电子烟液体中重金属的分析-安捷伦ICP-OES

        2016 年 5 月，欧盟烟草制品指令 (2014/40/EU) 开始施行。该 指令对烟草及相关产品进行了相应规定，包括电子烟的安全 性、质量和通知要求 (3)。同样，2016 年 8 月，美国 FDA 最 终确定了一项规则，将监管范围扩大到包括电子烟在内的所有 烟草制品 (4)。 法国国家标准化协会 (AFNOR) 最近出台了两项针对电子烟 (XP D90-300-1) 和电子烟液体 (XP D90-300-2) 的非强制性质量 和安全标准 (5)。除各种有机化合物外，AFNOR 标准规定制造 商和测试实验室还必须测定电子烟液体中的某些重金属。 在本研究中，使用 ICP-OES 测定了两种电子烟液体样品中的 砷、镉、汞、铅和锑。由于不同的电子烟液体产品通常使用不 同的丙二醇 (PG)、甘油 (VG) 和乙醇 (EtOH) 配比，因此所有分 析标样都进行了基质匹配。本实验的目的是开发一种可靠的方 法，用于在 AFNOR 标准方法规定的浓度水平下对电子烟液体 中的重金属进行常规检测。 
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​实验部分 
​仪器
​        采用配备 SPS 3 自动进样器的 Agilent 5110 垂直双向观测 (VDV) ICP-OES 进行所有测量。进样系统由 SeaSpray 雾化 器、双通道玻璃旋流雾化室和标准 1.8 mm 内径中心管炬管组 成。以钪作为内标。向每种溶液中手动加入 1 mg/L Sc，以补 偿因 PG、VG 和 EtOH 的不同配比造成的电子烟液体基质的任 何差异。 
        ​所有测量均在水平等离子体观测模式下进行，因为仅需要对痕 量元素进行分析。仪器操作条件汇总于表 1 中，分析所选择的 波长如表 2 所示。

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​FACT 背景校正
​        丙二醇和甘油中的碳引起的光谱干扰会导致背景升高并更为 复杂。快速自动曲线拟合技术 (FACT) 是由安捷伦 ICP Expert 软件提供的一款用于背景校正的谱图解卷积工具。传统的离 峰背景校正无法以足够的准确度或精密度有效测定分析物峰 下的背景信号。 FACT 无需手动确定所有元素的校正点，从而简化了方法开发 过程。使用该软件对碳发射引起的复杂背景结构建模，能够 更准确地测量分析物信号。基于空白和分析物的谱图，可轻 松创建 FACT 模型。 FACT 可将有机基质中元素的定量限降低一个数量级，且不增 加分析时间 (6)。
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​标样和样品前处理
        ​利用纯水稀释丙二醇 (48.5%)、植物甘油 (49.5%) 和乙醇 (2%) 的混合液五次，制得空白溶液。 使用空白溶液稀释含有 1g/L 砷、镉、汞、铅和锑的标准溶 液。配制浓度分别为 0、50、100、200 µg/L 的基质匹配校准 标样。 清洗溶液含 1% HNO3 和 1% HCl (v/v)。 本研究分析了由制造商提供的两种不同样品。样品 1 为 100% 甘油，样品 2 为 50% 丙二醇和 50% 甘油。在分析之前，用纯 水将两种电子烟液体样品稀释 5 倍 (v/v)。 将 100 ppb 的每种分析物加标至样品中，测试五种重金属元素 的回收率。
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​结果与讨论
校准线性
​        表 3 总结了所有五种元素的校准标样浓度范围和相关系数。在 所有情况下，相关系数均大于 0.999。As 和 Hg 的代表性校准 曲线如图 1 所示。

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​检测限和定量限
​        （LOD 和 LOQ） 根据空白溶液 10 次重复测定的 3σ 和 10σ，分别确定每种元 素的检测限 (LOD) 和定量限 (LOQ)。 
​        AFNOR 标准方法 XP D 90-300-2 规定了电子烟液体中痕量重 金属的上限，如表 4 所示。由于样品经过稀释，因此还列出 了溶液的 LOQ。使用 FACT 背景校正在 5110 VDV ICP-OES 上 获得的 LOQ 均远低于标准方法规定的最大限值。

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​        图 2 展示了 As、Cd、Pb 和 Sb 的 FACT 背景校正示例。不同 颜色的峰展示了 FACT 如何对重叠发射谱线进行解卷积。蓝色 为总发射谱线，红色是干扰峰，绿色是从总谱图扣除干扰后的 结果。对于复杂基质，FACT 可实现比其他背景校正方法更低 的检测限、更高的回收率和更好的精密度。

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​方法精密度 
​        为了测试该方法的精密度，多次测量 50 µg/L 基质匹配标样中 的五种元素。所有元素 RSD 均小于 3.5%，获得了良好的精密 度。回收率均在 ±10% 范围内（表 5）。

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​加标回收率
​        向两种不同的电子烟液体稀释样品加标 0.1 mg/L As、Cd、 Hg、Pb 和 Sb（在未稀释样品中相当于 0.5 mg/L）。 如表 6 所示，所有回收率均在目标浓度的 ±10% 以内。出色 的回收率证明 5110 ICP-OES 能够在所需浓度下准确测定含 有 100% 甘油或 50% 丙二醇/50% 甘油的电子烟液体样品中的 As、Cd、Hg、Pb 和 Sb。在两种电子烟液体样品中，LOQ 之 上未检测到五种元素。

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​结论
​        Agilent 5110 垂直双向观测 (VDV) ICP-OES 可用于在 ANFOR XP D90-300-2 标准规定的浓度下对电子烟液体中的五种重金 属进行常规分析。法国是shou个开发非强制性标准化工具来帮助 提高电子烟使用者安全保障的国家。 通过将垂直取向的炬管和等离子体的稳定性与水平观测 ICP-OES 的灵敏度相结合，在所有选定波长下获得了出色的检 测限。 FACT 背景校正进一步改善了电子烟液体样品的方法检测限。 FACT 建模可有效校正其他方式无法解决的高度复杂的背景 结构。 尽管电子烟液体基质复杂，在 XP D90-300-2 标准规定的浓 度水平下，对五种重金属的检测仍获得了良好的准确度和精 密度。
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​来源：安捷伦科技有限公司