.1 材料与设备此次检测试验所用的材料包括卷烟包装材料样品、标样、标准溶液、基质校正剂，所用的设备包括质谱仪、气相色谱仪、顶空进样器，所用的其他器具为样品瓶子1。其中，本研究选取了11款卷烟进行样品制作。在样品的制备上，针对每种卷烟包装，随机抽取10张盒包装纸，以及10张条包装纸；将每张包装纸中图案密度最大的部分裁剪出来，硬盒包装纸和条包装纸的裁剪尺寸为5.5cm22cm，软盒包装纸和条包装纸的裁剪尺寸为15.5cm10cm；将裁剪好的样品卷起来放入样品瓶中，并向其中倒入1mL的三醋酸甘油酯，再加以密封待用。在此过程中，所用的样品瓶为HS/GC-MS法专用的顶空瓶，容量为22mL。在后续的试验中，所用的标准溶液制备方法为取622024 年 4 月第 3 卷第 7 期现 代 工 程 科 技6225mg左右的上述标样，分别放入50mL容量瓶中，再用基质校正液进行定容，放在4以下的环境中保存待用。其中，所用的基质校正剂为浓度99%的三醋酸甘油酯2。1.2 方法1.2.1 试验条件设置在此次检测试验中，需要将顶空平衡温度调整到80，平衡时间设为45min，进样量设置为1mL，分流比设置为1001，将纯度99.999%的氦气作为载气，然后进行顶空进样操作，并将进样时长设置为0.2min。在此过程中，需要将传输线温度控制在120，同时，拔针、加压时间分别设置为1.5min、2min。在此过程中，气相色谱升温条件为先升温至40，2min之后，以2/min的速度，将温度上调到60，再以5/min的速度，将温度升高到200，并持续10min。质谱条件见表1。表1 检测试验的质谱条件表条件类型条件标准电离方式EI 源传输线温度200离子源温度200扫描范围50 300u图谱检索源NIST、WILEY 谱库1.2.2 色谱柱的选择在HS/GC-MS法的应用中，合理地进行色谱柱选择是此项检测工作中的核心环节，其合理性直接决定了检测的效果。在检测过程中，色谱柱对混合物所产生的分离作用，是基于色谱柱的固定选择特性与极性产生的。基于此，在本文的检测中，选用了极性较强的色谱柱DB-WAX。根据以往的经验，这种色谱柱对上述26种可挥发性有机化合物的分离性能更佳，可以有效地完成化合物的基线分离，其分离效果也较为符合色谱柱选择的“相似相溶”原理3。1.2.3 平衡温度的选择在检测过程中，平衡温度是在进样阶段影响气液两相平衡的关键因素。在顶空进样环节中，平衡温度越高，样品中的水蒸气组分分压就会越高，同时检测灵敏度也会随之增高。因此，为了确定最佳的平衡温度，研究者在60100的温度范围内进行了样品的顶空进样试验，试验结果显示，随着温度的升高，26种化合物的峰面均在增大，直至上升到80时，化合物的峰面变化才趋于平稳。同时，考虑到如果平衡温度过高，可能会导致样品的稳定性，因此将平衡温度设置为80。1.2.4 平衡时间的选择除了平衡温度以外，平衡时间也是影响气液两相平衡的要素，所以，确定平衡温度之后，在该温度条件下，对平衡时间进行了优化选择。在此过程中，研究者使用1mL的样品，分别在1050min的不同平衡时间下进行顶空进样操作。结果显示，经过45min后气液平衡。但考虑到如果保持平衡的时间过长，就可能会导致顶空瓶气密性能下降，所以，在此次研究中，将平衡时间设置为45min。1.2.5 基质校正剂用量的选择在HS/GC-MS法中，基质校正剂可以理解为用于进样气相分析的本底基质校正用试剂，其能减少试验的相对偏差，让检测结果更加准确可靠。为此，在检测中，考虑到此次所用的校正剂，三醋酸甘油的价格比较高，需要选择一个合理的用量，确保在充分发挥该试剂的本底基质校正效能的同时，将检测成本控制在合理的范围内。在此过程中，研究者分别在基质校正剂用量为0.5mL、1mL、2mL、3mL的条件下，进行了对比实验，结果发现，在用量为0.5mL时，检测结果的重复性较差，相对标准偏差达到了12.5%。待增加用量到1mL后，相对标准偏差则降低到了3.67%，继续增加用量到2mL，相对标准偏差也降低到了3%左右。