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電子煙液體中的重金屬分析-安捷倫5110ICP-OES
來源:安捷倫科技有限公司
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作者:安捷倫科技有限公司
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發布時間: 2019-05-13
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據**衛生組織報道，**每年約有 700 萬人死于煙草 (1)。大多數了解煙草危害的吸煙者都想戒煙。越來越多的人開始轉而使用電子煙，其被認為是傳統香煙的一種更安全的替代品。預計**蒸氣產品市場將繼續快速增長。到 2014 年為止，已有466 種品牌和 7764 種口味的電子煙補充液（電子煙液體）在市面上銷售 (2)。盡管電子煙蒸氣中不含煙草煙霧中的有害燃燒產物，但**使用電子煙仍會對人體健康造成危害。
2016 年 5 月，歐盟煙草制品指令 (2014/40/EU) 開始施行。該
指令對煙草及相關產品進行了相應規定，包括電子煙的安全
性、質量和通知要求 (3)。同樣，2016 年 8 月，美國 FDA *
終確定了一項規則，將監管范圍擴大到包括電子煙在內的所有
煙草制品 (4)。
法國**標準化協會 (AFNOR) *近出臺了兩項針對電子煙
(XP D90-300-1) 和電子煙液體 (XP D90-300-2) 的非強制性質量
和安全標準 (5)。除各種有機化合物外，AFNOR 標準規定制造
商和測試實驗室還必須測定電子煙液體中的某些重金屬。
在本研究中，使用 ICP-OES 測定了兩種電子煙液體樣品中的
砷、鎘、汞、鉛和銻。由于不同的電子煙液體產品通常使用不
同的丙二醇 (PG)、甘油 (VG) 和乙醇 (EtOH) 配比，因此所有分
析標樣都進行了基質匹配。本實驗的目的是開發一種可靠的方
法，用于在 AFNOR 標準方法規定的濃度水平下對電子煙液體
中的重金屬進行常規檢測。
實驗部分
儀器
采用配備 SPS 3 自動進樣器的 Agilent 5110 垂直雙向觀測 (VDV) ICP-OES 進行所有測量。進樣系統由 SeaSpray 霧化 器、雙通道玻璃旋流霧化室和標準 1.8 mm 內徑中心管炬管組 成。以鈧作為內標。向每種溶液中手動加入 1 mg/L Sc，以補 償因 PG、VG 和 EtOH 的不同配比造成的電子煙液體基質的任 何差異。
所有測量均在水平等離子體觀測模式下進行，因為僅需要對痕 量元素進行分析。儀器操作條件匯總于表 1 中，分析所選擇的 波長如表 2 所示。
FACT 背景校正
丙二醇和甘油中的碳引起的光譜干擾會導致背景升高并更為 復雜。快速自動曲線擬合技術 (FACT) 是由安捷倫 ICP Expert 軟件提供的一款用于背景校正的譜圖解卷積工具。傳統的離 峰背景校正無法以足夠的準確度或精密度有效測定分析物峰 下的背景信號。 FACT 無需手動確定所有元素的校正點，從而簡化了方法開發 過程。使用該軟件對碳發射引起的復雜背景結構建模，能夠 更準確地測量分析物信號。基于空白和分析物的譜圖，可輕 松創建 FACT 模型。 FACT 可將有機基質中元素的定量限降低一個數量級，且不增 加分析時間 (6)。
標樣和樣品前處理
利用純水稀釋丙二醇 (48.5%)、植物甘油 (49.5%) 和乙醇 (2%) 的混合液五次，制得空白溶液。 使用空白溶液稀釋含有 1g/L 砷、鎘、汞、鉛和銻的標準溶 液。配制濃度分別為 0、50、100、200 μg/L 的基質匹配校準 標樣。 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兩種不同樣品。樣品 1 為 100% 甘油，樣品 2 為 50% 丙二醇和 50% 甘油。在分析之前，用純 水將兩種電子煙液體樣品稀釋 5 倍 (v/v)。 將 100 ppb 的每種分析物加標至樣品中，測試五種重金屬元素 的回收率。
結果與討論
校準線性
表 3 總結了所有五種元素的校準標樣濃度范圍和相關系數。在 所有情況下，相關系數均大于 0.999。As 和 Hg 的代表性校準 曲線如圖 1 所示。
檢測限和定量限
（LOD 和 LOQ） 根據空白溶液 10 次重復測定的 3σ 和 10σ，分別確定每種元 素的檢測限 (LOD) 和定量限 (LOQ)。
AFNOR 標準方法 XP D 90-300-2 規定了電子煙液體中痕量重 金屬的上限，如表 4 所示。由于樣品經過稀釋，因此還列出 了溶液的 LOQ。使用 FACT 背景校正在 5110 VDV ICP-OES 上 獲得的 LOQ 均遠低于標準方法規定的*大限值。
圖 2 展示了 As、Cd、Pb 和 Sb 的 FACT 背景校正示例。不同
顏色的峰展示了 FACT 如何對重疊發射譜線進行解卷積。藍色
為總發射譜線，紅色是干擾峰，綠色是從總譜圖扣除干擾后的
