烟草金属形态分析研究

1,各位领导 各位朋友 上午好!,2,烟草金属形态分析研究,中国科学技术大学烟草与健康研究和中心 张悠金 2015.7.8,3,汇报内容一、开展烟草和烟气金属形态研究的背景和意义二、国内外金属形态研究进展三、我们课题组已经开展的研究工作四、展望,4,一、背景和意义1.1 背景 近年来，随着全球性反吸烟运动的日益高涨和烟草控制框架公约的逐步实施，烟草及其产品的质量安全引起了人们的广泛关注。,5,2010年10月第九届亚太烟草与健康会议上发布了一项中国与其他国家烟草的对比研究结果：中国产13个品牌香烟检测出含有金属，其中，铅、砷和镉等金属元素含量与加拿大产香烟相比，最高超出三倍以上。 2010年10月美国烟草控制期刊也报道了关于中国产78个品牌香烟中金属元素的检测结果。 这些研究结果的报道和有关媒体的渲染，再一次把烟草行业推到关注产品质量安全的风口浪尖上 。,6,为了进一步加强我国卷烟产品质量安全工作，国家烟草专卖局党组于2010年11月17日就烟草产品质量安全召开了专题办公会议，强调烟草行业从上到下都要对金属元素的质量安全予以重视。 2010年12月13日，国家烟草专卖局党组又专门召开了各直属单位“一把手” 卷烟质量安全会议，进一步强调了质量安全的“一把手”责任制。 随后各中烟公司和各省烟草局都召开了相关会议，高度重视烟草及其制品金属安全性。 烟草行业对烟草及其制品的安全性管控和金属管控越来越严。,7,植物中的金属元素存在不同形态，不同形态对人体的作用是不同的。 Pb： 铅是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属。 有机铅的毒性比无机铅大:大鼠的毒性试验表明，经腹腔注射不同形态铅化物，其半致死量LD50(mg/kg)差异很大，氧化铅为400，硫化铅为 1600，砷酸铅800，醋酸铅150，四乙基铅口服致死剂量为15。,8,As： 在自然界，主要砷化物形态有：亚砷酸盐(As)、砷酸盐(As)、一甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)。 主要砷化物对大鼠的半致死量LD50(mg/kg)分别为：As()14，As()20，MMA700-1800，DMA700-2600，AsC6500，AsB10000。这些数据表明无机砷的毒性最大，甲基化砷的毒性较小，而AsC、AsB和砷糖常被认为无毒的，砷与有机基团结合越多，毒性越小。 As3+的毒性最大，如As2O3的毒性很强，20mg可致死。人体内三价砷易与巯基结合形成稳定的络合物，从而阻碍细胞呼吸，使细胞代谢发生障碍，有致癌性。五价砷会在许多生化反应中与磷酸竞争，因为键的不稳定，很快会水解而导致高能键(如ATP) 的消失。氢化砷被吸入之后会很快与红血球结合并造成不可逆的细胞膜破坏。,9,Hg：常见的汞形态主要包括金属汞、无机汞(一价及二价化合物)、甲基汞，乙基汞等。汞化合物的毒性与其化学形态密切相关，有机汞具有脂溶性能，容易被机体吸收，因此毒性远远大于无机汞，有机汞与烷基结合的越少，毒性越小。人体血液中甲基汞的含量超过0.2g/g便会出现中毒症状。常见的无机汞化物有甘汞（HgCl）和升汞(HgCl2)等，甘汞的溶解度较低，毒性较小，所以少量的甘汞可当作泻药和利尿剂。升汞较易溶于水，其毒性较大，致死量为1-2g。,10,Se： 植物中硒存在的化学形式分为有机硒和无机硒两大类。无机硒主要包括硒酸(Se6+)、亚硒酸(Se4+)，是植物吸收的主要形式；有机硒则包括硒代半胱氨酸、硒同型半胱氨酸、甲基硒等含硒小分子以及硒与蛋白质、纤维和碳水化合物中的C、N等原子相结合而形成的含硒生物大分子。 