CN101718645B - 模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置，其特征在于，包括卷烟夹持器、滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置、单通道吸烟机、滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置、无极调速电动机和动力传动机构、排烟口；所述的模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置置于整体式恒温罩中。该装置能更准确的模拟人类吸食烟草、主流烟气流经口腔的生物物理、生物化学过程，便于对烟气流经人体的过程进行更深入和更准确研究。

Description

模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置

技术领域

本发明属于卷烟制造研究领域，涉及一种模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置。

背景技术

烟草，包括卷烟和雪茄，是通过吸食其烟气达到使用效果的特殊商品。烟气化学成分的生理、生化、毒理方面的研究有赖于先进合理的主流烟气中化学物质捕集和吸收的方法、装置和技术。在卷烟烟气捕集和吸收研究方面，一直采用自动吸烟机模拟人抽吸卷烟的过程，这与人类吸食卷烟时，主流烟气通过口腔吸入、口腔呼出的生物物理过程显然存在差异。同时，忽略了主流烟气中的化学物质与口腔唾液接触并被吸收、引起口腔感官的生理感觉的生物化学特性。这些都严重影响了卷烟烟气分析的可靠性和科学性。众所周知，只有那些能与人体相关感觉器官发生作用的烟气化学成分，才对吸烟过程产生的感觉有影响。因此，发展新的能正确模拟人类吸食烟草的生物物理、生物化学过程和环境的烟气口腔仿生吸收方法和技术很有必要，这样捕集到的烟气化学成分与人抽烟获得的生理感受之间的相关性更强，从而可以更好地开展烟草化学、卷烟新产品开发、吸烟与健康等相关基础和应用领域的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置，该装置能更准确的模拟人类吸食烟草、主流烟气流经口腔的生物物理、生物化学过程，便于对烟气流经人体的过程进行更深入和更准确研究。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置，其特征在于，包括卷烟夹持器、滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置、单通道吸烟机、滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置、无极调速电动机和动力传动机构、排烟口；所述的模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置置于整体式恒温罩中；

滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置的烟气输入端接卷烟夹持器，滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置的烟气输出端通过排烟管道与单通道吸烟机连接；滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的烟气输入端通过排烟管道连接单通道吸烟机，滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的烟气输出端接排烟口；

无极调速电动机通过动力传动机构与所述的滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置均连接。

滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置结构相同，包括旋转滚筒、黄铜套和连接管道；所述的旋转滚筒由有机玻璃管制作而成，旋转滚筒两端均装有黄铜套，旋转滚筒通过所述的传动机构与无极调速电动机连接；连接管道与黄铜套相接，连接管道由黄铜管、无缝钢管或塑料管制作而成。

在所述的滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的旋转滚筒内设有口腔仿生吸收液；所述的口腔仿生吸收液具体配方为：NaCl 0.4g·L^-1，KCl 0.4g·L^-1，CaCl₂·2H₂O 0.906g·L^-1，NaH₂PO₄·2H₂O 0.69g·L^-1，Na₂S·9H₂O 0.005g·L^-1，Urea 1.0g·L^-1，黏液素0.2g·L^-1，溶菌酶0.044g·L^-1，淀粉酶520U；pH值为6.8【pH值采用1mol·L^-1NaOH溶液来调节】；在旋转滚筒的旋转作用下，口腔仿生吸收液在旋转滚筒的内壁形成一层0.1-2mm的液体层。

所述的模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置还包括支架，滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的旋转滚筒均设置在支架上。

本发明的技术构思：

人吸烟的过程与呼吸过程密切相关，伴随特定的呼吸过程完成卷烟、雪茄等烟草制品的吸食。人吸烟过程中主流烟气流经口腔的生物物理过程是：吸入烟气时主流烟气与空气混合，通过布满唾液的口腔；吐出烟气时该混合气则又在此通过口腔。吸入速度是先慢、后快、再慢，吸入速度与时间的关系类似于钟形曲线。

