CN101339103A

CN101339103A - 烟气捕集吸收装置及在卷烟烟气重金属元素测定中的应用

Info

Publication number: CN101339103A
Application number: CNA2008100587922A
Authority: CN
Inventors: 李银科; 施红林; 贺斌; 金永灿; 缪恩明; 陈章玉; 杨光宇
Original assignee: Yunnan Academy of Tobacco Science
Current assignee: Yunnan Academy of Tobacco Science
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2028-08-07
Also published as: CN101339103B

Abstract

本发明公开了一种烟气捕集吸收装置及在卷烟烟气重金属元素测定中的应用，包括外套管(1)、内套管(2)和密封塞(3)，外套管(1)、内套管(2)、密封塞(3)依次密封配合，内套管(2)中设置上筛板(6)、下筛板(4)，两筛板之间填充缓冲填料(5)。应用烟气捕集吸收装置测定卷烟烟气重金属的方法，对烟气中6种重金属元素的检出限在0.003－0.008μg/L之间；相关系数r≥0.9990；回收率在85％－103％之间；RSD＜3.4％。而且本发明装置可拆开清洗，清洗非常方便；该方法检测灵敏度高，检出限低，具有良好的准确度和精密度，可满足卷烟烟气中痕量重金属元素分析的要求。

Description

烟气捕集吸收装置及在卷烟烟气重金属元素测定中的应用

技术领域

本发明属于卷烟烟气有害成分分析测定技术领域，具体涉及一种烟气捕集吸收装置及其在电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定卷烟烟气6种有害重金属元素Hg、Pb、As，Cd，Cr，Ni中的应用。

技术背景

卷烟是一种特殊的食品，随着吸烟与健康运动的深入，人们对卷烟吸食的安全性问题越来越重视，重金属元素是卷烟中的一类重要有害成分。因此，准确测定卷烟烟气中的重金属元素对烟草安全性保证具有现实意义。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)是近年来迅速发展起来的一门新型分析测试技术，其主要特点是灵敏度高、检出限低、线性检测范围宽(可达8个数量级)，并可同时进行多元素测定等。在卷烟烟气中重金属元素的测定中，烟气的捕集直接影响测定的准确性。国内已有用许多ICP-MS测定重金属元素的报道，文献报道了用剑桥滤片收集粒相物，滤片用1％HNO₃溶液浸取，ICP-MS测定烟气总粒相物中重金属元素的方法。但是该方法只能捕集烟气粒相物中的重金属，不能全面反应烟气中重金属含量。其他烟气捕集方法有冷阱捕集、静电沉降捕集、取样袋直接捕集以及溶液捕集方法等，这些方法依然满足卷烟烟气捕集达到准确定量分析的要求。为此，本发明人在溶液捕集法的基础上研制开发了一种卷烟烟气捕集吸收装置，用于卷烟烟气中重金属元素的捕集，并在ICP-MS法测定卷烟烟气重金属元素种得以应用，并取得了满意的分析测试结果。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种便于拆开清洗，能够充分高效吸收烟气成分的烟气捕集吸收装置。

本发明的另一目的在于提供一种应用烟气捕集吸收装置测定卷烟烟气6种有害重金属元素Hg、Pb、As，Cd，Cr，Ni的方法。

本发明的第一目的是这样实现的，包括外套管、内套管和密封塞，外套管、内套管、密封塞依次密封配合，内套管中设置上下筛板，两筛板之间填充缓冲填料。

本发明的另一目的是这样实现的，包括下列步骤：

A、烟气捕集吸收装置中注入捕集剂5％的硝酸35mL，用于捕集卷烟烟气中的重金属元素；

B、检测卷烟的处理，取卷烟样品1条，在GB/T 16447标准规定的条件下进行平衡，挑选平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的烟只作为测试样品；将烟只密封装设于烟气捕集吸收器的吸入口机上，在YC/T 29标准规定条件下用吸烟机从烟气捕集吸收器排出口进行抽吸，每口抽吸容量为35.0±0.3mL，抽吸时间为2±0.1s，抽吸间隔为30±s，每次抽吸20支烟；捕集完后从烟气捕集吸收器中将吸收了烟气的捕集液倒出，分两次用7.0mL5％的硝酸超声清洗吸收器，溶液与捕集液合并后定容到50mL；同时按常规工艺制作对照空白样品；

