烟支中有机磷农药向主流烟气粒相物和烟蒂的转移初探

第四章烟支中有机磷农药向主流烟气粒相物和烟蒂的转移
初探
引言
卷烟烟气可以说是世界上被研究的最广泛而深入的物质之一。

到1982年，已经从主流烟气中鉴定出4000多种成分。

1991年，有人估计，烟气中存在的成分大约为已经鉴定的20倍以上，也就是说会超过100000种。

烟气一般分为两部分物质，即粒相物和气相物。

粒相物是指用标准剑桥玻璃纤维滤片从烟气中截留的颗粒直径大于0.2um的烟气物质，剑桥滤片截留粒相物的效率大于99%。

在众多烟气粒相物成分中，则有可能会出现农药的残留。

目前文献报道的对烟气中农药的研究较少。

大部分是对第一代农药向烟气的转移研究，如DDT[115]，林丹[116]和很多其它有机氯农药。

因为它们的环境毒性，都已被各国当局禁止在烟草上使用。

在已报道的研究中，大部分是对卷烟或者卷烟烟叶（烤烟，白肋烟）进行加标研究的，还有一些事对雪茄和斗烟加标的研究[117,118]。

当使用卷烟作为研究对象时，农药可以被加进不同的部分[119]或是均匀地分散到整支卷烟中，通常是通过使用注射器对卷烟注射一定量的农药来实现[120]（其中所使用的卷烟大多为Kentucky reference cigarettes[121,122,123]或E/76[124,125]）。

有时候也会采用其它的加标方式，例如，Moshy和Halter[126]在制造再造烟草薄片前加入克菌丹，然后卷制成含克菌丹的卷烟，并测定这种杀真菌剂的转移率。

当对烟株进行研究时，可以通过添加到土壤中[127]或通过喷洒在烟株上[128]来实现。

在烟叶作为研究对象的情况下，往往是通过喷洒农药来实现。

本研究采用烟支为加标对象，通过使用注射器在烟支中加入29种有机磷混合标液，对有机磷农药残留向主流烟气和烟蒂的转移率进行研究，为卷烟安全性评价提供数据。

本研究中分别测定卷烟抽吸前烟蒂对应的部分（X1），在卷烟抽吸过程中
实际燃烧的烟支部分（X2）（如图4.1所示），以及卷烟抽吸后烟蒂（Y1），收集的主流烟气（Y2）（如图4.2所示）中29种农药残留的含量。

根据测试结果，分别计算目标农药在烟蒂和主流烟气中的转移率：
烟蒂中的转移率ETB
ETB=2
1
1X X Y （4.1） 主流烟气中的转移率ETM ETM=2
2
X Y
4.1 材料与方法
4.1.1仪器与试剂
ASE200 加速溶剂萃取仪（Dionex ， USA ），配33ml 的不锈钢萃取池；Gilson ASPEC XL4-V2 自动固相萃取仪（Gilson Labs ，France ）；Buchi Rotavapor R-200 旋转蒸发仪（Buchi ， Switzerland ）； 6890N GC/5975B MS 气相色谱-质谱仪（Agilent ， USA ）；RM20H 吸烟机（BORGWALDT-KC,German ）;石英纤维滤片（直径92mm ，Millipore ，USA ）；气体流量计（测试范围0-6L/min ，A.P.BUCK Inc ， USA ）；固相萃取小柱：硅胶柱（500mg ， 3mL ），石墨柱（250mg ， 3mL ），购于 Supelco 公司；硅藻土：购于 Varian （Basel ， Switzerlan ）。

试剂：丙酮、甲苯、环己烷、乙酸乙酯均为农残级（Tedia ， USA ）；
农药标准物质：敌敌畏、速灭磷、甲基内吸磷、灭线磷、二溴磷、甲拌磷、特丁硫磷、二嗪磷、地虫硫磷、乙拌磷、安硫磷、磷胺、甲基对硫磷、皮蝇磷、甲基嘧啶磷、杀冥硫磷、马拉硫磷、毒死蜱、倍硫磷、对硫磷、溴硫磷、毒虫畏、杀扑磷、杀虫畏、苯线磷、丙溴磷、氟杀硫磷、保棉磷、益棉磷和灭蚁灵（内标），购于德国 Augsburg 公司。