人吸食烟草制品产生的愉悦和快感是烟气在其通过人体行进过程中有关化学成分与人体具有感受能力的器官发生作用的结果。在口腔和舌的表面上，分布着一层唾液。在吸食卷烟过程中，烟气的有关化学成分首先溶解于唾液中，或者说被唾液吸收，然后扩散传输到口腔和舌表面的味觉感受点，产生味觉感受。口腔与烟气接触的表面积约100cm2。

基于上述人吸烟时主流烟气经历的生物物理和生物化学过程，设计了上述模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置。

所述模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置模拟烟气吸入顺序为：卷烟夹持器---模拟口腔装置----单通道吸烟机；模拟烟气吐出顺序为：单通道吸烟机----模拟口腔装置---排烟口。

所述模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置的内部环境温度控制在36-38℃，优选为37℃；模拟装置系统抽吸卷烟的频率为0.5-2口/min，优选为1口/min；连续抽吸时间为1-4sec，优选为2sec；连续抽吸期间，吸入速度为先慢、后快、再慢，吸入速度与时间的关系类似于钟形曲线；抽吸时每口气体吸入量为25-40mL，优选为35mL；烟气吐出时间为1--3sec，优选为2sec.

所述模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置中，模拟口腔装置中模拟口腔与烟气的接触面积50-200cm²；模拟口腔中人工吸收液5-50毫升；通过动力装置，在模拟口腔表面形成薄层，厚度0.1-2mm。

所述模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置中，模拟肺部抽吸/排气设备是商品化的单通道吸烟机。

所述模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置中，卷烟夹持器为外购标准件，滚筒旋转由电动机通过皮带驱动，滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置中的动、静部件结合处设置有起密封作用的硅橡胶垫圈。

本发明的有益效果为：

与目前常用卷烟烟气捕集和吸收技术相比，本发明的装置集成度高，使用方便，更重要的是使用本发明技术获得的烟气试样的化学成分与卷烟产品感官质量相关性强，相应的分析数据更能反映卷烟产品的质量。据此测试数据间实施例，本发明的装置能够在烟草化学、卷烟新产品开发、吸烟与健康等相关基础和应用研究领域中发挥重要作用。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。图中：1--卷烟夹持器，2--滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置，3--连接滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置出口与单通道吸烟机吸入口的管道，4--单通道吸烟机，5--连接单通道吸烟机排烟口与滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的管道，6--滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置，7--模拟口腔吐烟吸收装置的排烟管道，8-无极调速电动机，9--整体式恒温罩。

图2为滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的结构示意图。图中，10-固定支架，11-烟气导管，12-吸收瓶左帽，13-硅橡胶密封垫圈，14-有机玻璃吸收瓶(滚筒)，15-吸收瓶右帽(兼作皮带轮)。

图3为卷烟烟气中常见酚类物质标准样的高效液相色谱(HPLC)图。图中，各色谱峰对应组分依次为：a-对苯二酚，b-间苯二酚，c-邻苯二酚，d-苯酚，e-间/对甲苯酚，f-邻甲苯酚。