从大蒜、洋葱、韭菜等植物中鉴定出硒甲基硒代半胱氨酸是主要的硒化物，它与-谷氨酰硒甲基硒代半胱氨酸(硒甲基硒代半胱氨酸的运输载体)被认为是植物中存在的具有抗肿瘤效应物质。人体内的硒元素主要以2种生物活性含硒化合物的形式存在(含硒酶和含硒蛋白)，广泛存在于组织、体液及毛发中，具有清除自由基、排除体内毒素、抗氧化、能有效地抑制过氧化脂质的产生、防止血凝块、清除胆固醇、增强免疫和修复生物膜损伤等功能。 但是，硒过量也会导致心肾功能障碍，腹泻，脱发。,11,Ni：镍是一些酶的组成部分，适量的镍可以激活肽酶、刺激生血机能，镍的积极作用通常指Ni2+，如Ni2+可能对心血管有益处，硫酸镍和溴化镍等曾用于治疗贫血。而四羰基镍Ni (CO)4则是一种致癌物，吸烟者更易患肺癌就是因为卷烟中含量较高的镍与烟雾中CO结合成Ni(CO)4所致。观察Ni2+进入细胞后的分布情况发现，不溶性镍盐进入细胞后很快进入细胞核内；而水溶性镍盐进入细胞后短时间内主要集中在胞浆，长时间作用后才能在核内聚集；可见水溶性镍盐进入细胞后很快被溶解消散，而不溶性镍盐却可长期停留在细胞中，因此，不溶性镍盐 (如Ni3S2、Ni2O3等)的致癌活性比水溶性镍化物高（如NiSO4、NiCl2）。,12,Cd：Cd2+是与毒性相关性最大的因素。动物实验表明不同形态镉造成的毒性差异也很显著，研究者比较了无机镉和硫蛋白型镉(Cd-MT)在老鼠体内的分布，结果表明注射的硫蛋白型镉(Cd-MT)在1h内大约有60%的镉从尿中排出，27%累积在肾脏中，而注射的CdCl2则有67%累积在肝脏中，仅0.03%从尿中排出。,13,Cr：人体每天需要Cr3+的量约0.06-0.36mg。Cr3+是葡萄糖耐量因子的中心活性成分，能协助胰岛素维持正常糖耐量。Cr3+能增强血浆卵磷脂胆固醇酞基转移酶、肝内皮细胞脂酶的活性以及脂蛋白脂酶的作用，使血脂、胆固醇下降。人们还发现，糖尿病、心肌炎、心肌病患者体内缺Cr3+。Cr6+的毒性大，它可影响细胞的氧化还原，能与核酸结合，干扰人体内重要酶体系的功能，对呼吸道、消化道有刺激、致癌作用，会损伤肾及肺。铬的致癌作用主要是指以正六价状态存在的铬。,14,1.2、意义 烟草金属主要是指As、Cd、Cr 、Pb、Ni 、Se 、Hg等。 一个安全性指标的合格与否可能决定一个品牌的成败，一个品牌的成败可能决定一个企业的兴衰，甚至严重影响一个行业的发展。 卷烟中的金属又是通过烟气进入人体的。烟气金属来自于卷烟的原辅材料，烟叶是卷烟的原料，卷烟的安全性在很大程度上取决于烟叶的安全性。 因此，加强烟叶和烟气金属的检测和监控十分重要而紧迫。,15,烟叶中金属元素也存在不同形态，如：不溶态、可溶态、无机态、有机态、不同价态、不同结合态，等等。 不同形态金属对人体的作用不同，有的对人体是有益的，有的对人体是有害的，有的毒性高，有的毒性低， 如：Se在一定量以下对人体是必需的，富硒烟叶，硒保健品等，但硒高于一定量后就会对人体有害；三价砷致癌；五价砷比三价砷毒性低些；六价铬致癌，三价铬毒性低；等等。 因此，判断烟草金属的危害性，不仅要考虑金属总量，还应该考虑金属不同形态和及其含量。,16,不同形态金属的物理化学性质不同，它们在烟气中的迁移特性必然不同，有的易迁移到烟气中，有的难迁移到烟气中。 对于那些金属总量高，而易迁移到烟气中的金属形态含量低的烟叶，按金属总量判断标准，这种烟叶在卷烟中应该少用或不用。但实际上这种烟叶应用到卷烟中时，其烟气中金属含量并不会高。所以按金属不同形态含量及其烟气迁移特性判断，这种烟叶在卷烟中不仅可用，而且可以适量使用。相反，那些虽然金属总量不高，而易迁移到烟气中的金属形态含量高，这种烟叶反而不能多用或不能用。 