之后，将用量增加到3mL，但此时，相对标准偏差也在3%左右，且不小于2.3%，由此可见，用量超过1mL之后，相对标准偏差变化不大，所以，考虑到三醋酸甘油的使用成本较高，在此次试验中，将用量设置为1mL。2 统计方法本文所用的统计方法以计算机统计为主，并使用了SPSS 21.0软件作为数据分析软件。3 结果与分析在上述试验操作中，能够得到标样的线性范围、回归方程等参数见表2。经过上述HS/GC-MS法检测操作，得到检测结果见表3。其中，11种卷烟材料分别简写为字母AK。根据上述HS/GC-MS检测结果，可以了解到所选中63刘 雯，朱丽飒：采用 HS/GC-MS 法检测卷烟包装材料中的挥发性有机化合物研究环境与化工科技的11种卷烟包装材料中均存在可挥发性有机化合物残留，但11种材料中没有出现同时检出26种有机化合物残留，而且总体上来看，各个残留物的量均未超标，说明卷烟包装材料中的有机化合物不会对人体有明显影响。但就检出的有机化合物种类来看，其中大部分都来自油墨溶剂等印染用的工业助剂，由此验证了包装材料的印染环节是材料中可挥发性有机化合物的主要来源。在此过程中，从检测结果的可靠性上来看，根据表3所示，标准偏差在2.18%3.66%，平均回收率在91%100%，这表明本方法的测定结果比较可靠，由此可见，该方法在卷烟包装材料的可挥发性有机化合物检测中具有良好的适用性。表 2 HS/GC-MS 法检测结果表化合物线性范围（mg/m2）回归方程平均回收率（%）关系系数相对标准差（%）检测限（g/m2）乙醇0.16 106.37y=23.56x970.99993.6613丙酮0.19 113.38y=4.110 x910.9992.963.3异丙醇0.17 102.70y=5.624x910.99992.933.0丁酮0.17 99.53y=8.405x980.99982.993.2正丙醇0.18 103.23y=9.026x1000.99963.1014正丁醇0.17 98.17y=41.90 x9612.783.5乙酸正丙酯0.17 101.78y=9.347x970.99993.253.6苯0.02 12.55y=3.828x9013.041.1邻二甲苯0.17 107.8y=30.02x930.99972.9072-乙氧基乙基乙酸酯0.16 101.78y=12.21x950.99992.983.14-甲基-2-戊酮0.16 96.95y=14.71x9712.812.3甲苯0.018 11.06y=6.851x970.99983.060.3乙酸正丁酯0.17 103.16y=19.38x10012.864.5乙苯0.019 11.86y=10.86x9812.181.2间对二甲苯0.019 11.86y=13.51x9912.3118环己酮0.19 118.47y=116.3x970.99992.620.75正丁醇0.017 10.57y=17.92x9812.941.2苯乙烯0.02 11.55y=3.628x9112.981.1甲醇0.16 105.37y=22.86x970.99993.56131-甲氧基-2-丙醇0.17 101.97y=5.723x910.99993.033.01-乙氧基-2-丙醇0.17 101.98y=5.522x910.99993.012.972-乙氧基乙醇0.17 102.60y=5.724x930.99992.892.98丁二酸二甲酯0.17 102.97y=18.98x10012.764.2戊二酸二甲酯0.17 102.99y=18.98x10012.964.2己二酸二甲酯0.17 102.87y=19.28x10012.794.3乙酸乙酯0.17 102.26y=19.22x10012.474.4表 3 26 种可挥发性有机化合物的检出结果表（单位：mg/m2）化合物ABCDEFGHIJK乙醇14.450.344.517.4219.420.34.412.84.447.2510.7丙酮0.0340.051-0.090.027-0.1-0.03异丙醇-3.344.40.552.761.241.02丁酮-0.49-0.060.040.05-0.08-正丙醇3.7636.1484.260.2624.361.770.151.521.53.56正丁醇-0.670.0260.610.710.520.23-0.36-乙酸正丙酯-642024 