图4A为单料烟X卷烟样用基于本发明的仿生口腔吸收法检测烟气酚类物质的HPLC图。

图4B为单料烟X卷烟样用文献常用方法检测烟气酚类物质的HPLC图。

图5A为品牌B-硬卷烟样用基于本发明的仿生口腔吸收法检测烟气酚类物质的HPLC图。

图5B为品牌B-硬卷烟样用文献常用方法检测烟气酚类物质的HPLC图。

具体实施方式

以下实施方式和实施例旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的限定。

将点燃的卷烟烟支安装在卷烟夹持器1上，燃烧产生的主流烟气在单通道吸烟机4模拟人吸烟状况的负压作用下，进入滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置2，烟气在其中与由于旋转产生的、附着于吸收瓶壁的仿生吸收液产生类似于人体口腔的接触，并被仿生吸收液生化吸收。从吸烟机模拟人肺排出的烟气再进入与2类似的旋转式模拟口腔吐烟吸收装置6，被生化吸收后的残余烟气，通过排烟管道7排出口腔仿生吸收装置。整个仿生吸收系统均处于整体式恒温罩9内，达到模拟人体温度的效果。无级调速电动机8通过皮带轮驱动，并控制滚筒旋转式模拟口腔吸烟及滚筒旋转式模拟口吐烟吸收装置旋转的转速，达到仿真的目的。抽吸1支或数支卷烟后，将装置滚筒旋转式模拟口腔吸烟及滚筒旋转式模拟口吐烟吸收装置中的旋转滚筒取下，合并其中的吸收液，即模拟口腔吸收液。吸收液试样经合适的预处理后，对其相关的化学成分进行分析检测。

实施例1：基于本发明的仿生口腔吸收法中烟气吸收液pH值的测定。烟碱是烟草的特有化学成分，其存在状态与卷烟烟气的pH值密切相关。通过测定烟气的pH值能够确定烟气中游离烟碱占总烟碱的比例，后者是卷烟产品质量的重要影响因素之一。因此，准确测定卷烟烟气pH值具有重要意义。目前，测定卷烟烟气pH值的常用方法是剑桥滤片捕集烟气法(见：卢斌斌等，中国烟草学报，2005，11(6)：7-16)，但并不能真实反映人吸烟时感受的情形。采用本发明的装置和技术收集口腔仿生吸收液，用酸度计直接测定其pH值更能反映吸烟时人口腔的感受。

基于本发明的仿生口腔吸收法测定步骤与结果：卷烟样在温度22±1℃、相对湿度60±3％环境下平衡水分48h，筛选出合格烟支，在模拟口腔装置的两只滚筒中各加入10mL仿生吸收液，启动动力装置，控制模拟装置内部温度37℃，以标准吸烟条件(1口/min，每口连续抽吸2sec，每口抽吸气体35mL)为参照，抽吸卷烟样，同时发生生化吸收。然后，倾倒出吸收液，并合并，离心过滤，用精密pH计测定滤液pH值。每种卷烟样每次测定抽吸1支。测定结果及文献方法对比数据见表1。表中数据为五次重复检测结果平均值。

表1数据表明，采用本发明技术与常见文献方法所测结果有一定差异。常见方法使用剑桥滤片来截留烟气粒相物，然后将粒相物溶于异丙醇水溶液中，再测定溶液pH值，忽略了烟气蒸汽相组分的影响。本发明技术是把烟气作为一个整体与口腔仿生吸收液进行接触、吸收，真实模拟烟气烟碱在口腔中的作用过程，而且烟气吸收液直接检测，因此结果更有价值。

表1烟气吸收液pH值实验数据

实施例2：基于本发明的仿生口腔吸收法单料烟卷烟烟气吸收液中酚类物质的分析。卷烟烟气中的酚类物质与产品质量相关。目前，常用剑桥滤片捕集-HPLC荧光法检测卷烟主流烟气中的酚类物质(见谢复炜等.烟草科技，2004，5：6-10)，检测组分包括对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚、苯酚、间/对甲苯酚和邻甲苯酚等。

基于本发明的仿生口腔吸收法检测步骤：单料烟卷烟试样在温度22±1℃、相对湿度60±3％环境下平衡水分48h，筛选出合格烟支，在模拟口腔装置的两只滚筒中各加入10mL仿生吸收液，启动动力装置，控制模拟装置内部温度37℃，以标准吸烟条件(1口/min，每口连续抽吸2sec，每口抽吸气体35mL)为参照，抽吸卷烟样，同时发生生化吸收。然后，倾倒出吸收液，并合并，室温下超声萃取20min，静置5min。取2mL萃取液，用0.45μm微孔滤膜过滤，滤液用HPLC荧光法进行分析检测。每种卷烟样每次测定抽吸1支。