因此，用金属含量判断烟叶工业可用性时，不仅要考虑金属总量，而且还要考虑金属不同形态含量及其烟气迁移特性。,17,就我们所知，关于植物中金属不同形态分离和检测技术研究报道较多，但关于烟草中金属不同形态的研究报道相对较少。近年来，随着行业对烟草金属研究的重视，关于烟草金属不同形态研究的报道逐渐增多。 因此，开展烟叶和烟气中金属不同形态分离和检测技术和金属不同形态烟气迁移特性的系统性研究对树立科学全面正确判断烟草金属有害性和烟叶工业可用性，不仅具有重要的理论意义，而且具有重要的实际应用价值和经济意义。,18,二、国内外金属形态分析研究进展2.1 概述 国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)形态分析是指证实分析物质的分子和原子状态的过程。 元素形态分为物理形态和化学形态，其中物理形态是指元素在样品中的物理状态，如溶解态、胶体和颗粒状等；化学形态是指元素以某种离子或分子的形式存在，其中包括元素的价态、结合态、聚合态及其结构等。 形态分析就是定量分析检测样品中元素物理形态和化学形态的过程。,19,形态分类随研究对象的不同而有所不同。一种是分为无机态、有机态化合物与生物活性物质结合态等；另一种使用较广泛的形态分类方法是按操作定义的形态进行分类，即选用合适的试剂将金属提取物分成数类,有水溶态，残渣态以及有机质结合态等。 初级形态分析主要是求出可溶态元素的种类及含量，并用滤膜将不溶态与可溶态分开，在分离基础上进行有关元素含量测定。 次级形态分析的目的是在上一层次已确定有关元素种类基础上，测出游离态；区分有机态和无机态；用特定的分离方法区分离子价态及金属元素的具体结合形态。,20,2.2 元素不同价态分离2.2.1 元素价态分离方法 沉淀-共沉淀法：沉淀-共沉淀法是一种经典的分离富集方法，其在20世纪60年代起迅速发展得益于Luke CL技术：在溶液中加入沉淀剂和少量的金属离子(称为载体Carrier)共沉淀溶液中痕量金属元素。近年来，新的共沉淀剂不断涌现，其应用日益广泛。硫酸锌与氢氧化钠配制成的6.0mg/mL的氢氧化锌共沉淀剂在pH值为8.3-8.8之间可使Cr3+完全共沉淀，从而分离Cr3+和Cr6+。,21,吸附分离法:吸附方法主要有两种，其一是根据吸附材料对元素不同价态的吸附性能的差异，先选择性地分离、测定其中一种价态的含量，然后再将另一种价态经过氧化或还原后测定元素的总量，用差减法求得另一价态的含量；另一种方法是通过改变吸附条件(如介质pH值)，或采用不同性能的吸附材料，分别测定试样中不同的价态。根据吸附剂的不同，可分为巯基棉吸附、壳聚糖吸附、树脂分离等。,22,萃取法 溶剂萃取法：利用不同形态元素对溶剂的亲和能力不同而达到分离的目的。可选择pH=5.1柠檬酸缓冲溶液萃取As3+，0.2mol/L乙酸萃取二甲基砷酸（DMA）。 固相萃取：由液固萃取和柱液相色谱技术相结合发展而来，是一种填充固定相的短色谱柱，根据样品中不同组分在固相填料上作用力不同，使被测组分与其他组分分离，达到浓缩被测组分或除去干扰物质的目的。,23,色谱法：是一种利用混合物中诸组分在两相间的分配原理以获得分离的方法。由液相色谱、气相色谱和超临界流体色谱等组成的现代色谱学己成为元素形态分离的基础，如阴离子交换色谱（液相色谱）常被用来分离As3+、As5+、一甲基砷酸MMA、二甲基砷酸DMA。近年来，高效液相色谱与原子吸收光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱、质谱等联用的分析方法对复杂体系中的元素形态分析发挥着重要作用。