CN101788447B

CN101788447B - 卷烟烟气气溶胶实时测试系统

Info

Publication number: CN101788447B
Application number: CN2010101232718A
Authority: CN
Inventors: 鲁端峰; 刘朝贤; 王兵; 常纪恒; 贾伟萍; 堵劲松
Original assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Current assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-03-15
Also published as: CN101788447A

Abstract

一种卷烟烟气气溶胶实时测试系统，其特征在于：该测试系统包括样气发生装置、烟气稀释装置和气溶胶颗粒物检测装置以及连接管路构成。本发明相比现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，主要表现在：1)能实现卷烟烟气气溶胶颗粒粒径大小、颗粒浓度、分布状态的实时测量；2)新鲜烟气产生后立即被稀释和检测，避免了吸烟机采样时管路长、停留时间长、颗粒浓度高相互作用强烈造成的测试误差；3)样气发生系统、烟气稀释系统、气溶胶颗粒物检测系统之间连接管路短，并且可采用内衬防吸附材料管材，减小了因管壁吸附造成的测试误差；4)结构紧凑、体积小，便于移动；5)可实现烟气采样时间、流量等参数的调节，满足标准抽吸模式和非标准抽吸模式下的测量。

Description

卷烟烟气气溶胶实时测试系统

技术领域

本发明涉及烟草领域中的烟气测试，具体涉及一种卷烟烟气气溶胶实时测试系统。

背景技术

据报道，人体多种健康指标与所处环境中颗粒物的大小、浓度、暴露时间的长短密切相关。当颗粒物空气动力学直径小于10μm时，可通过鼻和嘴进入人体呼吸道，导致呼吸系统疾病；当颗粒物空气动力学直径小于2.5μm时，可进入人体肺泡甚至血液循环系统，导致心血管等疾病。

卷烟烟气是一种气、液、固并存的复杂的多相气溶胶。气溶胶中分散着浓度极高的细小颗粒物，颗粒粒径介于0.1～1.0μm之间。颗粒物在滤嘴或人体呼吸系统的捕获几率，与这些小颗粒的分布特征密切相关。不同的卷烟烟气气溶胶特征(颗粒粒径大小、浓度和分布状态等)对人体健康的影响程度也不同。同时，烟气粒相中的化学组成也会随颗粒大小和分布而变化，从而影响吸烟者的抽吸感受(香气、谐调性、口腔残留等)。因此，研究卷烟烟气气溶胶颗粒大小，浓度和分布状态等对提高卷烟安全性和卷烟质量都有重要作用。

传统测量卷烟烟气总粒相物(TPM)时所用的滤片称重法仅能得到颗粒物的总质量，而对于颗粒物的尺寸分布无法测试。气溶胶颗粒大小及分布的多种测试方法中，重力沉降法、显微镜法均需先采集烟气气溶胶颗粒再通过称重、观察等方法进行检测，无法实现烟气气溶胶实时测试，同时在烟气气溶胶颗粒采样过程中难免会发生颗粒间的碰撞、团聚、凝结等现象，使烟气气溶胶颗粒大小和分布状态都发生变化，影响测定结果的准确性。新型的惯性分级法可以连续在线监测一定浓度范围内的颗粒物粒径分布特征，但是要求必须连续稳定进样，并且对于高浓度颗粒样品无法直接测量。

卷烟烟气气溶胶颗粒浓度极高，远远超过现有气溶胶颗粒物测量仪器的检测范围。另外，按照现行抽吸标准，卷烟抽吸为间歇式抽吸方式(即抽吸持续2s，抽吸间隔58s)，模拟人们抽烟的一般方式。但这种抽吸方式无法满足气溶胶检测仪器连续稳定进样的要求。为满足现行抽吸规范和现有检测仪器需求，一方面需要高倍率稀释烟气样品，另一方面需要将间歇抽吸产生的间歇气流转换成稳定连续气流。