图3为卷烟烟气中常见酚类物质标准样的HPLC图，从左至右6个色谱峰依次对应组分对苯二酚、间苯二酚、邻苯二酚、苯酚、间/对甲苯酚和邻甲苯酚。

图4A为单料烟X卷烟样用基于本发明的仿生口腔吸收法检测烟气酚类物质的HPLC图，图4B为单料烟X卷烟样用文献常用方法检测烟气酚类物质的HPLC图。对比图4A和图4B可以看出，对单料烟X卷烟试样的烟气分析而言，两种采样技术所得分析结果都明显含有对苯二酚、邻苯二酚、苯酚、间/对甲苯酚和邻甲苯酚，但两种采样技术所得HPLC谱图的轮廓不同，酚类物质的相对比值不同。如，图4A上苯酚峰最强，而图3B上对苯二酚峰最强；又如，图4A上间/对甲苯酚峰远比邻苯二酚峰强，而图4B上，该二组分峰的峰强接近。这反映出本发明技术的独特之处。基于本发明的仿生口腔吸收法检测的是全烟气中与口腔发生作用的酚类物质组分，与抽吸者口腔感受关系密切，与卷烟试样质量的相关性更强。

实施例3：基于本发明的仿生口腔吸收法成品卷烟烟气吸收液中酚类物质的分析。仿生口腔吸收法检测步骤及对比用文献方法均同实施例2。

图5A为成品烟品牌B-硬卷烟样用基于本发明的仿生口腔吸收法检测烟气酚类物质的HPLC图，图5B为成品烟品牌B-硬卷烟样用文献常用方法检测烟气酚类物质的HPLC图。对比分析图5A和图5B也可以得出如实施例2相同的结论。

Claims (2)

1.一种模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置，其特征在于，包括卷烟夹持器、滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置、单通道吸烟机、滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置、无极调速电动机和动力传动机构、排烟口；所述的模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置置于整体式恒温罩中；

滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置的烟气输入端接卷烟夹持器，滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置的烟气输出端通过连接滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置出口与单通道吸烟机吸入口的管道与单通道吸烟机连接；滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的烟气输入端通过连接单通道吸烟机排烟口与滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的管道连接单通道吸烟机，滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的烟气输出端接排烟口；

无极调速电动机通过动力传动机构与所述的滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置均连接；

在所述的滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的旋转滚筒内设有口腔仿生吸收液；所述的口腔仿生吸收液具体配方为：NaCl 0.4g·L^-1，KCl 0.4g·L^-1，CaCl₂·2H₂O 0.906g·L^-1，NaH₂PO₄·2H₂O 0.69g·L^-1，Na₂S·9H₂O 0.005g·L^-1，Urea 1.0g·L^-1，黏液素0.2g·L^-1，溶菌酶0.044g·L^-1，淀粉酶520U；pH值为6.8；在旋转滚筒的旋转作用下，口腔仿生吸收液在旋转滚筒的内壁形成一层0.1-2mm的液体层；

所述模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置抽吸卷烟的频率为0.5-2口/min，其内部环境温度控制在36-38℃；连续抽吸时间为1-4sec；连续抽吸期间，吸入速度为先慢、后快、再慢，吸入速度与时间的关系表现为钟形曲线；抽吸时每口气体吸入量为25-40mL；烟气吐出时间为1--3sec；

所述模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置中，所述的滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置中模拟烟气与口腔的接触面积均为50-200cm²；所述的滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置中的口腔仿生吸收液均为5-50毫升；

滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置结构相同，包括旋转滚筒、黄铜套和连接管道；所述的旋转滚筒由有机玻璃管制作而成，旋转滚筒两端均装有黄铜套，旋转滚筒通过所述的传动机构与无极调速电动机连接；连接管道与黄铜套相接，连接管道由黄铜管、无缝钢管或塑料管制作而成。

2.根据权利要求1所述的模拟人体口腔对吸烟过程中主流烟气吸收的装置，其特征在于，还包括支架，滚筒旋转式模拟口腔吸烟吸收装置和滚筒旋转式模拟口腔吐烟吸收装置的旋转滚筒均设置在支架上。

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