电子烟中11种多元醇醚及其酯类化合物的检测

李宝志，李锋，朴永革，佟亚楠，付祺，刘友杰

1. 吉林烟草工业有限责任公司技术中心（长春 130031）；2. 吉林烟草工业有限责任公司品质控制部（长春 130031）

近年来，电子烟在全国销量呈快速增长之势[1-2]。丙二醇和丙三醇除了被用作传统卷烟的保润剂外，还被用作电子烟烟液的溶剂[3-6]。多元醇醚及其酯作为烟草制品中受管制的保润剂，有可能作为丙二醇和丙三醇的杂质或其他途径被带入烟液，并残留在电子烟油中[7-9]。这些溶剂大部分具有一定毒性，如果经常使用吸食含有较高有机溶剂残留量的电子烟烟液，则会危害人体健康[10-12]。如多元醇醚类溶剂不仅可以对人体的血液循环系统和神经系统造成永久性的损害，还会对女性生殖系统造成永久性损害，导致女性不育，长期接触还会致癌[13-15]。因此，有效地检测电子烟油中的多元醇醚及其酯的残留量，不仅对减少其对人体健康的危害具有重要意义[16-17]，而且对监测电子烟的质量有指导意义。

常见多元醇醚及其酯类化合物主要有丙二醇单乙醚、丙二醇单丁醚、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇单甲醚、乙二醇单己醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇单乙烯基醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇单己醚[18-19]。对于多元醇醚及其酯的检测主要采用气相色谱（GC）法、气相色谱-质谱（GC/MS）法和高效液相色谱峰（HPLC）等，检测对象主要包括化妆品、食品、药品和材料等[20-24]。市场对电子烟的需求逐年增加，但由于电子烟烟液中成分比较复杂，国内外针对电子烟烟液中多元醇醚及其酯检测的报道较少，缺乏相关研究及检测标准[25]。因此，开发电子烟烟液的相关检测方法具有重要使用价值和社会效益。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

丙二醇单乙醚、丙二醇单丁醚、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇单甲醚、乙二醇单己醚、二乙二醇乙醚、二乙二醇单乙烯基醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯和二乙二醇单己醚（纯度≥98%，美国Sigma-Aldrich公司）；乙酸乙酯、乙醇（色谱纯，德国Meker公司）；超纯水（自制）；10种电子烟烟液样品，编号为1～10，其中1～3为烟草原味，4～6为草本口味，7～8为水果口味，9～10为薄荷口味，均通过网上购买。

Agilent 7890B/5977A气相色谱-质谱联用仪（美国Agilent仪器公司）；Milli-Q integral 10超纯水仪（美国Millipore公司）；AB204-S型电子分析天平（瑞士Mettler Toledo公司）；MX-S可调式漩涡混合器；Allegra X-30R台式离心机（美国Beckman公司）；KQ-500GVDV型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 溶液的配制

1.2.1.1 配制内标溶液

称取内标物十七碳烷，用乙醇作溶剂定容至100mL容量瓶中，得到质量浓度2 mg/mL内标溶液。

1.2.1.2 11种多元醇醚及其酯混合标准溶液

分别称取0.100 0 g（精确至0.1 mg）11种多元醇醚及其酯标准品，用乙醇作溶剂定容至100 mL容量瓶中，配制质量浓度1 mg/mL混合标准溶液Ⅰ。混合标准溶液Ⅰ于4 ℃下保存，有效期3个月[21]。

1.2.1.3 11种多元醇醚及其酯混合标准溶液Ⅱ

准确移取10 mL混合标准溶液Ⅰ，置于100 mL容量瓶中，以乙酸乙酯定容至刻度，配制质量浓度100 μg/mL混合标准溶液Ⅱ。混合标准溶液Ⅱ于4 ℃下保存，有效期3个月[21]。

1.2.1.4 混合基质标准工作溶液配制

为避免基质效应，配制基质标准工作溶液作为定量依据。准确移取0.05，0.10，0.20，0.50，1.00和2.00 mL混合标准溶液Ⅱ，置于50 mL离心管中，加入50 μL内标溶液，用阴性空白样品提取液作为溶剂，制备标准工作溶液，其质量浓度分别为0.5，1.0，2.0，5.0，10.0和20.0 μg/mL。

1.2.2 样品的前处理

配制样品溶液：准确称取0.5 g（精确至0.1 mg）电子烟烟液样品于50 mL离心管中，分别加入50 μL内标溶液和10 mL阴性空白样品提取液，于恒温35 ℃超声萃取10 min，离心5 min（4 000 r/min），取上层清液，经0.22 μm尼龙膜过滤后，得到待测样品溶液。