4.1.2样品分析
加标平衡后的卷烟按国标GB/T19609方法，用RM20H 型孔道吸烟机抽吸后，留取每轮烟蒂，放入加速溶剂萃取池中；用剑桥滤片收集烟气粒相物，然后将滤片取下用脱脂棉擦洗补集器内壁合并放入加速溶剂萃取池中。

加入内标后，用丙酮萃取剑桥滤片上的有机磷农药，乙酸乙酯-环己烷（1:1，V/V ）混合溶液萃取烟蒂中的有机磷农药。

萃取条件如下：温度：100℃；压力：100atm ；加热时间：5min ；静态萃取时间：3min ；冲洗体积：10%的萃取池体积；净化气：N 2；吹扫时间：60s ；循环次数：3。

在加速溶剂萃取得到的溶液中加入1mL 的甲苯作为保护剂，然后使用旋转蒸发仪浓缩到1mL 。

取0.1mL 浓缩锅的萃取液加入到硅胶柱中（预先用2mL 的丙酮以3mL/min 的速度处理），用0.2mL 的甲苯淋洗SPE 柱，然后用1.1mL 的丙酮-甲苯（83:17，V/V ）的混合溶剂洗提农药，先流出的0.3mL 弃掉，余下的收集到样品收集瓶中。

把收集的溶液加入到二级SPE 石墨柱中（预先用2mL 的丙酮以3mL/min 的速度处理），用0.8mL 的丙酮洗提，收集洗脱液（共约0.8mL ）。

取洗脱液进行GC-MS 分析，分析条件为：HP-5MS 熔融石英毛细管柱，柱长60m ，内径0.25mm ，膜厚0.25μm ；进样量：1μL ，不分流模式进样，进样口温度210℃；程序升温：40℃持续2min ，以每分钟20℃的速度升至150℃，然后以每分钟3℃的速度升至270℃，持续15min ；载气为氦气，恒流模式，流速：1.0mL/min ；
电离模式：EI，能量70eV；离子源温度250℃；扫描方式：选择离子检测（SIM）模式。

根据农药的相对保留时间和定性鉴别离子进行定性鉴别；内标法定量，以灭蚁灵为内标，浓度0.5μg/mL。

4.2结果与讨论
4.2.1有机磷农药向主流烟气粒相物和烟蒂的转移率
取卷烟一组，挑选重量和吸阻合格的烟支，向其中加入29种有机磷农药混标50μl，用微量注射器均匀注射，置于恒温恒湿中平衡48h，按照GB/T16450《常规分析用吸烟机定义和标准条件》调整检查吸烟机抽吸参数，RM20H型转盘式20孔道吸烟机上抽吸。

收集剑桥滤片和烟蒂，经萃取净化后测定，计算有机磷农药向主流烟气和烟蒂的转移率。

每个水平测6次，按照式4.1和4.2计算得出平均转移率和相对标准偏差，如表4.1和图4.3所示。

由表4.1和图4.3可以看出，烟支中29种有机磷农药的主流烟气粒相物平均转移率为0~6.3%，RSD为8.0%~18.5%，其中马拉硫磷为41.9%；而烟蒂平均截留率为0.3%~15.0%，RSD 为6.5%~21.3%，其中磷胺为28.8%，保棉磷为55.8%。

