摘要
本研究建立了同时测定烟用接装纸中诱惑红、苋菜红、酸性红、胭脂红、赤藓红、喹啉黄、靛蓝、亮蓝、柠檬黄、日落黄10种着色剂的高效液相色谱-二极管阵列(HPLC-PDA)方法。样品以甲醇/乙腈/水为溶剂,微波辅助提取10种烟用接装纸中的水溶性合成着色剂。通过单因素与正交实验结合的方法研究了提取溶剂、微波功率、提取时间对提取效率的影响。结果表明,溶剂为甲醇/乙腈/水=1∶1∶3(体积比),微波功率300 W、提取时间3 min、固液比为1∶100时,着色剂提取效果最佳。目标化合物在15 min内分离度良好,能达到基线分离,在0.5~20.0 μg/mL浓度范围内具有良好的线性关系,相关系数均大于0.999,回收率为92.6%~100.3%,相对标准偏差(n=5)为0.5%~6.7%;方法检出限为0.95~3.21 μg/g,定量限为3.16~10.72 μg/g。该方法能同时快速分析烟用材料中10种水溶性合成着色剂的含量,为卷烟安全评价提供技术支撑。
随着人们生活理念和生活方式的进步,以及年轻消费群体的崛起,烟草市场也在发生重大变化。色彩是影响产品感官性状的重要因素之一,也是给予消费者的第一视觉印象。烟用接装纸是以接装纸原纸为基材,通过印前设计、印刷加工和印后处理等工序,制造的卷烟专用纸
目前针对不同物质中合成着色剂的分析方法较
微波辅助提取的工作原理是利用电磁场的作用,使半固体或固体物质中的某些有机物与基体实现有效分离,并保留分析对象的原本状态。超声波产生的强烈振动、较高的加速度、强烈的空化效应、搅拌作用等,能够加速有效成分进入溶剂,另外,超声波的次级效应,如机械振动、扩散、乳化击碎效应等也会加速有效成分的扩散释
材料:接装纸材料取自市场在售具有颜色的卷烟样品。
试剂:甲醇(色谱纯,Meck,德国);乙腈(色谱纯,Meck,德国);乙酸铵(分析纯,广东汕头市西陇化工厂);10种合成着色剂标准品,全部购自德国Dr. Ehrenstorfer GmbH公司,详细信息见
中文名称 | CAS号 | 纯度/% | 分子质量 | 分子式 |
---|---|---|---|---|
亮蓝 | 3844-45-9 | ≥93.4 | 792.85 | C37H34N2Na2O9S3 |
靛蓝 | 860-22-0 | ≥89.0 | 262.26 | C16H8N2Na2O8S2 |
胭脂红 | 2611-82-7 | ≥89.8 | 565.51 | C20H11N2Na3O10S3 |
赤藓红 | 16423-68-0 | ≥91.0 | 897.87 | C20H6I4O5Na2H2O |
诱惑红 | 25956-17-6 | ≥80.0 | 496.42 | C18H14N2Na2O8S2 |
苋菜红 | 915-67-3 | ≥92.6 | 604.47 | C20H11N2Na3O10S3 |
酸性红 | 3567-69-9 | ≥87.4 | 502.43 | C27H29N2NaO7S2 |
柠檬黄 | 1934-21-0 | ≥95.5 | 534.36 | C16H9N4Na3O9S2 |
日落黄 | 2783-94-0 | ≥90.5 | 452.37 | C16H10N2Na2O7S2 |
喹啉黄 | 8004-92-0 | ≥90.2 | 477.38 | C18H9NNa2O8S2 |
Waters e2695高效液相色谱仪(HPLC,检测器配置Waters 2998二极管阵列),美国Waters公司;Agilent HC-C18(2) (150 mm×4.6 mm,5 μm)。Milli-Q50超纯水仪(美国Millipore公司,电阻率>18 MΩ)。AB204-S电子分析天平(精确至0.0001 g,瑞士Mettler-Toledo公司)。微波辅助萃取仪(MARSX,CEM公司);高速离心机(TDL-5-A,上海安亭科学仪器厂,最大转速10000 r/min)。0.45 μm水相针式过滤器。
采用微波辅助提取的方法,以着色剂总含量为考察指标,研究不同提取溶剂、液料比、微波功率、提取时间等提取条件对提取率的影响。在单因素实验基础上,以微波功率(P)、提取时间(T)、固液比(S,g∶mL)、萃取混合液浓度(E,水∶甲醇∶乙腈,体积比)为考察因素,着色剂总含量提取率为考察指标,采用正交表L9(
水平 | P/W | T/min | S | E |
---|---|---|---|---|
1 | 300 | 1 | 1∶50 | 8∶1∶1 |
2 | 400 | 3 | 1∶100 | 4∶3∶3 |
3 | 500 | 5 | 1∶150 | 3∶1∶1 |
首先准确称取柠檬黄、胭脂红、苋菜红、日落黄、亮蓝、诱惑红、酸性红、靛蓝、赤藓红、喹啉黄10种合成着色剂各25 mg(精确至0.1 mg)于25 mL的容量瓶中,采用水∶甲醇∶乙腈(3∶1∶1,体积比,下同)定容,配置成浓度为1.0 mg/mL的10种单一标准储备液;分别移取单一标准储备液2.5 mL于50 mL容量瓶中混合后,用水/甲醇/乙腈稀释定容得到浓度为50.0 μg/mL的混合标准储备溶液;分别移取0.1、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL的混合标准溶液到10 mL容量瓶中,用水/甲醇/乙腈稀释定容,分别制得浓度为0.5、2.5、5.0、10.0、15.0、20.0 μg/mL的合成着色剂的系列标准工作溶液。