1.2.3 色谱条件

1.2.3.1 GC条件

分别对混合基质标准工作溶液和样品溶液进行检测分析，具体分析条件为：色谱柱，HP-INNOWAX毛细管色谱柱，固定相，键合/交联聚乙二醇，规格30 m×0.25 mm×0.25 μm；进样口温度260 ℃；进样量1 μL，脉冲不分流进样；载气，氦气（纯度≥99.999%），恒流模式，流速1.0 mL/min；升温程序为，初始温度40 ℃，保持1 min，以5 ℃/min升温至180 ℃，以10 ℃/min升温至260 ℃，保持8 min。

1.2.3.2 MS条件

电离方式采用电子轰击源（EI）；电离能量70 eV；传输线温度260 ℃；离子源温度230 ℃；溶剂延迟6.5 min，选择离子扫描模式（SIM）分段扫描，以特征离子进行定量分析；11种多元醇醚及其酯定量和定性选择离子见表1。

表1 11种多元醇醚及其酯类化合物定量和定性选择离子表

2 结果与讨论

2.1 前处理条件的优化

2.1.1 萃取溶剂的优化

比较甲醇、乙醇、二氯甲烷、环己烷和辛癸酸甘油酯作为萃取溶剂对多元醇醚及其酯类化合物的萃取率。结果发现（图1），以环己烷和辛癸酸甘油酯对几种多元醇醚及其酯的提取效果尚可，但稳定性不理想，测得实际样品的相对标准偏差（δRSD）大于5%；甲醇和乙醇对多元醇醚及其酯的提取效果差异不明显，但甲醇沸点低，有毒、刺激性大；二氯甲烷对大多数多元醇醚及其酯的提取效果均低于甲醇和乙醇，并且二氯甲烷毒性更大，挥发性更强。综合考虑，选择乙醇为萃取溶剂。

2.1.2 萃取方式的优化

比较漩涡振荡和超声振荡2种萃取方式对电子烟烟液中多元醇醚及其酯的萃取效果。结果表明，在相同萃取时间下，与漩涡振荡方式相比，超声振荡方式的多元醇醚及其酯萃取率更高。因此，采用超声振荡萃取方式。

2.1.3 萃取时间的优化

考察10，20和30 min超声振荡时间对9号电子烟烟液中多元醇醚及其酯的萃取率影响。结果表明（图2），超声振荡10和20 min对电子烟烟液中多元醇醚及其酯的萃取率基本无显著影响，但略高于超声振荡30min下萃取率，这可能是因为超声振荡使水浴温度升高，导致溶剂和多元醇醚及其酯随超声振荡时间延长而蒸发损失。因此，从经济和节能的角度考虑，采用超声振荡10 min。

图1 不同提取溶剂下测定11种多元醇醚及其酯类化合物含量

图2 不同萃取时间下测定的电子烟烟叶中多元醇醚及其酯含量

2.2 气相色谱条件的优化

色谱柱的填料、规格很大程度上影响检测效果。增加柱长可使理论塔板数增大，但同时使峰宽加大，分析时间延长。因此，合理选择填充柱及其柱长至关重要。一般情况下，柱长选择以使组分能完全分离，分离度达到期望值为准。比较HP-INNOWAX（30 m×0.25 mm×0.25 μm，填料为键合/交联聚乙二醇）、Elite-35MS（60 m×0.25 mm×0.25 μm，填料为35%苯基/65%甲基聚硅氧烷）和HP-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm，填料为（5%-苯基）-甲基聚硅氧烷）色谱柱对香精、香料中多元醇醚及其酯类化合物的分离效果，目标分析物在固定相和流动相中的分配系数不同，混合基质标准工作溶液进入色谱柱后，各组分均在固定相和流动相之间反复分配，从而实现组分间的分离。对比3种色谱柱的分离效果（图3～图5）可知，以极性色谱柱HP-INNOWAX检测混合基质标准工作溶液效果最好，色谱图如图3所示。结果显示，多元醇及其酯类化合物及内标色谱峰都有很好分离度，谱峰对称性好，峰形尖锐，基线分离。用中性色谱柱Elite-35MS检测混合基质标准工作溶液时，如图4所示，多元醇醚及其酯类化合物不能达到与基线分离，分离度不高，且色谱峰有拖尾现象。当用非极性色谱柱HP-5MS检测混合基质标准工作溶液时，其检测效果如图5所示。以该方法检测标准工作溶液，多元醇醚及其酯类化合物不能很好分离，出现目标化合物峰的重叠，并且色谱峰形状较差，拖尾严重。