C、仪器工作的参数选择：仪器RF功率1400W；采样深度7mm；等离子体气流：Ar，15L/min；载气：Ar，1.2L/min；辅助气：Ar，1.0L/min；雾化室温度：2℃；积分时间：0.05s；进样速度：0.4mL/min；选择同位素：²⁰⁸Pb、⁷⁵As、¹¹¹Cd、⁵²Cr、⁶⁰Ni和²⁰²Hg；选择Sc、Y、Bi和In作为内标物。

D、采用EPA 200.8方法推荐的干扰校正公式扣除同离子干扰；通过半定量扫描了解样品中主要元素、高含量元素，调整样品的测定浓度，使之处于测定线性动态范围内；用Pb、As、Cd、Cr、Ni和Hg的标准溶液和体积分数5％的硝酸配制一套混合标准溶液，并分别加入内标溶液，然后用等离子质谱仪进行测定，按实验方法对空白液连续进行10次测量，计算出计数值的标准偏差，以计数值标准偏差的3倍所对应的浓度作为检测限。计算公式为D_L＝3SD/k，其中SD为空白溶液的标准偏差，k为工作曲线斜率。

由于本发明采用了自行设计的烟气捕集吸收装置，与常规吸收装置相比，烟气的逸出可以得到缓和，在捕集剂中的停留时间延长；而且经筛板的分散和缓冲填料的缓冲，烟气吸收的表面积大大增大，可保证烟气与捕集剂接触充分，使烟气成分得到高效率的吸收，6种重金属元素的检出限在0.003-0.008μg/L之间；相关系数r≥0.9990；回收率在85％-103％之间；RSD＜3.4％。而且本发明装置可拆开清洗，清洗非常方便；该方法检测灵敏度高，检出限低，具有良好的准确度和精密度，可满足卷烟烟气中痕量重金属元素分析的要求。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制。

附图为本发明烟气捕集吸收装置结构示意图。

其中：1外套管，2内套管，3密封塞，4下筛板，5缓冲填料，6上筛板，7吸入口，8排出口。

具体实施方式

如附图所示，本发明烟气捕集吸收器，包括外套管1、内套管2和密封塞3，外套管1设有吸入口7，排出口8，外套管1、内套管2、密封塞3依次密封配合，内套管2中设置上筛板6、下筛板4，两筛板之间填充缓冲填料5。

所述的缓冲填料5为玻璃珠、陶瓷粒和四氟乙烯粉末等。

所述的缓冲填料5的粒径为50-150μm，尤其为80-120μm。

所述的上筛板6、下筛板4的孔径为30-50μm。

外套管1和内套管2之间，根据捕集烟气成分的不同选择合适的捕集液和材料，如硫酸、硝酸、盐酸和有机试剂等液体捕集；也可以选择固体吸附剂，如硅胶、活性炭、C18、弗罗里硅土、离子交换树脂、活性氧化铝和碳分子筛等。

应用烟气捕集吸收装置分析测定卷烟烟气中重金属元素的方法，包括下列步骤：

B、检测卷烟的处理，取卷烟样品1条，在GB/T 16447标准规定的条件下进行平衡，挑选平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的烟只作为测试卷烟；将烟只密封装设于烟气捕集吸收器的吸入口机上，在YC/T 29标准规定条件下用吸烟机从烟气捕集吸收器排出口进行抽吸，每口抽吸容量为35.0±0.3mL，抽吸时间为2±0.1s，抽吸间隔为30±s，每次抽吸20支烟；捕集完后从烟气捕集吸收器中将吸收了烟气的捕集液倒出，分两次用7.0mL5％的硝酸超声清洗吸收器，溶液与捕集液合并后定容到50mL；同时按常规工艺制作对照空白样品；

D、采用EPA 200.8方法推荐的干扰校正公式扣除同离子干扰；通过半定量扫描了解样品中主要元素、高含量元素，调整样品的测定浓度，使之处于测定线性动态范围内；根据待分析元素及其含量范围，用Pb、As、Cd、Cr、Ni和Hg的标准溶液和体积分数5％的硝酸配制一套混合标准溶液，并分别加入内标溶液，然后用等离子质谱仪进行测定，按实验方法对空白液连续进行10次测量，计算出计数值的标准偏差，以计数值标准偏差的3倍所对应的浓度作为检测限。计算公式为D_L＝3SD/k，其中SD为空白溶液的标准偏差，k为工作曲线斜率。

本发明烟气捕集吸收装置的工作过程：

捕集烟气时，卷烟烟气由外套管1的吸入口7吸进，由密封塞3的排出口8出，在内套管中装了孔径30-50μm的上下两个筛板，两筛板之间装直径100μm的玻璃珠作为缓冲；这样烟气吸入后通过下筛板分散为多股小气流，经过玻璃珠缓冲带，然后再由上筛板流出，再次得到分散，使烟气充分的被捕集液吸收。