准确裁切长度200 mm、宽度40 mm的烟用接装纸样品(应包含1个单边),将裁剪下来的试样剪成约0.5 cm× 0.5 cm的碎片,混合均匀,置于干净的密封袋中待用,每个试样不少于5 g。准确称取接装纸试样1.0 g(精确至0.1 mg)置于50 mL萃取罐中,加入20 mL水/甲醇/乙腈溶液加盖密封,采用微波辅助提取(微波功率为300 W,提取时间3 min),提取物的上清液经0.45 μm水相滤膜过滤,制得待测液。
采用HPLC-PDA对待测液进行分析,外标法进行定量。色谱柱为Agilent色谱柱,柱温30 ℃,进样量10.0 μL,流动相总流速为1.0 mL/min。吸收波长为各目标物的最大吸收波长。流动相A相为0.02 mol/L乙酸铵水溶液,B相为乙腈。具体梯度洗脱程序如
时间/min | 流动相A/% | 流动相B/% |
---|---|---|
0 | 95 | 5 |
10.0 | 55 | 45 |
11.0 | 55 | 45 |
11.1 | 5 | 95 |
13.0 | 5 | 95 |
13.1 | 95 | 5 |
16.0 | 95 | 5 |
对微波辅助提取条件进行单因素优化,改变单个因素,其他条件同1.3.3,分别对提取溶剂、提取时间、微波功率及固液比进行优化,着色剂总含量结果如
图1 总着色剂提取结果比较
Fig. 1 Comparison of the total colorant extraction results
采用微波辅助提取的方式,通过L9(
实验号 | P | T | S | E | 着色剂总含量/μg· |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 7823 |
2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 7969 |
3 | 1 | 3 | 3 | 3 | 7810 |
4 | 2 | 1 | 2 | 3 | 7763 |
5 | 2 | 2 | 3 | 1 | 7822 |
6 | 2 | 3 | 1 | 2 | 7808 |
7 | 3 | 1 | 3 | 2 | 7813 |
8 | 3 | 2 | 1 | 3 | 7810 |
9 | 3 | 3 | 2 | 1 | 7789 |
k1 | 7867 | 7800 | 7814 | 7811 | |
k2 | 7798 | 7867 | 7840 | 7863 | |
k3 | 7804 | 7802 | 7815 | 7794 | |
R | 69 | 67 | 26 | 69 |
将微波辅助提取的萃取溶液进行过滤处理,研究了聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、尼龙6(Nylon,国产)、尼龙66(进口)、混合纤维素(MCM)针头过滤膜及无过滤膜对水/甲醇/乙腈为萃取溶液的标准混合溶液(5 μg/mL)过滤的影响,结果如
图2 不同过滤方式检测峰面积对比
Fig. 2 Comparison of peak areas detected by different filtering methods
以1.3.4中仪器分析方法,采用二极管阵列检测器在190~800 nm范围内进行全波长扫描,发现10种着色剂在254 nm的波长下均有较强吸收,但实际检测中发现,此波长存在多种物质产生吸收,干扰峰较多,干扰严重,因此,254 nm并不是理想的检测波长。不同着色剂在可见光区有不同的最大吸收波长,在不同着色剂相应的最大吸收波长下进行检测,能够有效避免杂质干扰,增加检测灵敏度。
图3 10种着色剂3D扫描轮廓线图
Fig. 3 3D scan contour plot of ten colorants
名称 | 检测波长/nm | 名称 | 检测波长/nm |
---|---|---|---|
亮蓝 | 627 | 苋菜红 | 522 |
靛蓝 | 612 | 酸性红 | 520 |
胭脂红 | 511 | 柠檬黄 | 427 |
赤藓红 | 530 | 日落黄 | 486 |
诱惑红 | 507 | 喹啉黄 | 414,417 |
配制柠檬黄、苋菜红、胭脂红、日落黄、诱惑红、亮蓝、酸性红、赤藓红、靛蓝、喹啉黄的混合标准溶液(浓度范围0.5~20.0 μg/mL),以各合成着色剂的浓度(μg/mL)为横坐标,对应的峰面积为纵坐标(喹啉黄4个异构体峰面积合并计算),绘制标准曲线,10种合成着色剂的相关系数(
图4 10种着色剂标准工作溶液的色谱图
Fig. 4 Chromatograms of the standard working solutions of ten colorants
1—柠檬黄 2—苋菜红 3—靛蓝 4—QYNa2Ⅰ 5—胭脂红6—日落黄 7—QYNa2Ⅱ 8—诱惑红 9—酸性红 10—亮蓝11—QYNaⅠ 12—QYNaⅡ 13—赤藓红
合成着色剂 | 保留时间/min | 回归方程 | LOD/μg· | LOQ/μg· | |
---|---|---|---|---|---|
柠檬黄 | 3.49 | y = 46080x + 5443.2 | 0.9999 | 0.95 | 3.16 |