不同色谱柱因固定相不同，对同一混合基质标准工作溶液的分离效果相差较大，强极性HP-INNOWAX色谱柱对多元醇及其酯类化合物有很好的检测效果，这是因为多元醇及其酯类化合物具有较强的极性，根据相似相容的原理，其在HP-INNOWAX色谱柱得到有效分离。因此有效检测多元醇及其酯类化合物以选择HP-INNOWAX极性色谱柱为宜。

为更好地定性和定量所检测多元醇及其酯类化合物、提高响应信号的灵敏度、保证检测准确性，选择GC/MS-SIM作为检测模式。

图4 Elite-35MS检测11种多元醇醚及其酯类化合物混合标准溶液的总离子流图

图5 HP-5MS检测11种多元醇醚及其酯类化合物混合标准溶液的总离子流图

2.3 方法的线性方程及检出限

基质效应是指相同浓度的目标物在纯溶剂和基质中的响应存在一定差异，不同目标物、不同基质、不同前处理方法及不同仪器状态下，其基质效应差别较大。为减小基质效应的影响，加入内标化合物，以不含目标分析物的电子烟烟液的提取液作为空白基质，在空白基质中加入不同体积混合标准溶液Ⅱ，配制混合基质标准工作溶液进行分析，以混合基质标准工作溶液中11种多元醇醚及其酯类化合物和十七碳烷的色谱峰面积比对其相应浓度比进行回归分析，得到标准曲线；在信噪比（S/N）为3条件下确定化合物的检出限（LOD），11种多元醇醚及其酯类化合物的线性关系和检出限结果如表2所示。所测得各种醇醚及其酯类化合物的标准曲线的相关系数均在0.999 1以上，说明各条标准曲线均能很好地测定样品中相应组分含量，且检出限在15.7～36.5 μg/kg。

表2 11种多元醇醚及其酯类化合物的标准曲线、线性范围、相关系数和检出限

2.4 方法的精密度和加标回收率进行检测

方法的准确度、精密度分别用回收率和相对标准偏差来衡量。在优化条件下，对阴性电子烟烟液样品进行加标回收试验，分别添加低、中、高3个水平的混合标准溶液，以标准加入量500，5 000和20 000 μg/kg进行加标回收率试验，每个浓度做6次平行，并根据测定结果计算11种多元醇醚及其酯类化合物的平均回收率及相对标准偏差（δRSD），结果详见表3。

采用优化的检测方法对电子烟烟液样品提取净化，11种多元醇醚及其酯的平均回收率为87.5%～106.3%，相对标准偏差（δRSD）为1.1%～4.9%，表明试验方法准确性高，重复性好，回收率与精密度均符合多元醇醚及其酯的分析要求，适合用于定量分析。

表3 11种多元醇醚及其酯类化合物的回收率与相对标准偏差

2.5 实际样品的测定及与标准方法的比较

应用所建立的方法对市场上购买的10种电子烟烟液样品中11种多元醇醚及其酯类化合物进行分析，每个样品平行测验3次，测定电子烟烟液样品中多元醇醚及其酯类化合物的含量，详见表4。

在所抽检的样品中，有4个样品检出丙二醇单乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇单甲醚和二乙二醇乙醚。其中，9号薄荷口味样品中检出丙二醇单乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇单甲醚和二乙二醇乙醚，其含量分别为33.6，18.2，8.7和6.5 mg/kg。

结果说明，试验提供的方法能够快速、准确地对电子烟烟液中多元醇醚及其酯类化合物进行定量、定性分析。

表4 10种电子烟烟液样品中11种多元醇醚及其酯类化合物的含量

3 结论

试验提供一种多元醇醚及其酯类化合物的气相色谱-质谱联用检测方法。在优化色谱条件的基础上，通过加入内标化合物进行定量，以不含目标分析物的电子烟烟液的提取液作为空白基质排除基质和干扰离子的影响，对比3种不同极性的HP-INNOWAX、Elite-35MS和HP-5MS色谱柱对多元醇醚及其酯类化合物检测效果的影响，选择峰形和分离效果最好的HP-INNOWAX柱为分离柱，所采用的色谱条件使11种目标化合物及内标色谱峰均有很好的分离度和线性相关性，且其对相应化合物的检出限在15.7～36.5 μg/kg，平均加标回收率在87.5%～106.3%，相对标准偏差（δRSD）均小于5.0%。试验方法具有使用方便，回收率高，选择性和重复性好，灵敏度高等特点，适合于电子烟烟液中多元醇醚及其酯的定性确认及定量分析。