結果。對于復雜基質，FACT 可實現比其他背景校正方法更低
的檢測限、更高的回收率和更好的精密度。
方法精密度
為了測試該方法的精密度，多次測量 50 μg/L 基質匹配標樣中 的五種元素。所有元素 RSD 均小于 3.5%，獲得了良好的精密 度。回收率均在 ±10% 范圍內（表 5）。
加標回收率
向兩種不同的電子煙液體稀釋樣品加標 0.1 mg/L As、Cd、 Hg、Pb 和 Sb（在未稀釋樣品中相當于 0.5 mg/L）。 如表 6 所示，所有回收率均在目標濃度的 ±10% 以內。** 的回收率證明 5110 ICP-OES 能夠在所需濃度下準確測定含 有 100% 甘油或 50% 丙二醇/50% 甘油的電子煙液體樣品中的 As、Cd、Hg、Pb 和 Sb。在兩種電子煙液體樣品中，LOQ 之 上未檢測到五種元素。
結論
Agilent 5110 垂直雙向觀測 (VDV) ICP-OES 可用于在 ANFOR XP D90-300-2 標準規定的濃度下對電子煙液體中的五種重金 屬進行常規分析。法國是**開發非強制性標準化工具來幫助 提高電子煙使用者安全保障的**。 通過將垂直取向的炬管和等離子體的穩定性與水平觀測 ICP-OES 的靈敏度相結合，在所有選定波長下獲得了**的檢 測限。 FACT 背景校正進一步改善了電子煙液體樣品的方法檢測限。 FACT 建模可有效校正其他方式無法解決的高度復雜的背景 結構。 盡管電子煙液體基質復雜，在 XP D90-300-2 標準規定的濃 度水平下，對五種重金屬的檢測仍獲得了良好的準確度和精 密度。
參考文獻
1. **衛生組織，Tobacco fact sheet，2018 年 5 月查閱， http://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/ tobacco
2. S.H. Zhu, J.Y. Sun, E. Bonnevie et al. Four hundred and sixty brands of e-cigarettes and counting: implications for product regulation. Tob Control 2014; 23 (Suppl 3): iii 3–9
3. Electronic cigarettes: European Union Article 20 of the Tobacco Products Directive (2014/40/EU)，2018 年 5 月 查閱，https://ec.europa.eu/health/tobacco/ecigarettes_en
4. The Facts on the FDA's New Tobacco Rule: US Food and Drug Administration，2018 年 5 月查閱，https://www.fda. gov/ForConsumers/ConsumerUpdates/ucm506676.htm
5. AFNOR. French Standardization. XP D90-300-2. Electronic cigarettes and e-liquids―Part 2: Requirements and test methods for e-liquids，2018 年 5 月查閱，https://www. afnor.org/en/news/vaping-afnor-publishes-methodcharacterizing-emissions/
6. 使用 FACT 光譜譜圖解析軟件對復雜樣品進行實時光譜校 正，安捷倫出版物，2016，5991-4837CHCN
實驗部分
儀器
采用配備 SPS 3 自動進樣器的 Agilent 5110 垂直雙向觀測 (VDV) ICP-OES 進行所有測量。進樣系統由 SeaSpray 霧化 器、雙通道玻璃旋流霧化室和標準 1.8 mm 內徑中心管炬管組 成。以鈧作為內標。向每種溶液中手動加入 1 mg/L Sc，以補 償因 PG、VG 和 EtOH 的不同配比造成的電子煙液體基質的任 何差異。
所有測量均在水平等離子體觀測模式下進行，因為僅需要對痕 量元素進行分析。儀器操作條件匯總于表 1 中，分析所選擇的 波長如表 2 所示。
FACT 背景校正
丙二醇和甘油中的碳引起的光譜干擾會導致背景升高并更為 復雜。快速自動曲線擬合技術 (FACT) 是由安捷倫 ICP Expert 軟件提供的一款用于背景校正的譜圖解卷積工具。傳統的離 峰背景校正無法以足夠的準確度或精密度有效測定分析物峰 下的背景信號。 FACT 無需手動確定所有元素的校正點，從而簡化了方法開發 過程。使用該軟件對碳發射引起的復雜背景結構建模，能夠 更準確地測量分析物信號。基于空白和分析物的譜圖，可輕 松創建 FACT 模型。 FACT 可將有機基質中元素的定量限降低一個數量級，且不增 加分析時間 (6)。
標樣和樣品前處理