,24,同步辐射X射线吸收精细结构分析法 :同步辐射是高能带电粒子在磁场中沿曲线轨道做回旋加速运动时，沿轨道切线方向发出一种极强的电磁辐射。由于它最初是在同步加速器上观察到的，便被称为同步辐射。在同步辐射X射线吸收技术中，将X射线能量调整至与所研究的元素中内电子层一致，再用于探测样品，然后监测吸收的X射线数量与其能量的函数关系。Hu等利用同步辐射X射线吸收法检测了烟叶粉末、烟灰、主流烟气粒相物中As3+、As5+和Cd2+的含量。Liu等则建立了检测烟叶、烟灰、主流烟气粒相物中As3+、As5+的X射线吸收近边结构法。,25,2.2.2 几种具体价态分离技术 直接分离检测As不同价态技术 HPLC与ICP-MS联用技术的关键是接口问题，即样品溶液经HPLC分离后在线引入ICP的雾化系统。杨丽君等建立了一种同时测定阿散酸、亚砷酸根、砷酸根、砷胆碱、砷甜菜碱、一甲基砷和二甲基砷等7种砷形态的HPLC-ICP-MS技术。样品采用人工胃液作为提取液进行超声处理，再以碳酸铵溶液和水作为流动相，采用阴离子分析柱将样品提取液进行分离，最后进入电感耦合等离子体质谱测定。各砷形态在1-50ug/kg范围内线性关系良好，相关系数均在0.999以上；在1、2、10ug/kg3个添加水平进行了方法学验证，平均回收率为84.3-106.6%，相对标准偏差为1.4-4.2%。 杨丽君，胡巧茹，郭 伟等.高效液相色谱电感耦合等离子体质谱联用同时测定鸡肉与鸡肝中的7种砷形态J.色谱，2011,29(5):394-39,26,氢化物原子吸收光谱法(HG-AAS) 关于砷的形态分析方法的氢化物发生法, 其原理是不同的砷化物在不同的条件下被硼氢化钠选择性地还原, 生成相应的砷化氢及其有机衍生物, 从而实现不同形态砷的测定。 As3+在pH4-9时被硼氢化钠还原成砷化氢, As5+在pH1-2时被氰基硼氢化钠还原成As3+, 然后在同样的pH条件下再被硼氢化钠还原成砷化氢。 CH3AsO(OH)2和(CH3)2AsO(OH)在pH1-2时分别被硼氢化钠还原成CH3AsH2和(CH3)2AsH。产生的气态砷化物在液氮下被吸附柱捕集, 然后在不同温度下分别将其加热气化后分离、测定, 砷化氢的沸点为-55, 甲基砷化氢的沸点为2 , 而二甲基砷化氢的沸点为55。 Del RAZOLM, STYBLOM, CULLENWR, et al. Determination of trivalent methylated arsenicals in biological matricesJ. Toxicol Appl Pharmacol, 2001, 174 (3): 282-293.,27,毛细管电泳电感耦合等离子体质谱法（CE-ICP-MS） 赵云强等建立了一种CE-ICP-MS联用技术分析检测6种不同形态砷化物的方法。详细研究了缓冲溶液的种类、pH值和浓度、分离电压以及进样时间等因素对6种砷化物的分离度、灵敏度和重现性等影响。结果表明，在H3BO3-Na2B4O7 (浓度比4:1，pH=9) 缓冲溶液体系，分离电压18kV、分离时间25min的较佳条件下，三价砷、 一甲基砷、 二甲基砷、 五价砷、砷胆碱和砷甜菜碱6种化合物得到完全分离。6次平行测定中，6种砷化物峰面积的相对标准偏差为3-5%，回收率为90%-103%。 赵云强,郑进平,杨明伟,付凤富.毛细管电泳电感耦合等离子体质谱法测定藻类中6种不同形态的砷化合物J.色谱，2011,29(2):111-114.,28,直接分离检测Cr不同价态技术 朱敏等用离子色谱和电感耦合等离子体质谱联用法同时测定样品中三价铬和六价铬. 经ICS-AG 14A( Dionex, USA) 阴离子色谱柱分离，60mmol/L HNO3淋洗液淋洗，用等离子体质谱仪在线测定了Cr()和Cr() ，并对影响测定的各种因素进行了研究。