CN102680367A - 一种卷烟烟气气溶胶的检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷烟烟气气溶胶的检测方法和检测系统。本发明将烟气发生装置产生的烟气经过串联的第一级和第二级射流稀释器稀释后进入气体溶胶检测仪进行检测。本发明采用外加压的方式实现烟气气溶胶的检测，保证了检测过程更加稳定，有效避免了检测过程受到环境压力变化干扰的问题，不需要采用外加吸力源，避免了外加吸力源被污染的技术难题。本发明检测方法检测结果稳定，重复性好，操作简便，具有重要的推广应用意义。

Description

一种卷烟烟气气溶胶的检测方法及检测系统

技术领域

本发明属于卷烟烟气检测技术领域，具体涉及一种烟气气溶胶检测方法和检测系统。

背景技术

现有技术中，气溶胶检测器测定空气中气溶胶粒度分布情况的过程为：通过检测器本身的吸力源装置，通常稳定流速为10L/min～40L/min，向外抽吸气体样品；当样品浓度较高时，还设置一轴向稀释器对样品进行稀释。

当采用现有的气溶胶检测器测定卷烟烟气时，由于烟气中气溶胶的瞬间浓度远远高于空气中的情况，造成检测器严重过载。出现检测结果超出仪器检测上限（4.0×10⁵fA），各检测值间无差异，全都达到了最大值等情况，无法进行检测分析。即使采用气溶胶检测器厂家提供的样品稀释装置，对于焦油含量高的样品，仍然满足不了要求，依然无法进行检测分析；对低焦油量卷烟样品的气溶胶检测，也常常出现管路堵塞，管路压降越来越大，卷烟抽吸过程中气流速剧烈变化，造成前后捕集到的样品情况不一致。因此，使用轴向稀释器也影响到卷烟抽吸的气流量，使烟气的释放条件不符合卷烟检测标准的要求。

本申请人在专利号为ZL200710032855.2的专利技术中提供了一种卷烟烟气气溶胶粒度分布的检测方法，采用增加辅助气及外加吸力源排废装置调节的方法调节烟气样品气流速度使之符合规定的卷烟抽吸要求，并利用轴向稀释器稀释烟气样品浓度达到气溶胶检测仪的有效检测范围。包括本申请人上述专利技术在内的现有方法在应用过程中都存在如下问题：（1）由于卷烟烟气气溶胶浓度高、污染大，进行检测时，外加吸力源污染严重，需要不断清洗；而且设定好的抽吸流量不断发生变化，使样品气流量很容易偏离卷烟检测标准的要求。（2）轴向稀释器本身没有排废装置，管路设计也比较狭小，非常容易发生粘连堵塞。（3）为同时满足检测灵敏度及防止管路堵塞的需要，需根据所检测卷烟样品的焦油量高低而采用不同的气路连接方式实现200～4000倍的稀释，因而常常需要调整、重新连接稀释气路，实际使用中非常麻烦。（3）使用轴向稀释器和射流稀释器两种稀释器的稀释系统，气溶胶浓度的实际稀释倍数需要采用轴向稀释器的稀释气输入压力（A）、及轴向稀释器入口压力（B）和输出流量（C）由检测者进行复杂的换算。附图1提供了进行换算的多项公式，附图1中，A1、B1、C1由产品设计参数决定，A、B、C则是通过压力表检测出来的数值；在实际检测中，轴向稀释器的输出流量值又要与Dekati稀释器的输入流量一致，受Dekati稀释器入口端压力和辅助气供气压力波动的影响，要在稳定Dekati稀释器辅助气供气压力的情况下通过入口端压力测量并查表和计算才能得出其输出流量（见附图2所示）。实际应用检测过程中，操作和计算很麻烦，两种稀释器互相牵制，从而造成检测结果十分容易受到环境压力变化的影响，稳定性较差。