年 4 月第 3 卷第 7 期现 代 工 程 科 技64化合物ABCDEFGHIJK苯-0.003-邻二甲苯8.03-8.23-38.14-4.452.265.77-2.232-乙氧基乙基乙酸酯79.8216.1224.2817.012.661.213.851.2848.97.9840.024-甲基-2-戊酮-0.11-甲苯0.0560.0670.0550.0680.0610.0750.0950.0810.060.320.054乙酸正丁酯0.01721.740.140.110.30.12-乙苯-0.0550.22-0.12-0.030.052-间对二甲苯-环己酮-0.45-0.440.80.33-正丁醇-0.38-苯乙烯-0.0520.21-0.11-0.010.051-甲醇-0.0450.32-0.02-0.020.049-1-甲氧基-2-丙醇-0.0350.33-0.09-0.051.2-1-乙氧基-2-丙醇-0.0560.12-0.15-0.031.4-2-乙氧基乙醇-0.0270.21-0.13-0.021.2-丁二酸二甲酯-0.0280.11-0.11-0.011.3-戊二酸二甲酯-0.0360.13-0.08-0.011.2-己二酸二甲酯-0.0420.23-0.11-0.041.4-乙酸乙酯-0.0210.18-0.12-0.031.34 讨论（1）为了在卷烟包装材料中挥发性有机化合物检测中更好地实现HS/GC-MS法的应用，应当做好仪器设备、样品试剂的准备。在此过程中，需要在试验之前对各类检测仪器进行调试和检查，确认其性能正常后才能将其投入使用，以保证后续检测结果的可靠性。同时要注意对仪器设备的日常保养和维护，由此保持仪器设备的良好工作状态4。在样品试剂准备方面，则应当严格按照现行的实验室规范进行制备操作，确保后续检测工作能够顺利开展5。（2）需要根据实际情况，对各项试验检测所需条件，如平衡温度、平衡时间等进行确认，并通过运用制备好的样品进行测试，得出最佳的操作参数，以保证后续检测结果的准确性。在此过程中，应当将各类条件的测试选择结果加以记录，然后立足于此编制出一套具体、科学、有效的HS/GC-MS法检测方案，让后续的操作人员，可以直接按照该检测方案进行一些基础条件的设置，由此提高该检测方法的操作效率，深入优化可挥发性有机化合物的检测工作效果。（3）待HS/GC-MS法操作完毕后，设备会直接输出相关的数据结果，此时需要运用计算机，对该数据结果予以进一步的整理，形成具体的检测报告。一般来说，此环节通常需要使用计算机完成，所以也要注意做好相关的计算机操作，保证数据处理的效果。5 结语综上所述，HS/GC-MS法可以被有效地用于卷烟包装材料的可挥发有机化合物残留检测，为包装材料有机物残留管控工作提供依据。在此过程中，本文借助HS/GC-MS法，对可能存在于包装材料中的26种有机化合物进行了检测，检测结果显示，所选的11种卷烟包装材料均存在26种化合物的残留物，但残留量均未超标，因此，卷烟包装的印染不会对人体造成明显的不良影响。参考文献1 张明月,赵铭钦,祝超智,等.绿色、安全、智能化卷烟包装的研究进展J.包装工程,2022,43(17):308-316.2 王方聪,邱友华,岳明.纸质包装材料中18种光敏引发剂含量的气相色谱-质谱检测法J.包装学报,2022,14(4):1-10.3 张蓉.食品接触材料受限物质分析检测技术研究进展J.化学分析计量,2022,31(7):95-100.4 高莉,王强,顾健龙,等.IMR-MS法测定烟用接装纸中溶剂残留J.新型工业化,2022,12(7):157-161,166.5 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