该方法可以在2min内分离并测定Cr()和Cr()。Cr() 和Cr()的检出限分别为0.05g/L和0.5g/L。线性范围从0.5g/L到500g/L，跨越4个数量级，RSD( n=6) 优于2。 朱敏, 林少美, 姚琪, 徐子刚, 朱岩.离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用检测尿样中的三价铬和六价铬J.浙江大学学报( 理学版),2007,34(3):326-329.,29,反相离子对色谱-电感耦合等离子体质谱（RPIP-ICP-MS） 王华建等建立了反相离子对色谱与电感耦合等离子体质谱联用技术快速分离测定水中痕量Cr3+和Cr6+的方法。通过考察流动相的pH值、离子对试剂及甲醇的浓度和EDTA的添加等对不同形态铬的保留时间及分离度的影响，确定当流动相组成为20mmol/LTBA(阴离子络合剂)，5%(V/V)甲醇，pH=5.5时，Cr3+和Cr6+可达最佳分离。ICP-MS测定时选用碰撞池技术以消除40Ar12C+与35Cl16OH+对52Cr+的谱学干扰；进样100L时，Cr3+和Cr6+的检出限分别为0.15g/L和0.16g/L。加标回收率在93.6%-106.2%之间；RSDSONASE。甲醇快速溶剂萃取尽管速度较快，但占主体的无机As仅部分溶出，所以提取效率不高；盐酸浸提可破坏烟草的结构，As溶出率较高，但是对有机As的提取效果较差，而且高浓度氯离子的引入也会对ICP-MS的检测造成干扰；而甲醇/水(体积比1:1)超声提取虽然提取效率不是最高的，但是能同时将有机As和无机As提取出来，较客观地反映出样品中As的形态分布，因此本实验采用甲醇水超声提取进行样品前处理。,42,（4）同步辐射X射线吸收精细结构分析法直接检测烟末、烟灰、烟气中的As(III)、 As(V) 同步辐射是高能带电粒子在磁场中沿曲线轨道做回旋加速运动时，沿轨道切线方向发出一种极强的电磁辐射。由于它最初是在同步加速器上观察到的，便被称为同步辐射。 同步辐射X-射线吸收精细结构（X-rays absorption fine structure, XAFS）技术原理：当X射线穿过物体时，会被物体吸收而使其强度衰减。这种强度衰减服从指数规律。精密测量表明，在吸收限附近高能一侧，吸收曲线呈现上下波动的精细结构，吸收曲线在吸收限附近的精细结构，与吸收体中产生该吸收限原子的周围其他原子近程配位排列情况有关，对这种精细结构进行测量、分析和计算，就可获得有关吸收原子周围原子排列情况等很多信息，并可进行定量。,43,同步辐射X射线吸收精细结构分析法优点待测元素明确 (Ca - U)不需毁坏样品适用于不同物态样品（气体、液体、固体） 不需要经过预分离或化学预处理，可避免样品预处理过程对元素形态的干扰，保持原位的化学形态信息，获得更可靠的元素化学形态信息。,44,Traditional Cambridge filter pad（传统的剑桥滤片）: metal contamination（易带入金属污染） Electrostatic precipitation （静电沉淀）: generating ozone and other charged species （产生臭氧和其他的带电物种） Impaction trapping（阻塞俘获）（见图2.7）:,图2.7 烟气样品收集装置,烟气捕集装置,45,图2.8 As2O5、As2O3标准 XANES谱（左）; 烟末、烟灰、烟气中As的XANES谱（右）,46,2.9 标准谱、 烟末、烟灰、烟气中的As