中国专利200820044389.X、200820044817.9和200820044816.4公开的卷烟烟气气溶胶检测系统和中国专利200910094549.0公开的卷烟烟气气溶胶粒径分布的检测方法，均采用吸烟机、稀释器和气溶胶检测器相连用的方法对卷烟烟气气溶胶进行测试，在一定程度上能解决烟气气溶胶浓度过高无法直接利用现有气溶胶仪器检测和仪器连续进样的问题。但由于它们均是利用吸烟机来采集烟气气溶胶样本，后输送至检测器检测，在抽吸时，烟气气溶胶先经过吸烟机收集在集气袋内，在此期间，集气袋内部烟气气溶胶浓度极高，极易发生由于相互碰撞、冷凝、边壁吸附等作用引起气溶胶颗粒物浓度、粒径分布特征等发生变化，这种样品再被输送至检测器后，必然会造成样品浓度、粒径特征等关键指标失真，导致无法正确评价新鲜气溶胶样品的真实特性。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题，提供一种适合卷烟烟气气溶胶实时测试系统，本发明结合本单位独有的烟支固定技术，开发了一种无需借助吸烟机而进行卷烟烟气气溶胶实时监测的方法，本发明以检测新鲜烟气气溶胶颗粒物的特征，对提高卷烟质量和安全性有重要作用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明的卷烟烟气气溶胶实时测试系统，包括样气发生装置、烟气稀释装置和气溶胶颗粒物检测装置以及连接管路构成，所述样气发生装置由烟支固定机构和气路转换器组成，通过气路转换器将形成的烟气与纯净空气相拼接形成连续稳定的能够被检测器检测的气溶胶气流样品；所述烟气稀释装置包括由压缩空气供给机构、过滤器、流量控制阀组成的纯净空气供气单元和稀释器构成；所述气溶胶颗粒物检测装置由真空发生器和气溶胶颗粒物检测器组成，由真空发生器提供用于整个测试系统所需的抽吸动力，稀释器的烟气进口与气路转换器的样气出气端相连通，稀释器的烟气出气口直接与气溶胶颗粒物检测器测试气进气口相连。

在本发明中，烟气样品由样气发生器产生，而非由吸烟机产生。所述样气发生装置为本单位独有设计，其中烟支固定机构包括一个适于与气路转换器连接的固定座、套装在固定座上的套筒以及设置在套筒中的卷烟夹持件。

为减少因管壁吸附造成的测试误差，连接管路采用内衬为光滑不粘性材料的软管。

本发明可通过调节气路转换器的切换频率来控制抽吸时间。

所述稀释器采用轴流式稀释器，通过调节稀释器入口压力来控制抽吸端吸气量。

本发明各组成部分的主要功能及工作过程如下：

所述样气发生装置主要功能一是产生分析用卷烟烟气，通过气路转换器将形成的烟气与纯净空气相拼接形成连续稳定的能够被检测器检测的气溶胶气流样品。气路转换器包含两个进气口和一个出气口，一进气口与卷烟样品连接，通过烟支固定装置固定，另一进气口与纯净空气连接，出气口与后端稀释器相连。开始抽吸，烟气通过管路流向稀释器，2s后，瞬间改变气路，烟支静燃，纯净空气流向稀释器，间隔58s后瞬间切换气路，烟支继续抽吸，后继而往复，这样就形成了由卷烟烟气和纯净空气前后拼接的一个连续气流。

稀释系统的主要功能一是为了使高浓度的烟气进入仪器分析之前达到仪器可承受的浓度检测范围；二是为了防止烟气浓度过高，颗粒间发生碰撞、团聚、凝结等现象，影响测量结果的准确性，三是控制前端抽吸气量。采用轴流式稀释器，通过调节稀释器入口压力来控制抽气端抽吸气量。样气发生系统和稀释系统相互关联，即可满足现有抽吸标准抽吸2s间隔58s，每口35ml的规定，同时，通过高倍率的稀释，可满足检测器检测限的需求和减小流程管路内颗粒间的相互作用造成的误差。

此外，本发明抽吸时间由气路转换器控制单独可调，抽吸量由稀释系统单独控制可调，这样就可以实现分别调节抽吸时间和抽吸量，可以满足深度抽吸或其它抽吸方式研究的需要。

本发明相比现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，主要表现在：1)能实现卷烟烟气气溶胶颗粒粒径大小、颗粒浓度、分布状态的实时测量；2)新鲜烟气产生后立即被稀释和检测，避免了吸烟机采样时管路长、停留时间长、颗粒浓度高相互作用强烈造成的测试误差；3)样气发生系统、烟气稀释系统、气溶胶颗粒物检测系统之间连接管路短，并且可采用内衬防吸附材料管材，减小了因管壁吸附造成的测试误差；4)结构紧凑、体积小，便于移动；5)可实现烟气采样时间、流量等参数的调节，满足标准抽吸模式和非标准抽吸模式下的测量。

