CN103196736B - 一种卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法及其专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法及其专用装置，该方法在将主流烟气逐口导入检测室采用电化学一氧化碳传感器测定之前，先使用滤器将干扰物质及污染物质去除，然后稀释，再将烟气送入检测室测定。该装置包括针泵，与吸烟机针筒出口依次相连的三通、滤器和检测室；所述的检测室由设在顶部的多功能固定板和密封在多功能固定板下的Tedlar气袋构成，在所述的多功能固定板上设有烟气导入接口、带氢气补偿功能的一氧化碳传感器、清洗空气入口和废气出口；所述的针泵气体出口与三通、烟气导入接口均相通。该方法及其专用装置，成本低、测量准确、环境适应性较好，具有很好的实用性。

Description

一种卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法及其专用装置

技术领域

本发明涉及卷烟烟气中一氧化碳含量的测定方法，具体涉及一种卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法及其专用装置。

背景技术

卷烟主流烟气中一氧化碳的含量一般按支测定。但抽吸卷烟时，卷烟主流烟气中的一氧化碳递送量是随着烟支长度的缩短而增加的，即一氧化碳的含量是逐口递增的。因此，测定主流烟气中一氧化碳的每口递送量，对于评价卷烟主流烟气一氧化碳的递送规律具有重要意义。

卷烟烟气一氧化碳早期使用气相色谱测定，此法测定时间较长，且缺乏吸烟机与气相色谱的接口技术，因而无法实现卷烟主流烟气的逐口测定。现行的烟气一氧化碳测定方法，普遍采用非散射红外线法。其原理是利用一氧化碳的红外吸收光谱特征，经一氧化碳标准气体校正，将不同浓度的一氧化碳光谱吸收能量变化转变为电信号，从而实现一氧化碳浓度的测定。恒温恒湿恒压条件下，此法具有较高的精度，分析精度较好，线性良好，重复性一般可达满度的0.2%。但仪器价格高，预热时间长，要求恒温恒湿。而当逐口测定时则采用气袋收集离线测定法。此方法的步骤较为复杂，耗时较长，在大量样品测定时尤为不便。

电化学一氧化碳传感器结构简单、体积小、响应时间快，具有良好的线性关系及较好的精度。其原理是利用一氧化碳的还原性质使其在阳极上氧化，让空气中的氧在阴极上还原，通过外接电路构成闭环回路。而回路中的电流强度大小与一氧化碳含量构成线性关系。但电化学一氧化碳传感器的选择性较差，一些烯烃类、醛类及硫化氢等还原性物质对一氧化碳的测定会产生干扰。对于氢气，目前已有通过干扰系数补偿的方式，已经初步得到解决。

卷烟烟气组成复杂，成分多达几百种。其中主要有氮气、氧气、二氧化碳、氢气，而一氧化碳约4.0%，还有烃类、醛酮类、氮氧化物、硫化氢、氢氰酸、氨等痕量挥发性成分。带氢气补偿功能的一氧化碳传感器可以较好地免除氢气的干扰，但也须避免接触有机溶剂、涂料、药剂、油类及高浓度气体。因此，将电化学式一氧化碳传感器用于测定烟气中的一氧化碳时，需要对所测烟气进行净化，以去除干扰物质及其他污染组分。另一方面，主流烟气一氧化碳的递送量是逐口递增的，其最后一口的浓度可高达10%，因此，需要将烟气予以稀释，以满足一氧化碳传感器的测定要求。

因此，现行的检测设备还不能完全满足卷烟主流烟气中一氧化碳含量的逐口测定需求。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种卷烟主流烟气中一氧化碳含量的逐口测定方法，确保测定准确、方法简单。本发明的另一目的是提供一种上述方法的专用装置，均有成本低，能满足使用需求。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法：在将主流烟气逐口导入检测室采用电化学一氧化碳传感器测定之前，先使用滤器将干扰物质及污染物质去除，然后稀释，再将烟气送入检测室测定。

在所述的滤器中，使用强氧化、酸碱中和化学净化及物理吸附净化的方法滤除干扰物质。

所述的滤器由迎头段的强氧化剂、中段的强碱和末段的碳分子筛三元复合而成。

所述的稀释以洁净空气将烟气稀释至一氧化碳传感器测量范围。

一种上述卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法的专用装置，包括针泵，与吸烟机针筒出口依次相连的三通、滤器和检测室；所述的检测室由设在顶部的多功能固定板和密封在多功能固定板下的Tedlar气袋构成，在所述的多功能固定板上设有烟气导入接口、带氢气补偿功能的一氧化碳传感器、清洗空气入口和废气出口；所述的针泵气体出口与三通、烟气导入接口均相通。

所述的针泵气体出口经阻尼管与烟气导入接口均相通。

所述的清洗空气入口接充气泵，所述的废气出口接抽气泵。

所述的针泵为容积可调的针泵，在其活塞上设单向阀。

所述的吸烟机针筒出口与三通之间的死体积≤1.0mL；三通-滤器-检测室之间的死体积≤5.0 mL；控制稀释用洁净空气压差，使得经三通-滤器之间进入检测室的流量与直接进入检测室之间的流量的比值在10~20之间。