XANES衍生谱(左); 样品中As(III)、 As(V) 的线性组成（右）,47,图2.10 不同形态Cr XANES标准谱,48,Jin Hu,Chuan Liu, Kevin McAdam. Synchrotron X-ray analysis on oxidation states of arsenic and cadmium in cut tobacco powder, cigarette ash and mainstream smoke total particulate matter.2009 CORESTA,18-22, October, 2009,Aixen-Provence,France. C. Liu, J. Hu, K.G. McAdam. A feasibility study on oxidation state of arsenic in cut tobacco, mainstream cigarette smoke and cigarette ash by X-ray absorption spectroscopy J. Spectrochimica Acta Part B, 2009,64,12941301.,49,其他涉及金属形态分析研究的文献如下： 1、叶毓琼,邓越全. 离子交换-AES法分析茶水中可溶性铁、铜、锰、锌的无机态和有机态J.四川大学学报(自然科学版),1995,32(3):329-333. 2、李磊,谢明勇,孙振华等.青钱柳叶植物药中生命元素的溶出特性及其化学形态研究J.高等学校化学学报,2000,21(5):707-709. 3、仇佩虹,杨小凤,叶筱琴.马蹄金中铁、钙、镁、铜、锌、锰、镍的形态分析J.药物分析杂志, 2006,26(2):265-267. 4、齐文启,陈树榆,林淑钦.用DDTC-Mn2+共沉淀分离无焰原子吸收测定天然水中痕量的Cr3+和Cr6+J.光谱学与光谱分析,1990,10(4):46-49. 5、李琳 ,冯易君.氢氧化铝共沉淀浮选石墨炉原子吸收测水中铬()与铬()J.光谱学与光谱分析,1998.18(3):354-358.,50,6、赵仕林,姚廷伸.痕量砷的价态分析新方法J.四川师范大学学报(自然科学版),1991,14(2): 97-101. 7、秦大伟,王建成,邱飞程.巯基棉富集法测定水中六价铬J.工业水处理,1999,19(3):33-34. 8、姜建生,黄金泉,钱沙华等.交联壳聚糖在硒的形态分析中的应用J.光谱学与光谱分析,1999, 19(1):75-77. 9、高丽荣,杨莉丽,张德强.树脂动态分离- 氢化物发生- 原子荧光光谱法测定中成药中砷()和砷()J.河北大学学报,2003,23(2):162-166. 10、霍小平,刘存海.用磷酸三丁酯萃取分离Cr()J.电镀与精饰,2010,32(3):40-43.,小结,1、目前国内外元素分析中，前处理方法有消解法、湿消化法、干灰化法、酸提取法、离子交换法、萃取法等，每种方法具有不同的特点。见表2。 2、分离方法中，随着近年技术发展，元素形态分离主要依靠色谱及其联用技术，更为先进的同步辐射技术也逐渐被采用。但传统的过柱分离也因其适用范围广，操作条件要求低而占有一席之地。 3、元素形态分析检测方法主要有电感耦合等离子体质谱法( ICPMS) 、等离子体原子发射光谱法( ICPAES) 原子荧光光谱法( AFS) 、电喷雾质谱法( ESMS)、 电喷雾串联质谱法( ESMSMS) 等。其中，ICP MS因其极高的检测灵敏度 ( 10-15)、可以方便地与分离技术联用以及可以同时检测多种元素的特点而应用最广泛。