射流稀释器具有混合均匀、内腔体积大、不容易发生粘连堵塞的优点，如果在现有的检测技术方案中全部使用射流稀释器，有望解决两种稀释器互相牵制、计算麻烦、气路容易堵塞的技术难题，但是射流稀释器的入口流量限定，不可调节，实现不了卷烟烟气发生装置、样品流流速调节等检测要求，大大限制了其在检测卷烟烟气气溶胶检测方面的单独应用，目前未见任何专用射流稀释器成功实现烟气气溶胶检测的技术报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有烟气气溶胶检测的技术不足，提供一种卷烟烟气气溶胶的检测方法，基于本发明方法，卷烟烟气气溶胶的检测过程更加稳定、系统污染显著降低，不需要繁琐复杂的公式换算。

本发明的另一目的是提供实现上述方法的检测系统。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种卷烟烟气气溶胶的检测方法，包括以下步骤：

（1）卷烟样品经烟气发生装置产生烟气，采用辅助气1加压的方法调节烟气，使样品流1的气流量为0L/min～1.8L/min；并使样品流2满足第一级射流稀释器的入口气流流量限定；

（2）采用加入辅助气2和第一级射流稀释器对样品流2进行稀释；样品流2的稀释比例由第一级射流稀释器的性能与辅助气2的气流量决定；稀释后气体，可根据下一级的气流量需要自由分配出样品流3，多余的气体通过排废气的方式排出；

在本发明中，所述下一级的气流量需要指的是第二级射流稀释器入口气流量的限定；

（3）采用辅助气3和第二级射流稀释器对样品流3进行稀释，形成样品流4；样品流3的稀释比例由第二级射流稀释器的性能与辅助气3的气流量决定；稀释后气体，可根据下一级的气流量需要自由分配出样品流4，多余的气体通过排废气的方式排出；

在本发明中，所述下一级的气流量需要指的是气溶胶检测仪的气流量要求；

（4）样品流4进入气体溶胶检测仪检测。

优选地，步骤（2）中所述第一级射流稀释器的性能是稀释倍数为5～25倍。

优选地，步骤（3）中所述第二级射流稀释器的性能根据气溶胶检测仪的气流量要求进行选择确定，优选地，第二级射流稀释器的性能是稀释倍数为10～60倍。

为了更好、更方便地实现上述方法，本发明提供一种优化的烟气气溶胶检测系统，包括通过气体管道依次连接的卷烟烟气发生装置、稀释装置和气溶胶检测仪；所述卷烟烟气发生装置和稀释装置之间设有加压装置，所述加压装置包括压缩空气进气管及其压降装置，且所述稀释装置采用射流稀释器。

优选地，所述卷烟烟气发生装置包括通过切换装置控制而与气体管道分别连接的吸烟机和环境空气进气管及压降装置。

优选地，所述稀释装置包括第一级稀释装置和第二级稀释装置，所述第一级稀释装置和第二级稀释装置依次串联在气体管道上。

优选地，所述第一级稀释装置包括第一级压力表、第一级压缩空气进气管及第一级调压装置和第一级气体混合稀释器，所述第一级压力表设于第一级气体混合稀释器输入端的管道上。

优选地，所述第二级稀释装置包括第二级压力表、第二级压缩空气进气管及第二级调压装置和第二级气体混合稀释器，所述第二级压力表设于第二级气体混合稀释器输入端的管道上。

优选地，所述第一级气体混合稀释器和第二级气体混合稀释器均采用射流稀释器。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

（1）本发明巧妙地采用外加压的方式输入辅助气1，从而在第一级射流稀释器入口流量不可调的限定条件下，保证了样品流的气流量符合卷烟检测标准的限定要求，进而实现可以统一采用射流稀释器实现卷烟主流烟气气溶胶的检测，充分发挥射流稀释器具有混合均匀、内腔体积大、不容易发生粘连堵塞的优点，克服现有的检测技术方案中不能仅使用射流稀释器的技术不足，有效解决采用多种稀释器产生的互相牵制、计算麻烦、气路容易堵塞的技术难题。

