离子色谱法同时测定卷烟纸中几种金属离子的含量

ICS5000离子色谱仪（配电导检测器），美国DIONEX公司；台式恒温回旋振荡器，江苏太仓市华美生化仪器厂；KQ2200E超声清洗仪，江苏省昆山市超声仪器有限公司。0.20 μm水相滤膜；一级水，电阻率18.2 MΩ·cm；Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺混合标液，国家标准物质；65%硝酸，分析纯，Merk；98%硫酸、37%盐酸，均为分析纯，国药集团；甲酸，色谱纯，Merk；乙酸，优级纯，Merk。

截取适当长度的卷烟纸样品，剪碎，准确称取0.100 g（精确至0.001 g）样品于100 mL聚四氟乙烯三角瓶中，加入0.01 mol/L 的65%硝酸溶液，振荡萃取40 min，静置后取2 mL上层清液经0.20 μm水相滤膜过滤，进行离子色谱分析。

Ion Pac CG12A阳离子分析柱（4 mm×250 mm）；Ion Pac CG12A阳离子保护柱（4 mm×50 mm）；淋洗液为浓度20 mmol/L的甲基磺酸（MSA），流速1.0 mL/min；采集时间15 min；洗脱方式为等度；检测器为电导检测器；柱箱温度30℃，检测池温度35℃；进样量25 μL；抑制器电流59 mA。

在上述色谱条件下，对卷烟纸中的Na⁺、K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺ 4种金属离子进行分析测定，保留时间定性，外标法定量，并计算含量。

选取离子色谱分析常用的几种萃取剂，分别为0.01 mol/L盐酸、0.01 mol/L硫酸、0.01 mol/L硝酸、1%甲酸和1%乙酸，进行萃取和色谱分析。实验结果见表1。从表1可以看出，对于卷烟纸中的Na⁺、K⁺、Ca²⁺含量，几种萃取剂的萃取效果差别不大，但硝酸对Mg²⁺的萃取结果明显高于其他几种萃取剂。因此，选用0.01 mol/L硝酸为萃取剂。

采用超声法、振荡法及匀浆法3种方法进行实验，结果见表2。从表2个可以看出，匀浆法测试结果略好于振荡法和超声法，超声法对Ca²⁺的萃取效果明显偏低，但采用匀浆法时每台匀浆机一次只能处理一个样品，不适用于批量检测，因此选用振荡萃取法。在振荡时间实验中，将振荡时间设置为20、30、40和50 min，结果见表3。从表3可以看出，振荡40 min后各金属离子含量测试结果最高。

配制4种浓度分别为0.005、0.010、0.020和0.050 mol/L的硝酸溶液，检测结果见表4。从表4可以看出，萃取剂浓度的变化对检测结果影响较小，从配制的便利性和准确性考虑，选择萃取剂的浓度为0.010 mol/L。

将卷烟纸样品剪成1.0 cm×1.0 cm的碎片，分别称取0.05、0.10及0.20 g样品，在100 mL聚四氟乙烯容量瓶中加入100 mL 0.01 mol/L硝酸溶液振荡萃取40 min，结果见表5。从表5可以看出，在相同体积的萃取剂中，随着样品量的加大，卷烟纸中金属离子的含量测试结果逐渐减少，考虑到称量的便利性及结果的准确性，选择样品量为0.10 g。

图1是卷烟纸样品离子色谱图。由图1可见，各个阳离子峰分离度好，检测基线平整，离子峰在15 min内出峰，检测速度快。

图1  卷烟纸样品离子色谱图

Fig. 1  Ion chromatograms of cigarette paper samples

配制6级标准工作溶液，质量浓度分别为0.5、1.0、5.0、10.0、25.0、50.0 mg/L。用离子色谱仪测定一系列混合标准工作溶液，4种离子分别在0~50 mg/L的浓度范围内线性相关度较好，标准工作曲线相关系数R²>0.9995（见表6）。一般情况下，卷烟纸中的Ca²⁺质量浓度是超出该标准曲线范围的，应对前处理的样品进行适当稀释后再进行Ca²⁺测定。

对标准曲线中的最低浓度标液连续重复进样10次，统计10次测定结果的标准偏差，以3倍标准偏差作为各离子的检出限，10倍标准偏差作为各离子的定量限（见表7）。

将一卷烟纸样品同时制备7个平行样品，进行离子色谱测定，统计测试结果的相对标准偏差（RSD），结果见表8，测定结果的变异系数统计值均小于5%，说明该方法的重复性较好，具有较好的精密度。

准确称取卷烟纸样品，分别添加低、中、高3个不同浓度的标准溶液，按照1.2的方法处理样品，进行色谱分析，各离子的加标回收率见表9。

对10个在用的卷烟纸样品进行了金属离子的测定，测试数据见表10。从表10可以看出，卷烟纸中Ca²⁺含量最多，这是因为碳酸钙填料是生产卷烟纸的主要原料之一，且不同的卷烟纸的Ca²⁺含量相差不大，而卷烟纸中助燃剂的主要成分是钾盐和钠盐，因此，K⁺和Na⁺的含量次之，且由于助燃剂的添加量要与卷烟烟丝配方相匹配，不同品牌的卷烟纸之间K⁺和Na⁺含量是有差别的。