,表 2 不同前处理方法,53,三、我们课题组近年来开展的研究工作 我们的研究主要集中在二个方面： 一是烟叶和烟气中不同形态（包括不溶态、可溶态、无机态、有机态、不同价态等）的分离和检测方法。 二是烟叶中金属不同形态在烟气中的迁移特性研究。,54,由前所述，目前关于植物中金属不同形态分离和检测技术研究的报道较多；但关于烟草和烟气中金属不同形态的研究报道相对较少，尤其是烟气中金属不同价态，报道极少。 因此，开展烟叶和烟气中金属不同形态分离和检测技术研究不仅十分紧迫而必要；而且在国内外的研究起步较晚，几乎还没有开展过,具有重要的创新性；不仅具有重要的理论意义，而且还具有重要的实用价值和巨大的经济效益。,55,技术路线1,烟叶中金属不同形态分离,烟叶粉末样品,萃取膜分离,溶剂种类和离心时间等条件优化,不溶态,可溶态,树脂种类、树脂高度、溶液pH、无机和有机态淋洗液浓度优化,树脂柱分离,无机态,有机态,方法学研究,建立烟叶中金属不同形态分离方法,3.1 烟叶和烟气中金属不同形态分离技术路线,56,技术路线2,烟气中金属不同形态分离,烟气粒相物,提取液,卷烟,无机态,价态2,有机态,价态1,57,烟气与烟叶金属之间关系研究,烟叶粉末,单料烟卷烟,金属总量及各形态含量,烟气金属含量,不同金属总量和各形态含量分布,烟气金属分布,烟气转移率,烟气中金属含量与烟叶中金属总量及其不同形态含量之间的关系,技术路线3,58,1、不溶态和可溶态分离 将烟叶粉末样品溶解超声提取离心取上清液0.45um膜过滤，得金属元素不溶态固体物和可溶态滤液。 对提取过程中的溶剂种类和离心时间进行条件实验,得提取分离较佳条件。在较佳条件下提取分离得到金属不溶态和可溶态样品。 将所得金属不溶态样品消解，检测得到金属不溶态和可溶态含量。,3.2 烟叶中金属形态分离研究,59,不溶态和可溶态分离条件实验 提取剂种类：实验选取0.1mol/LHCl、超纯水、95%乙醇三种提取剂进行实验，固定超声时间和离心时间，按照金属不溶态与可溶态的分离方法进行分离，得到不溶态、可溶态样品，上机进行检测。根据三种提取剂可溶态含量的高低，确定较佳可溶态提取剂。不同提取剂条件下烟叶中金属元素不溶态、可溶态检测结果见表3.1。,60,表3.1 不同提取剂下烟叶中金属元素不溶态、可溶态检测结果（n=3，平均值SD）,61,离心时间：实验选取15、30、45、60min四个时间点，以超纯水为提取剂，固定超声时间30min，按照金属不溶态与可溶态的分离方法进行分离，得到不溶态、可溶态样品，上机进行检测。烟叶中金属元素可溶态含量随离心时间变化见图3.1-3.2。,62,图3.1 离心时间对As可溶态含量的影响 (n=3, 误差线=SD),63,图3.2 离心时间对Cd可溶态含量的影响 (n=3, 误差线=SD),64,精密度：为了考察上述烟叶中金属不溶态与可溶态分离方法的准确性和精密度，选取上述较佳条件进行6次平行实验，实验结果见表3.2和3.3。,65,表3.2 烟叶中As不溶态和可溶态分离精密度 (n=6),66,表3.3 烟叶中Cd不溶态和可溶态分离精密度 (n=6),67,2、烟叶中金属无机态和有机态分离 为了有效地分离烟叶中金属无机态和有机态，分别选取树脂种类、树脂高度、样品液pH值、无机态淋洗液HNO3浓度和有机态洗脱液乙醇浓度进行条件试验,结果见表3.4和3.5和图3.3-3.4。,68,表3.4 不同实验条件对烟叶中无机态As回收率的影响（n=3，平均值SD）,69,表5 不同实验条件对烟叶中无机态Cd回收率的影响（n=3，平均值SD）,70,图3.3 乙醇浓度对有机态As回收率的影响 (n=3, 误差线=SD),71,图3.4 乙醇浓度对有机态Cd回收率的影响 (n=3, 误差线=SD),72,由表3.4-3.5和图3.3-3.4可知：烟叶中金属As和Cd无机态和有机态分离的较佳条件分别是：AB-8大孔吸附树脂、树脂高度10.0cm、样品液pH值3.0、无机态淋洗液HNO3浓度1.0%和有机态淋洗液70%乙醇。