苋菜红 | 4.11 | y = 37531x + 1505.5 | 0.9999 | 2.90 | 9.68 |
靛蓝 | 4.43 | y = 40785x + 2360.1 | 0.9998 | 2.35 | 7.84 |
喹啉黄 | 5.34,6.37,9.42,9.61 | y = 79927x + 6846.3 | 0.9998 | 2.22 | 7.40 |
胭脂红 | 5.57 | y = 33731x + 2064 | 0.9999 | 3.21 | 10.72 |
日落黄 | 5.96 | y = 47400x + 2918.6 | 0.9999 | 2.53 | 8.44 |
诱惑红 | 6.64 | y = 52706x + 2269 | 0.9999 | 3.05 | 10.18 |
酸性红 | 8.35 | y = 46639x + 2225.4 | 0.9999 | 1.40 | 4.66 |
亮蓝 | 8.83 | y = 132214x + 8837.9 | 0.9999 | 1.07 | 3.56 |
赤藓红 | 9.87 | y = 91907x + 4178.3 | 0.9999 | 2.51 | 8.37 |
注 喹啉黄为喹啉黄二钠盐(QYNa2 Ⅰ、QYNa2 Ⅱ)及喹啉黄一钠盐(QYNa Ⅰ、QYNa Ⅱ)峰面积之和对应浓度绘制标准曲线。
回收率实验是检验系统误差的方法之一,回收率越好,说明样品在处理过程中损失小,测得的结果越接近实际值,即准确度好。采用空白接装纸样品,以3水平加标方法进行回收率和精密度实验,检测方法回收率与重复性结果见
目标物 | 原含量/μg | 加标量/μg | 回收率/% | 平均回收率/% | RSD/% | 平均RSD/% |
---|---|---|---|---|---|---|
柠檬黄 | 0 | 5 | 85.2 | 92.6 | 1.5 | 1.4 |
200 | 93.6 | 1.9 | ||||
400 | 98.9 | 0.8 | ||||
苋菜红 | 0 | 5 | 86.8 | 95.6 | 6.7 | 3.8 |
200 | 98.4 | 3.5 | ||||
400 | 101.6 | 1.3 | ||||
靛蓝 | 0 | 5 | 91.2 | 96.7 | 5.7 | 3.8 |
200 | 97.6 | 0.9 | ||||
400 | 101.3 | 4.8 | ||||
胭脂红 | 0 | 5 | 90.2 | 96.5 | 1.7 | 1.4 |
200 | 98.9 | 0.9 | ||||
400 | 100.5 | 1.5 | ||||
日落黄 | 0 | 5 | 92.5 | 98.0 | 1.5 | 0.9 |
200 | 99.1 | 0.8 | ||||
400 | 102.5 | 0.5 | ||||
诱惑红 | 0 | 5 | 100.3 | 99.4 | 1.7 | 1.2 |
200 | 99.7 | 0.8 | ||||
400 | 98.3 | 1.0 | ||||
酸性红 | 0 | 5 | 98.3 | 100.3 | 3.1 | 1.6 |
200 | 104.6 | 1.1 | ||||
400 | 97.9 | 0.5 | ||||
赤鲜红 | 0 | 5 | 100.8 | 100.1 | 1.4 | 1.0 |
200 | 98.0 | 0.7 | ||||
400 | 101.4 | 0.9 | ||||
亮蓝 | 0 | 5 | 86.1 | 94.8 | 2.3 | 1.7 |
200 | 101.4 | 2.0 | ||||
400 | 96.9 | 0.7 | ||||
喹啉黄 | 0 | 5 | 95.3 | 98.1 | 2.9 | 1.9 |
200 | 100.5 | 2.4 | ||||
400 | 98.6 | 0.5 |
本研究以10种水溶性着色剂为目标物,采用微波辅助提取接装纸中着色剂,通过对样品前处理方法的优化,对方法的精密度、准确度、回收率进行考察,建立了烟用接装纸中10种水溶性合成着色剂的液相色谱分析方法。
采用以水/甲醇/乙腈(3∶1∶1,体积比)为萃取溶液,微波功率300 W、提取时间3 min、固液比为1∶100,提取10种着色剂,经反相液相色谱法对柠檬黄、苋菜红、胭脂红、日落黄、诱惑红、亮蓝、酸性红、赤藓红、靛蓝、喹啉黄进行分离分析,使用配有二极管阵列的高效液相色谱仪测定,外标法定量。该方法在0.5~20.0 μg/mL线性范围内,相关系数大于0.999,方法检出限在0.95~3.21 μg/g,方法定量限在3.16~10.72 μg/g;在5、200、400 μg 3个水平进行加标回收实验,回收率在92.6%~100.3%。
参考文献
韩云辉.浅析烟用接装纸产品的卫生安全性[J].中国造纸, 2006, 25(6): 57-60. [百度学术]
HAN Y H. Analysis of the Health and Safety of Cigarette Paper[J].China Pulp & Paper, 2006, 25(6): 57-60. [百度学术]
