离子色谱法同时测定卷烟纸中钠、钾、镁和钙

离子色谱法同时测定卷烟纸中钠、钾、镁和钙

纸张卷的理化特性对烟支架的燃烧、吸痰和有害成分的含量有一定影响。例如,柠檬酸钠和柠檬酸钾是卷烟纸中常用的助燃剂。在一定的范围内,随着添加量的增加能显著降低主流烟气中的焦油、一氧化碳和烟碱含量。卷烟纸中添加某些无机镁盐后,可以改善其最大分解温度,降低烟支在燃烧过程中产生的有害物质含量。碳酸钙是生产卷烟纸的重要原料之一,其性能和含量的高低对卷烟纸的燃烧性、透气度、灰分、匀度和抗张强度等有重要影响。因此,准确测定卷烟纸中的钠、钾、镁和钙含量,对于评估卷烟纸性能和稳定卷烟质量具有一定意义。纸制品中钠、钾、镁等元素的测定方法主要有原子吸收光谱法、火焰分光光度法和离子色谱法等。这些方法中火焰分光光度法灵敏度较低,原子吸收光谱法线性范围较窄且每次只能测定一种元素。离子色谱法是20世纪70年代的一项新的液相色谱分析技术,具有灵敏度高,分析速率快,能同时检测多种离子等优点。目前,用离子色谱法测定卷烟纸中柠檬酸盐、钾、钠和硝酸根含量已有报道。本工作采用微波消解样品-离子色谱法测定卷烟纸中钠、钾、镁和钙含量。1试验部分1.1标准储备溶液和超纯水溶液ICS3000离子色谱仪,Multiwave3000型微波消解仪(配备HF100型消解罐),Direct-Q型超纯水器,MettlerAX504型电子天平。标准储备溶液:称取一定量的氯化钠、氯化钾、六水合氯化镁和二水合氯化钙,分别用硝酸(2+98)溶液溶解并定容至50mL容量瓶中,制成Na+、K+、Mg2+、Ca2+质量浓度为1.0,10.0,1.0,15.0g·L-1标准储备溶液。使用时用超纯水稀释至所需浓度。所用试剂为分析纯及以上,试验用水为超纯水。1.2阳离子自再生抑制器csrsIonPac®CS16阳离子交换柱(5mm×250mm),CG16保护柱(5mm×50mm),电导检测器;阳离子自再生抑制器(CSRS®ULTRAⅡ,4mm),抑制器电流95mA;洗脱液0.027mol·L-1甲烷磺酸,流量1.2mL·min-1;进样量为10μL;柱温为35℃,池温为40℃。1.3微波消解法称取卷烟纸试样0.30g,置于微波消解罐中,依次加入硝酸(65+35)溶液5mL、过氧化氢2mL和氢氟酸(40+60)溶液0.15mL,然后按微波消解程序(见表1)进行消解,消解后待温度降至70℃时取出消解罐。将消解液转移至50mL容量瓶中,用40mL水洗涤消解罐2～3次,洗液一并加至容量瓶中,用水定容到刻度。移取2.00mL于50mL容量瓶中,用水定容,然后用0.45μm水系针筒式微孔滤膜过滤后,在仪器工作条件下进样分析。同时做空白试验。2结果与讨论2.1卷烟纸中滑石粉的提取试验发现,卷烟纸中钠、钾可采用浸提法以水或稀酸(盐酸或硝酸)提取;钙元素需用一定浓度的盐酸或硝酸提取。但某些卷烟纸中,镁元素用水或稀酸均不能提取完全,因为卷烟纸中有时会含有少量滑石粉,该物质的化学性质非常稳定,不溶于水,普通的盐酸、硝酸或硫酸也很难将其分解,需加入一定量的氢氟酸加热将其分解。试验发现:当称样量为0.30g时,加入硝酸(65+35)溶液5mL、过氧化氢2mL和氢氟酸(40+60)溶液0.15mL,然后按微波消解程序进行消解,消解后的溶液为淡黄色澄清液体(没有观察到不溶物),能够将钠、钾、镁、钙4种元素提取完全。2.2柱温的影响考察了不同柱温时Na+、K+、Mg2+、Ca2+离子的分离情况。结果表明:当柱温在35℃～40℃之间时,Na+、K+、Mg2+、Ca2+的分离度和峰形均较好,其选择性系数由低到高的顺序为Na+、K+、Mg2+、Ca2+;随着柱温下降,钾离子的选择性系数显著增大,导致钾和镁的分离度变差。试验选择柱温为35℃。2.3阳离子交换剂分离度的优化离子色谱法检测样品时,如果采用微波消解法进行样品前处理,在分析前需进行赶酸,这是因为酸消解后的样品溶液pH值很低,使阳离子交换剂的离子化受到抑制,但是赶酸需再增加专门的设备,而且操作繁琐。试验考察了CS12、CS16两种色谱柱,将消解液转移到50mL容量瓶中,用水定容后摇匀。然后移取2.00mL于50mL容量瓶中,用水定容,即可满足CS16色谱柱的进样要求(无需赶酸),且所得到的色谱图峰形和分离度均较好(图1和图2)。试验选用CS16色谱柱。2.4标准曲线和检出限按试验方法对Na+、K+、Mg2+、Ca2+等4种离子的标准溶液系列进行测定,Na+、K+、Mg2+、Ca2+的质量浓度在一定范围内与溶液的电导(μS)呈线性关系,线性范围、线性回归方程、相关系数和检出限见表2。2.5回收率按试验方法对卷烟纸样品溶液进行测定,其相对标准偏差(n=5)在0.87%～3.4%之间,并做加标回收试验,结果见表3。2.6相对标准偏差指标按试验方法对国内具有代表性的15个牌号卷烟纸进行测定。结果发现:卷烟纸中钙含量最高,其平均值为115.7mg·g-1,且不同牌号间差别较小,相对标准偏差仅为6.4%。其次是钾,平均值6.35mg·g-1