（2）本发明采用外加压的方式控制样品流气流量，而非采用现有技术的外加辅助吸力源抽吸的方式来调节气流量，从而保证检测过程更加稳定。

（3）本发明采用外加压的方式控制样品流气流量，整个多级稀释体系中不再需要设置外加吸力源，因而不存在吸力源被污染的问题，解决了本技术领域长期以来存在的技术难题。

（4）本发明采用两级射流稀释器串联的方式取代射流稀释器与其它稀释器串联的方式，从而使前后稀释器的稀释倍数的调节等操控相对独立，避免了现有的前后稀释器的互相牵制，压力、流量的协调操作非常复杂的问题；由此，本发明受环境压力变化的影响更小，检测过程中的气流流量和稀释倍数相对更加稳定，检测结果的重复性更好。

（5）本发明尤其适用于中低焦油含量的卷烟（焦油含量为1～13mg/支的卷烟）烟气的气溶胶检测；对于高焦油量的烟草样品只需要对稀释器的稀释倍数进行简单选择便可进行检测，适用面广，方便实用。

附图说明

图1 基于现有技术对轴向稀释器稀释倍数换算的示意图；

图2 50倍Dekati专用稀释器稀释倍数和输入流量换算图表的示意图；

图3 本发明烟气气溶胶检测系统的结构示意图；

图4 采用本发明检测焦油含量为13mg的卷烟气溶胶的检测结果示意图；

图5 采用本发明检测焦油含量为10mg的卷烟气溶胶的检测结果示意图；

图6 采用本发明检测焦油含量为5mg的卷烟气溶胶的检测结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的设备仪器为本技术领域常规设备仪器。

实施例1

本实施例提供的烟气气溶胶的检测方法包括以下步骤：

（1）卷烟样品经烟气发生装置产生烟气，采用辅助气1加压的方法调节烟气，使样品流1的气流量为0L/min～1.8L/min；并使样品流2满足第一级射流稀释器的入口气流流量限定；

（2）采用加入辅助气2和第一级射流稀释器对样品流2进行稀释；样品流2的稀释比例由第一级射流稀释器的稀释倍数与辅助气2的气流量决定；稀释后气体，可根据第二级射流稀释器入口气流量的限定（第二级射流稀释器入口气流量由设备本身限定，不可调节）需要自由分配出样品流3，多余的气体通过排废气的方式排出；

（3）采用辅助气3和第二级射流稀释器对样品流3进行稀释，形成样品流4；样品流3的稀释比例，由第二级射流稀释器的稀释倍数与辅助气3的气流量决定；稀释后气体，可根据气溶胶检测仪的气流量要求需要自由分配出样品流4，多余的气体通过排废气的方式排出；

（4）样品流4进入气体溶胶检测仪检测。

下面以附图3所示的烟气气溶胶检测系统为例，进一步详细说明本发明方法。附图3所示的烟气气溶胶检测系统包括通过气体管道依次连接的卷烟烟气发生装置1、稀释装置2和气溶胶检测仪3。卷烟烟气发生装置1和稀释装置2之间设有加压装置4，加压装置4包括压缩空气进气管41及其调压装置42；且稀释装置2采用射流稀释器。稀释装置统一采用射流稀释器，有效发挥射流稀释器内腔体积大，不容易发生粘连，混合效果优良的优点；因射流稀释器的入口气流量由设备本身限定，在本系统下，即使采用多级射流稀释器同时使用，它们之间的稀释倍数的调节等操作也不会相互影响，不受彼此的牵制，更不用复杂繁琐的换算，这样大大简化了工作人员的工作，也减少了失误。另外，也因为射流稀释器的入口气流量是限定的，所以即使是不同焦油含量的卷烟在使用本装置时，检测操作变化不大。