利用純水稀釋丙二醇 (48.5%)、植物甘油 (49.5%) 和乙醇 (2%) 的混合液五次，制得空白溶液。 使用空白溶液稀釋含有 1g/L 砷、鎘、汞、鉛和銻的標準溶 液。配制濃度分別為 0、50、100、200 μg/L 的基質匹配校準 標樣。 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兩種不同樣品。樣品 1 為 100% 甘油，樣品 2 為 50% 丙二醇和 50% 甘油。在分析之前，用純 水將兩種電子煙液體樣品稀釋 5 倍 (v/v)。 將 100 ppb 的每種分析物加標至樣品中，測試五種重金屬元素 的回收率。
結果與討論
校準線性
表 3 總結了所有五種元素的校準標樣濃度范圍和相關系數。在 所有情況下，相關系數均大于 0.999。As 和 Hg 的代表性校準 曲線如圖 1 所示。
檢測限和定量限
（LOD 和 LOQ） 根據空白溶液 10 次重復測定的 3σ 和 10σ，分別確定每種元 素的檢測限 (LOD) 和定量限 (LOQ)。
AFNOR 標準方法 XP D 90-300-2 規定了電子煙液體中痕量重 金屬的上限，如表 4 所示。由于樣品經過稀釋，因此還列出 了溶液的 LOQ。使用 FACT 背景校正在 5110 VDV ICP-OES 上 獲得的 LOQ 均遠低于標準方法規定的*大限值。
方法精密度
為了測試該方法的精密度，多次測量 50 μg/L 基質匹配標樣中 的五種元素。所有元素 RSD 均小于 3.5%，獲得了良好的精密 度。回收率均在 ±10% 范圍內（表 5）。
加標回收率
向兩種不同的電子煙液體稀釋樣品加標 0.1 mg/L As、Cd、 Hg、Pb 和 Sb（在未稀釋樣品中相當于 0.5 mg/L）。 如表 6 所示，所有回收率均在目標濃度的 ±10% 以內。** 的回收率證明 5110 ICP-OES 能夠在所需濃度下準確測定含 有 100% 甘油或 50% 丙二醇/50% 甘油的電子煙液體樣品中的 As、Cd、Hg、Pb 和 Sb。在兩種電子煙液體樣品中，LOQ 之 上未檢測到五種元素。
結論
Agilent 5110 垂直雙向觀測 (VDV) ICP-OES 可用于在 ANFOR XP D90-300-2 標準規定的濃度下對電子煙液體中的五種重金 屬進行常規分析。法國是**開發非強制性標準化工具來幫助 提高電子煙使用者安全保障的**。 通過將垂直取向的炬管和等離子體的穩定性與水平觀測 ICP-OES 的靈敏度相結合，在所有選定波長下獲得了**的檢 測限。 FACT 背景校正進一步改善了電子煙液體樣品的方法檢測限。 FACT 建模可有效校正其他方式無法解決的高度復雜的背景 結構。 盡管電子煙液體基質復雜，在 XP D90-300-2 標準規定的濃 度水平下，對五種重金屬的檢測仍獲得了良好的準確度和精 密度。
參考文獻
1. **衛生組織，Tobacco fact sheet，2018 年 5 月查閱， http://www.who.int/en/news-room/fact-sheets/detail/ tobacco
2. S.H. Zhu, J.Y. Sun, E. Bonnevie et al. Four hundred and sixty brands of e-cigarettes and counting: implications for product regulation. Tob Control 2014; 23 (Suppl 3): iii 3–9
3. Electronic cigarettes: European Union Article 20 of the Tobacco Products Directive (2014/40/EU)，2018 年 5 月 查閱，https://ec.europa.eu/health/tobacco/ecigarettes_en
4. The Facts on the FDA's New Tobacco Rule: US Food and Drug Administration，2018 年 5 月查閱，https://www.fda. gov/ForConsumers/ConsumerUpdates/ucm506676.htm
5. AFNOR. French Standardization. XP D90-300-2. Electronic cigarettes and e-liquids―Part 2: Requirements and test methods for e-liquids，2018 年 5 月查閱，https://www. afnor.org/en/news/vaping-afnor-publishes-methodcharacterizing-emissions/
6. 使用 FACT 光譜譜圖解析軟件對復雜樣品進行實時光譜校 正，安捷倫出版物，2016，5991-4837CHCN
來源：安捷倫科技有限公司
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