Chen Q C,Mou S F,Hou X P,et a1.Determination of eight synthetic food colorants in drinks by high-performance ion chromatography[J].Journal of Chromatography A,l998,827(1): 73-81. [百度学术]
张常虎,翟云会.高效液相色谱法同时测定食品中的多种着色剂[J].化学与生物工程,2012, 29(11): 87-89. [百度学术]
ZHANG C H, ZHAI Y H. Simultaneous Determination of Various Colorants in Food by High Performance Liquid Chromatography[J]. Chemistry & Bioengineering,2012, 29(11): 87-89. [百度学术]
BHAKTI P H, Enio M B, Julie N B. Determination of Seven Certified Color Additives in Food Products Using Liquid Chromatography[J]. Journal Agriculture Food Chemistry, 2013, 61:3726-3736. [百度学术]
HO S L, JAE C C, SUNG B S, et al. Quantitative determination of carmine in foods by high-performance liquid chromatography[J]. Food Chemistry, 2014, 158: 521-526. [百度学术]
JULIEN B. Identification and Quantitation of Water-soluble Synthetic Colors in Foods by Liquid Chromatography/Ultraviolet-Visible Method Development and Validation[J]. ACS Omega, 2018, 3:6577-6586. [百度学术]
高家敏,曹 进,丁 宏.高效液相色谱法测定保健食品胶囊剂硬胶囊壳中的合成着色剂[J].食品安全质量检测学报,2017,8(6):2105-2110. [百度学术]
GAO J M. CAO J, DING H,et al. Determination of synthetic colorants in health food capsule shells by high performance liquid chromatography[J].Journal of Food Safety & Quality,2017,8(6):2105-2110. [百度学术]
高家敏,钮正睿,李红霞, 等.高效液相色谱法测定饮料中12种水溶性合成着色剂[J].食品安全质量检测学报,2019,10(1):135-140. [百度学术]
GAO J M, NIU Z R, LI H X, et al. Determination of 12 kinds of water-soluble synthetic colorants in drinks by high performance liquid chromatography[J].Journal of Food Safety & Quality,2019,10(1):135-140. [百度学术]
佟芳荻, 张 婷, 何 婷, 等.高效液相色谱法测定食品中11种合成着色剂[J].食品安全质量检测学报,2019,10(2):533-538. [百度学术]
TONG F D, ZHANG T, HE T, et al. Determination of 11 kinds of synthetic colorants in foods by high performance liquid chromatography[J]. Journal of Food Safety & Quality,2019,10(2):533-538. [百度学术]
于 辉,张鹏飞,杜 娟, 等.聚酰胺吸附法和超声提取法在合成着色剂分析中的应用对比[J].分析测试技术与仪器,2018,24(2):124-128. [百度学术]
YU H, ZHANG P F, DU J, et al. Comparative Study on Analysis of Synthetic Colorants by Polyamide Adsorption and Ultrasonic Extraction Methods[J]. Analysis and Testing Technology and Instruments, 2018,24(2):124-128. [百度学术]
王希平.食品中合成色素检测方法的改进[J].商品与质量,2019 (26): 113. [百度学术]
WANG X P. Improvement of Detection of Synthetic Pigments in Food[J].Commodities and Quality,2019 (26): 113. [百度学术]