,73,精密度和回收率：为了考察上述烟叶中金属无机态与有机态分离方法的准确性和精密度，选取上述较佳条件进行了6次平行实验，并进行加标实验。金属无机态与有机态的分离方法精密度和回收率结果见表3.6-3.7。,74,表3.6 精密度和无机态As回收率（n=6）,75,表3.7 精密度和无机态Cd回收率（n=6）,76,由表3.6和3.7可知，在上述较佳条件下,对于As和Cd元素的相对标准偏差和回收率均符合要求。因此，上述分离方法可有效地分离烟叶中金属As和Cd的无机态和有机态。,3. 3 烟气中As和Cr的不同价态分离,3.3.1 烟气中As的不同价态分离 1.树脂分离法分离烟气中As价态 用超声溶剂提取剑桥滤片捕集的卷烟主流烟气中的砷， 用AB-8大孔吸附树脂按烟叶中分离As有机态和无机态的方法分离烟气中的有机态和无机态砷，用717强碱性阴离子交换树脂进一步分离无机态中的As()和As()。 通过柱分离条件优化，得到的较佳实验条件为：树脂高度10.0cm、样品溶液pH7.0、 As(V)淋洗液HNO3浓度0.5mol/L。,2. HPLC-ICP/MS联用法分离烟气中As价态 选取甲醇-水溶液(v/v)的浓度分别为：0%（超纯水）、10%、30%、50%、70%、100%（纯甲醇）六个等级进行卷烟主流烟气粒相物的萃取，萃取完成后，将萃取液用0.45m滤膜过滤，滤液转移到进样管中用HPLC-ICP/MS联用法进行As不同形态的分析。,。,图3.5 50%甲醇-水溶液作为提取剂样品峰图,由图3.5可以看出，出峰顺序先后为：二甲基砷、三价砷、五价砷。但二甲基砷峰图放大后看，它不是一个单个峰，而是一个峰包；三价砷峰图较小，积分面积积不出来，从而导致检测值为负的；五价砷能够清晰的看到，但是峰图面积较小；未出现一甲基砷的峰图，说明烟气样品中一甲基砷含量较低检测不出来或者未能分离开来。 样品基质复杂、干扰较大；样品中三价砷、五价砷含量很低；必须对样品进行净化处理。,对样品前处理条件进行优化：采用30 mM (NH4)2CO3（ 氨水调至pH=10.3）水溶液萃取滤片，超声萃取30min后，吸取3mL萃取液经PCX阳离子交换固相萃取柱净化，在碱性条件下，PCX阳离子固相萃取柱对三价砷及五价砷均无保留，收集流出液上机检测即可，结果见图3.6和图3.7。,图3.5 典型卷烟烟气样品谱图,图3.6 1.0 ug/L标准溶液谱图,3.As价态分离（HPLC-ICP/MS联用法与树脂分离法） 的比对试验 用HPLC-ICP/MS联用法与树脂分离法对同一样品的三价砷和五价砷含量进行测定，试验结果如表3.8所示，考虑到样品含量属痕量分析范畴，二种方法检测结果较为一致，均可适用于卷烟烟气中三价砷和五价砷含量的测定。 表3.8 比对试验数据,3.3.2 烟气中Cr的不同价态分离 PCX阳离子交换固相萃取柱分离法 利用PCX阳离子交换固相萃取柱保留阳离子，不保留阴离子的特性，对样品溶液中的三价铬(Cr3+)及六价铬(Cr2O72-)进行分离检测。 样品前处理优化： 超声时间：超声萃取60min后，样品含量趋于稳定；溶液pH值：比较了样品萃取后原液与调节样品溶液pH值到7.0时铬不同价态含量的变化，试验表明样品溶液pH值对三价铬及六价铬的检测结果无明显影响。 洗脱液选择：当氨水浓度达到5%（体积比）时，六价铬的回收率不再增加，趋于稳定，表明六价铬已经被完全洗脱下来。,表3