表1回归方程、相关系数及检测限

实施例1：

取某品牌卷烟样品1条，在GB/T 16447标准规定的条件下进行平衡，挑选平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的烟只作为测试卷烟；将烟只密封装设于烟气捕集吸收器的吸入口机上，在YC/T 29标准规定条件下用吸烟机从烟气捕集吸收器排出口进行抽吸，每口抽吸容量为35.0±0.3mL，抽吸时间为2±0.1s，抽吸间隔为30±s，每次抽吸20支烟，烟气用35mL 5％的硝酸为捕集剂；捕集完后从烟气捕集吸收器中将吸收了烟气的捕集液倒出，分两次用7.0mL5％的硝酸超声清洗吸收器，溶液与捕集液合并后定容到50mL；同时按常规工艺制作对照空白样品。烟气中重金属的测定结果如下表2。

表2，样品1中重金属元素的测定结果

组分	As	Pb	Cd	Cr	Hg	Ni
组分	As	Pb	Cd	Cr	Hg	Ni	含量(μg/g)	0.522	4.21	3.15	4.13	0.122	2.61
RSD％(n＝5)	2.8-3.1	2.5-2.9	2.7-3.4	2.5-2.9	2.7-3.1	2.8-3.2	含量(μg/g)	0.522	4.21	3.15	4.13	0.122	2.61
RSD％(n＝5)	2.8-3.1	2.5-2.9	2.7-3.4	2.5-2.9	2.7-3.1	2.8-3.2	回收率％(n＝5)	91-96	89-97	92-101	90-95	93-97	94-102

实施例2：

取国外某品牌卷烟样品1条，在GB/T 16447标准规定的条件下进行平衡，挑选平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的烟只作为测试卷烟；将烟只密封装设于烟气捕集吸收器的吸入口机上，在YC/T 29标准规定条件下用吸烟机从烟气捕集吸收器排出口进行抽吸，每口抽吸容量为35.0±0.3mL，抽吸时间为2±0.1s，抽吸间隔为30±s，每次抽吸20支烟烟气用35mL 5％的硝酸为捕集剂；捕集完后从烟气捕集吸收器中将吸收了烟气的捕集液倒出，分两次用7.0mL5％的硝酸超声清洗吸收器，溶液与捕集液合并后定容到50mL；同时按常规工艺制作对照空白样品。烟气中重金属的测定结果如下表3。

表3，样品2中重金属元素的测定结果

组分	As	Pb	Cd	Cr	Hg	Ni
组分	As	Pb	Cd	Cr	Hg	Ni	含量(μg/g)	0.641	3.82	2.18	5.46	0.361	3.18
RSD％(n＝5)	2.9-3.3	2.6-2.9	2.8-3.3	2.5-3.0	2.7-3.2	2.8-3.4	含量(μg/g)	0.641	3.82	2.18	5.46	0.361	3.18
RSD％(n＝5)	2.9-3.3	2.6-2.9	2.8-3.3	2.5-3.0	2.7-3.2	2.8-3.4	回收率％(n＝5)	92-96	89-97	93-102	90-98	93-98	94-103

实施例3：

取某品牌卷烟样品1条，在GB/T 16447标准规定的条件下进行平衡，挑选平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的烟只作为测试卷烟；将烟只密封装设于烟气捕集吸收器的吸入口机上，在YC/T 29标准规定条件下用吸烟机从烟气捕集吸收器排出口进行抽吸，每口抽吸容量为35.0±0.3mL，抽吸时间为2±0.1s，抽吸间隔为30±s，每次抽吸20支烟，烟气用35mL 5％的硝酸为捕集剂；捕集完后从烟气捕集吸收器中将吸收了烟气的捕集液倒出，分两次用7.0mL5％的硝酸超声清洗吸收器，溶液与捕集液合并后定容到50mL；同时按常规工艺制作对照空白样品。烟气中重金属的测定结果如下表4。

表4，样品3中重金属元素的测定结果

实施例4：

取某品牌卷烟样品1条，在GB/T 16447标准规定的条件下进行平衡，挑选平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的烟只作为测试卷烟；将烟只密封装设于烟气捕集吸收器的吸入口机上，在YC/T 29标准规定条件下用吸烟机从烟气捕集吸收器排出口进行抽吸，每口抽吸容量为35.0±0.3mL，抽吸时间为2±0.1s，抽吸间隔为30±s，每次抽吸20支烟，烟气用35mL 5％的硝酸为捕集剂；捕集完后从烟气捕集吸收器中将吸收了烟气的捕集液倒出，分两次用7.0mL5％的硝酸超声清洗吸收器，溶液与捕集液合并后定容到50mL；同时按常规工艺制作对照空白样品。烟气中重金属的测定结果如下表2，