附图说明

图1为本发明的测试原理结构示意图。

图2为烟支固定装置结构图。

图2中，1为固定座，2为套筒，3为卷烟夹持件，4为卷烟。

图3为卷烟烟气气溶胶颗粒粒数浓度随时间变化图。

图4为卷烟烟气气溶胶颗粒质量浓度随时间变化图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述：

如图1所示：该测试系统包括样气发生装置、烟气稀释装置和气溶胶颗粒物检测装置。所述样气发生装置由烟支固定机构(如图2示)和气路转换器组成，形成有烟气气路A1和纯净气体气路A2，通过气路转换器自动完成两气路间的切换，形成连续稳定的气溶胶样气A3与后端稀释器直接相连接；所述烟气稀释装置包括纯净空气供气部分和稀释器，纯净空气供气部分(包括压缩空气、过滤器和流量控制阀)通过管路与设置在稀释器上的稀释气体入口相通；所述气溶胶颗粒物检测装置包含真空发生器和气溶胶颗粒物检测器，真空发生器用于提供系统所需抽吸动力。

为防止管壁沉积，尽可能保持烟气采样过程气溶胶系统的稳定性，本发明中的采样管选用内衬光滑不粘性材料的软管。

整个测试过程中，烟气气溶胶的采样，分析均为连续过程，单口烟气在管路中的停留时间短；同时，抽吸时间、抽吸容量、稀释倍率可根据需要进行调整，以满足不同研究目的的需要。

本发明以下结合实例对测试方法作进一步说明：

实例

(1)将某牌号卷烟放在恒温恒湿间平衡48小时。挑选同一规格的烟支为实验烟支。在气路转换器中设定好抽吸持续时间2s和抽吸间隔时间58s。

(2)开启烟气稀释系统和气溶胶颗粒物检测系统，然后，调节稀释气体入口压力至设定压力，用皂膜流量计标定抽吸容量(35±0.5)ml，至系统压力稳定。然后点燃卷烟并同时开启气路转换器，维持抽吸2s时，气体通路通向烟气气路A1，纯净气体气路A2关闭，此时抽吸源抽吸产生的负压可使卷烟被抽吸。一口抽吸完毕，气路转换器控制气路瞬间切换，气体通路通向纯净气体气路A2，烟气气路A1关闭，持续抽吸纯净空气58s，然后气路再次切换为抽吸卷烟，此过程继而往复在后端形成连续稳定样品气流A3，直至卷烟样品抽吸完毕。

(3)抽吸产生的样品气流A3直接进入稀释器并在其中与纯净空气汇合进行稀释。

(4)稀释后的样品气流A4进入检测器进行测试，同时外部电脑的数据监测系统将会按照预先设定的程序记录数据，并即时显示出气溶胶特征随时间变化的情况，图3、图4显示了一种卷烟样品的测试结果。并且记录下来的数据可以用来后续分析。

Claims

1.一种卷烟烟气气溶胶实时测试系统，其特征在于：该测试系统由样气发生装置、烟气稀释装置和气溶胶颗粒物检测装置以及连接管路构成，所述样气发生装置由烟支固定装置和气路转换器组成，通过气路转换器将形成的烟气与纯净空气相拼接形成连续稳定的能够被检测器检测的气溶胶气流样品；所述烟气稀释装置由压缩空气供给机构、过滤器、流量控制阀组成的纯净空气供气单元和稀释器构成；所述气溶胶颗粒物检测装置由真空发生器和气溶胶颗粒物检测器组成，由真空发生器提供用于整个测试系统所需的抽吸动力，稀释器的烟气进口与气路转换器的样气出气端相连通，稀释器的烟气出气口直接与气溶胶颗粒物检测器测试气进气口相连。

2.根据权利要求1所述的卷烟烟气气溶胶实时测试系统，其特征在于：样气是由样气发生装置产生。

3.根据权利要求1所述的卷烟烟气气溶胶实时测试系统，其特征在于：所述样气发生装置中的烟支固定机构包括一个适于与气路转换器连接的固定座、套装在固定座上的套筒以及设置在套筒中的卷烟夹持件。

4.根据权利要求1所述的卷烟烟气气溶胶实时测试系统，其特征在于：连接管路采用内衬为光滑不粘性材料的软管。

5.根据权利要求1所述的卷烟烟气气溶胶实时测试系统，其特征在于：可通过调节气路转换器的切换时间来控制抽吸时间。

6.根据权利要求1所述的卷烟烟气气溶胶实时测试系统，其特征在于：稀释器采用轴流式稀释器，通过调节稀释器入口压力来控制抽吸端吸气量。