由此可以看出，虽然各种有机磷农药有不同程度的向主流烟气粒相物和烟蒂转移，但是其转移率是很低的，同时由于卷烟中农药残留本来很少，经过抽吸后其转移的量是微乎其微的。

表4.1 有机磷农药向主流烟气粒相物和烟蒂的转移率
Table 4.1 transfer rate into mainstream smoke and butt of organophosphorus pesticide
农药加标量/支
（μg）主流烟气平
均转移率
主流烟气转
移率RSD
（n=6）
烟蒂平均截
留率
烟蒂截留率
RSD（n=6）
敌敌畏 5.174 0.04% 11.1% 3.4% 7.7% 速灭磷 3.967 n.d. 3.1% 15.5% 甲基内吸磷0.500 6.3% 17.2% 15.0% 13.3% 灭线磷 4.650 0.8% 17.5% 2.2% 19.2% 二溴磷 2.439 n.d. 3.0% 11.1% 甲拌磷 1.000 5.4% 9.8% 12.1% 8.4% 特丁硫磷 1.000 5.7% 14.5% 6.8% 21.3% 二嗪磷 3.789 4.0% 12.3% 8.2% 6.8% 地虫硫磷 4.370 3.7% 13.4% 8.5% 6.5% 乙拌磷 2.500 4.3% 10.3% 9.5% 12.3% 安硫磷 1.000 5.2% 17.5% 8.3% 18.8% 磷胺 1.466 n.d. 2.2% 28.8% 甲基对硫磷 2.910 0.8% 16.5% 2.4% 10.4%
表4.1 有机磷农药向主流烟气粒相物和烟蒂的转移率
皮蝇磷 2.162 2.1% 13.1% 5.2% 8.3%
甲基嘧啶磷 2.700 4.2% 12.6% 9.8% 17.0%
杀冥硫磷 2.274 1.1% 13.4% 3.4% 17.7%
马拉硫磷 2.322 0.2% 41.9% 2.7% 19.6% 毒死蜱 3.656 4.5% 15.4% 8.9% 9.2% 倍硫磷 2.011 2.9% 12.1% 6.5% 11.4% 对硫磷 2.453 2.5% 14.4% 11.7% 19.4% 溴硫磷 2.849 2.1% 14.0% 5.7% 8.7% 毒虫畏 2.294 1.5% 14.0% 4.4% 14.5% 杀扑磷 2.700 3.2% 8.0% 10.2% 20.1% 杀虫畏 3.200 0.2% 16.5% 1.3% 18.1% 苯线磷 2.890 2.4% 15.6% 4.8% 13.7% 丙溴磷 4.137 2.2% 13.5% 5.1% 10.4%
氟杀硫磷 2.117 1.7% 18.1% 5.0% 14.4% 保棉磷 2.730 n.d. 0.3% 55.8% 益棉磷 5.026 1.5% 18.5% 3.4% 13.3% n.d.=not detect
4.2.2转移率和分子结构的关系
有机磷的分子结构示意图如下图所示，其中X可以为O或S，分别考查不同农药的转移率，得出结论如下：
R1 X
P
R2Z
1 X为O时其主流烟气粒相物转移率较低，一般在2.4%以下，烟蒂转移率也在5.10%以下，如图4.4所示。

在上图9种有机磷中，其中二溴磷、磷胺、速灭磷、敌敌畏和灭线磷的Z 基上不含有苯环，而杀虫畏、毒虫畏、丙溴磷和苯线磷的Z基上则带有苯环，由此看出，Z基上带苯环的比不带苯环的转移率相对较高，这可能因为带苯环的结构较为，不易分解，因此转移率较高。

2 X为S时比X为O时其大部分主流烟气粒相物转移率较高，在2.10%以上，如图4.5所示。

而且大部分硫磷的转移率和其沸点成负线性相关，烟蒂转移率线性系数为0.8932，主流烟气粒相物线性系数为0.8577，线性良好，如图4.6所示。

4.3 小结
通过对29种有机磷农药的主流烟气粒相物转移率和烟蒂截留率研究，表明主流烟气粒相物中有机磷农药的转移率较低，而烟蒂截留率相对较高，表明农药残留向主流烟气粒相物转移不显著；通过对转移率和分子结构研究，表明转移率和分子结构有一定的关系。

全文总结
（1）建立了一种以氯唑磷为内标，用加速溶剂萃取、自动固相萃取净化和气象色谱法-FPD检测器同时检查烟草中22种有机磷农药残留的方法。

结构表明，22种有机磷农药的平均回收率在95%~116%之间，相对标准偏差在8%（n=6）以下，该方法适合烟草中22种有机磷农药残留量的同时检测和普查分析。

（2）建立了一种用加速溶剂萃取，自动固相萃取净化，气相色谱-质谱联用检测烟草中29种有机磷农药残留的快速高效的方法。

利用保留时间定性，以灭蚁灵位内标进行定量，在0.1-0.2、0.4-0.6、0.8-1.0μg/g三个加标水平上，29种有机磷农药的平均回收率在76%-119%之间，相对标准偏差在8%以下（n=6），且该方法消耗低，自动化程度高，符合农药多残留检测的要求。

（3）通过对烟支进行加标后抽吸，探讨了有机磷农药向主流烟气和烟蒂的转移情况，其向主流烟气的平均转移率为0~6.3%，相对标准偏差为8.0%~18.5%（其中马拉硫磷为41.9%），而烟蒂平均截留率为0.3%~15.0%，相对标准偏差为6.5%~21.3%（其中磷胺为28.8%，保棉磷为55.8%），表明有机磷农药向主流烟气粒相物中转移不显著；通过对转移率和分子结构研究，表明转移率和分子结构有一定的关系。