所述射流稀释器上设有排废气管道29。

卷烟烟气发生装置1包括吸烟机11和环境空气进气管12 ，所述吸烟机11和环境空气进气管12通过切换装置5控制进而分别与气体管道相连接，环境空气进气管12上设有压降装置13。吸烟机11用于夹持卷烟，并提供符合以下卷烟检测标准的电信号：环境风速200mm/s、抽吸频率为30s抽吸1口或60s抽吸1口、抽吸持续时间为每口抽吸持续时间2s。切换装置5为电磁切换阀，该电磁切换阀根据吸烟机提供的电信号，进行气路通道的切换，使样品流1的来源为卷烟烟气和环境空气，从而保证对卷烟烟气的抽吸符合卷烟检测标准关于抽吸频率和抽吸持续时间的要求。而压降装置13在电磁切换阀与检测环境间提供1～3kPa的压降，该压降大小根据所要检测的卷烟样品的压降测定值决定。该压降用于平衡环境空气与卷烟烟气两部分的压力；在电磁切换阀切换过程中，保证样品流1的流量稳定性。压降装置13可采用调压阀，用于调节辅助气1的流量。根据样品流2的流量（根据第一级射流稀释器24的入口气流量确定），通过调节辅助气1的流量，从而使样品流1的流量符合卷烟烟气检测要求：抽吸持续时间2s内的累计抽吸容量为0 mL～60mL；不同的检测需要所要求的抽吸容量不同，即控制样品流1的流量为0 L/min～1.8L/min。

稀释装置2包括第一级稀释装置和二级稀释装置，第一级稀释装置和第二级稀释装置依次串联在气体管道上。第一级稀释装置包括第一级压力表21、第一级压缩空气进气管22及第一级调压装置23和第一级射流稀释器24，第一级压力表21设于第一级射流稀释器24输入端的气体管道上。通过第一级压力表21测量到的压力值，查对第一级射流稀释器1的参数表，可以算出第一级射流稀释器24的实际稀释倍数，以及样品流2的流量。选择5～25倍稀释倍率的第一级射流稀释器（稀释倍数的选择，可根据气溶胶的瞬间最大浓度决定，符合不堵塞稀释器管路要求即可）。通过其配套的第一级调压装置23调节辅助气2的压力值符合第一级射流稀释器24的工作要求，从而进行样品流2的气溶胶浓度稀释，并提供吸力抽吸卷烟烟气产生一定的气流量（即控制样品流2的流量）。经过第一级射流稀释器24稀释后的烟气气溶胶，一部分被第二级射流稀释器28提供的负压所吸走，形成样品流3；多余的烟气将由第一级射流稀释器24的排气管道29排出，形成排废气291，从而使第一级射流稀释器24的稀释倍数与其吸入的样品流2的流量，完全不受样品流3流量的限制。

第二级稀释装置包括第二级压力表25、第二级压缩空气进气管26及第二级调压装置27和第二级射流稀释器28，第二级压力表25设于第二级射流稀释器28输入端的气体管道上。通过第二级压力表25测量到的压力值，查对第二级射流稀释器28的参数表，可以算出第二级射流稀释器28的实际稀释倍数，以及样品流3的流量。选择10 ～60倍稀释倍数的第二级射流稀释器28（稀释倍数的选择，根据气溶胶检测器的检测限决定，要求烟气气溶胶经过多级稀释后，气溶胶浓度在气溶胶检测器的有效检测范围内）。通过其配套的第二级调压装置27调节辅助气3的压力值符合第二级射流稀释器28的工作要求，从而进行样品流3的气溶胶浓度稀释，并提供吸力抽吸经第一级射流稀释器24稀释后的部分烟气产生一定的气流量（即控制样品流3的流量）。经过第二级射流稀释器28稀释后的烟气气溶胶，一部分被气溶胶检测仪4提供的负压所吸走，形成样品流4；多余的烟气将由第二级射流稀释器28的排气管道29排出，形成排废气292，从而使第二级射流稀释器28的稀释倍数与其吸入的样品流3的流量，完全不受样品流4流量的限制。

在本实施例中，具体选取焦油含量为13mg的卷烟进行气溶胶的检测，其中，样品流1的气流量为1.05 L/min，辅助气1的气流量41为4.562 L/min。第一级射流稀释器24采用Dekati稀释器，其稀释倍数是8.29倍，辅助气2的气流量22为40.911 L/min，样品流2的气流量为5.612 L/min。第二级射流稀释器28采用Dekati稀释器，其稀释倍数是50.93倍，辅助气3的气流量26为245.706 L/min，样品流3的气流量为4.921 L/min。样品流4的气流量为10.0L/min。检测结果如附图4所示。