表5，样品4中重金属元素的测定结果

组分	As	Pb	Cd	Cr	Hg	Ni
组分	As	Pb	Cd	Cr	Hg	Ni	含量(μg/g)	0.756	4.55	2.47	5.22	0.086	2.57
RSD％(n＝5)	3.0-3.2	2.7-3.0	2.9-3.4	2.6-3.1	2.8-3.3	2.9-3.4	含量(μg/g)	0.756	4.55	2.47	5.22	0.086	2.57
RSD％(n＝5)	3.0-3.2	2.7-3.0	2.9-3.4	2.6-3.1	2.8-3.3	2.9-3.4	回收率％(n＝5)	93-97	90-102	94-102	91-99	94-99	95-103

本发明的特点：

1、方法精密度好，相对标准偏差均在3.4％以下。

表6，方法精密度

2、方法回收率高，5种元素的回收率在85％～103％之间。

表7，标准回收率

3、本装置和常规吸收装置相比，烟气的逸出可以得到缓和，在吸收液中的停留时间延长；而且经筛板的分散和玻璃珠的缓冲，烟气吸收的表面积大大增大，可保证烟气与吸收液接触充分，使烟气中的成分得到高效率的吸收。而且该装置可拆开清洗，清洗非常方便。

4、同时测定卷烟烟气中的Hg、Pb、As，Cd，Cr和Ni 6种重金属元素，可以大大加快样品的检测速度，减少挥发性成分的损失。

本方法灵敏度高，检出限低、线性检测范围宽，简便、快速，该方法的建立为卷烟烟气中的重金属测定提供了新方法。

Claims

1、一种烟气捕集吸收装置，包括外套管(1)、内套管(2)和密封塞(3)，外套管(1)设有吸入口(7)，排出口(8)，其特征是：外套管(1)、内套管(2)、密封塞(3)依次密封配合，内套管(2)中设置上筛板(6)、下筛板(4)，两筛板之间填充缓冲填料(5)。

2、如权利要求1所述的烟气捕集吸收装置，其特征是：所述的缓冲填料(5)为玻璃珠、陶瓷粒和四氟乙烯粉末等。

3、如权利要求1所述的烟气捕集吸收装置，其特征是：所述的缓冲填料(5)的粒径为50-150μm，尤其为80-120μm。

4、如权利要求1所述的烟气捕集吸收装置，其特征是：所述的上筛板(6)、下筛板(4)的孔径为30-50μm。

5、如权利要求1或2所述的烟气捕集吸收装置，其特征是：外套管(1)和内套管(2)之间，可以根据捕集烟气成分的不同选择合适的捕集液和材料，如硫酸、硝酸、盐酸和有机试剂等液体捕集；也可以选择固体吸附剂，如硅胶、活性炭、C18、弗罗里硅土、离子交换树脂、活性氧化铝和碳分子筛等。

6、一种应用权利要求1所述的烟气捕集吸收装置测定卷烟烟气中重金属元素的方法，其特征是：包括下列步骤：

C、仪器工作的参数选择：仪器RF功率1400W；采样深度7mm；等离子体气：Ar，15L/min；载气：Ar，1.2L/min；辅助气：Ar，1.0L/min；雾化室温度：2℃；积分时间：0.05s；进样速度：0.4mL/min；选择同位素：²⁰⁸pb、⁷⁵As、¹¹¹Cd、⁵²Cr、⁶⁰Ni和²⁰²Hg；选择Sc、Y、Bi和In作为内标物；

D、采用EPA 200.8方法推荐的干扰校正公式扣除同离子干扰；通过半定量扫描了解样品中主要元素、高含量元素，调整样品的测定浓度，使之处于测定线性动态范围内；根据待分析元素及其含量范围，用Pb、As、Cd、Cr、Ni和Hg的标准溶液和体积分数5％的硝酸配制一套混合标准溶液，并分别加入内标溶液，然后用等离子质谱仪进行测定，按实验方法对空白液连续进行10次测量，计算出计数值的标准偏差，以计数值标准偏差的3倍所对应的浓度作为检测限，计算公式为D_L＝3SDk，其中SD为空白溶液的标准偏差，k为工作曲线斜率。