实施例2

本实施例除以下技术特征外，其他均与实施例1相同：在本实施例中，选取焦油含量为10mg的卷烟气溶胶的检测，检测结果如图5所示。其中，样品流1的气流量为1.05 L/min，辅助气1的气流量41为4.562 L/min。第一级射流稀释器24采用Dekati稀释器，其稀释倍数是8.29倍，辅助气2的气流量22为40.911 L/min，样品流2的气流量为5.612 L/min。第二级射流稀释器28采用Dekati稀释器，其稀释倍数是50.93倍，辅助气3的气流量26为245.706 L/min，样品流3的气流量为4.921 L/min。样品流4的气流量为10.0L/min。

实施例3

本实施例除以下特征外，其他均与实施例1相同：在本实施例中，选取焦油含量为5mg的卷烟气溶胶的检测，检测结果如附图6所示。其中，其中，样品流1的气流量为1.05 L/min，辅助气1的气流量41为4.562 L/min。第一级射流稀释器24采用Dekati稀释器，其稀释倍数是8.29倍，辅助气2的气流量22为40.911 L/min，样品流2的气流量为5.612 L/min。第二级射流稀释器28采用Dekati稀释器，其稀释倍数是50.93倍，辅助气3的气流量26为245.706 L/min，样品流3的气流量为4.921 L/min。样品流4的气流量为10.0L/min。

Claims (9)

1.一种卷烟烟气气溶胶的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）卷烟样品经烟气发生装置产生烟气，采用辅助气1加压的方法调节烟气，使样品流1的气流量为0L/min～1.8L/min；并使样品流2满足第一级射流稀释器的入口气流流量限定；

（2）采用加入辅助气2和第一级射流稀释器对样品流2进行稀释,样品流2的稀释比例由第一级射流稀释器的性能与辅助气2的气流量决定；稀释后气体根据下一级气流量的需要自由分配出样品流3，多余的气体通过排废气的方式排出；

（3）采用辅助气3和第二级射流稀释器对样品流3进行稀释；样品流3的稀释比例由第二级射流稀释器的性能与辅助气3的气流量决定；稀释后气体根据下一级气流量的需要自由分配出样品流4，多余的气体通过排废气的方式排出；

（4）样品流4进入气体溶胶检测仪检测；

其中，所述辅助气1、辅助气2、辅助气3为洁净压缩空气。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于步骤（2）中所述一级射流稀释器的性能是稀释倍数为5～25倍。

3.根据权利要求1所述的烟气气溶胶的检测方法，其特征在于：步骤（3）中所述二级射流稀释器的性能是稀释倍数为10～50倍。

4.一种实现权利要求1所述方法的烟气气溶胶检测系统，包括通过气体管道依次连接的卷烟烟气发生装置（1）、稀释装置（2）和气溶胶检测仪（3）；其特征在于：所述卷烟烟气发生装置（1）和稀释装置（2）之间设有加压装置（4），所述加压装置（4）包括压缩空气进气管（41）及调压装置（42）；所述稀释装置（2）采用射流稀释器。

5.根据权利要求4所述的烟气气溶胶检测系统，其特征在于：所述卷烟烟气发生装置（1）包括通过切换装置（5）控制而与气体管道分别连接的吸烟机（11）和环境空气进气管（12）及其压降装置（13）。

6.根据权利要求4所述的烟气气溶胶检测系统，其特征在于：所述稀释装置（2）包括第一级稀释装置和第二级稀释装置，所述第一级稀释装置和第二级稀释装置通过气体管道串联。

7.根据权利要求6所述的烟气气溶胶检测系统，其特征在于：所述第一级稀释装置包括第一级压力表（21）、第一级压缩空气进气管（22）及其第一级调压装置（23）和第一级射流稀释器（24），所述第一级压力表（21）设于第一级射流稀释器（24）输入端的气体管道上。

8.根据权利要求6所述的烟气气溶胶检测系统，其特征在于：所述第二级稀释装置包括第二级压力表（25）、第二级压缩空气进气管（26）及其第二级调压装置（27）和第二级射流稀释器（28），所述第二级压力表（25）设于第二级射流稀释器（28）输入端的气体管道上。

9.根据权利要求4所述的烟气气溶胶检测系统，其特征在于：所述射流稀释器上设有排废气管道（29）。

Images