所述的滤器由迎头段的强氧化剂、中段的强碱和末段的碳分子筛三元复合而成；所述的强氧化剂为高锰酸钾或过氧化钠，所述的强碱为氢氧化钾或氢氧化钠；所述的强氧化剂、强碱试剂为直接使用，或先负载在醋酸纤维或活性炭纤维上再使用。

本发明的滤器是三元复合的，其迎头段为负载高锰酸钾或过氧化钠等强氧化剂的醋酸纤维或活性炭纤维，以氧化去除还原性干扰物质；中段为负载氢氧化钾或氢氧化钠等强碱性物质的醋酸纤维或活性炭纤维，以消除酸性干扰物质；末段为负载碳分子筛等高比表面积多空材料的纤维或其纤维织物，以进一步消除脂肪烃等污染物。三通-滤器-检测室之间的死体积≤5.0 mL；在吸烟机针筒出口与四通之间的死体积≤1.0mL。控制压差比，使得经四通-滤器之间进入检测室的流量与直接进入检测室之间的流量的比值在10~20之间，从而既使烟气完全进入检测室，又延长滤器的使用寿命。

通过滤器的烟气最终稀释20~30倍左右，最大浓度在5000ppm以下，经过滤器后相对洁净，从而达到电化学式一氧化碳传感器的检测要求。本方法中使用的一氧化碳传感器带氢气补偿功能，其响应时间≤5秒，测量范围为0~5000ppm，分辨率1ppm。

最终测定结果的表达式为：

一氧化碳_（mg/口）=ρ×C×(V _s +V _d ) 

式中：

ρ为一氧化碳的密度，单位为mg/mL；

C为一氧化碳传感器的测定浓度，单位为ppm；

V _s 为烟气抽吸容量，单位为mL；

V _d 为稀释空气体积，单位为mL。

有益效果：与现有技术相比，本发明的卷烟主流烟气中一氧化碳含量的逐口测定方法及其专用装置，成本低、测量准确、环境适应性较好，时间短，效率高，测定方便，具有很好的实用性。

附图说明

图1是卷烟主流烟气中一氧化碳含量的逐口测定方法的专用装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法：在将主流烟气逐口导入检测室采用电化学一氧化碳传感器测定之前，先使用滤器将干扰物质及污染物质去除，然后稀释，再将烟气送入检测室测定。在滤器中，使用强氧化、酸碱中和化学净化及物理吸附净化的方法滤除干扰物质。该滤器由迎头段的强氧化剂、中段的强碱和末段的碳分子筛三元复合而成。稀释以洁净空气将烟气稀释至一氧化碳传感器测量范围。

如图1所示，为卷烟主流烟气中一氧化碳含量的逐口测定方法的专用装置，包括三通1、滤器2、针泵3和检测室，吸烟机针筒14出口依次与三通1、滤器2和检测室相连。检测室由设在顶部的多功能固定板13和密封在多功能固定板13下的Tedlar气袋10构成，在多功能固定板13上设有烟气导入接口6、带氢气补偿功能的一氧化碳传感器7、清洗空气入口8和废气出口9；针泵3气体出口与三通1、烟气导入接口6均相通。针泵3气体出口经阻尼管5与烟气导入接口6相通。清洗空气入口8接充气泵12，废气出口9接抽气泵11。针泵3的活塞上具单向阀4，带步进电机因而容积可调。

吸烟机针筒出口与三通之间的死体积≤1.0mL；三通-滤器-检测室之间的死体积≤5.0 mL；控制稀释用洁净空气压差，使得经三通-滤器之间进入检测室的流量与直接进入检测室之间的流量的比值在10~20之间。

滤器2是三元复合的，其迎头段为负载高锰酸钾或过氧化钠等强氧化剂的醋酸纤维或活性炭纤维，以氧化去除还原性干扰物质；中段为负载氢氧化钾或氢氧化钠等强碱性物质的醋酸纤维或活性炭纤维，以消除酸性干扰物质；末段为负载碳分子筛等高比表面积多空材料的纤维或其纤维织物，以进一步消除脂肪烃等污染物，可以是孔径为20nm~50nm的柱状碳分子筛、NaY、X13无机分子筛等吸附材料。三通-滤器-检测室之间的死体积≤5.0 mL；在吸烟机针筒出口与四通之间的死体积≤1.0mL。控制压差比，使得经四通-滤器之间进入检测室的流量与直接进入检测室之间的流量的比值在10~20之间，从而既使烟气完全进入检测室，又延长滤器的使用寿命。

通过滤器的烟气最终稀释20~30倍左右，最大浓度在5000ppm以下，经过滤器后相对洁净，从而达到电化学式一氧化碳传感器的检测要求。本方法中使用的一氧化碳传感器带氢气补偿功能，其响应时间≤5秒，测量范围为0~5000ppm，分辨率1ppm。

最终测定结果的表达式为：

一氧化碳_（mg/口）=ρ×C×(V _s +V _d ) 

式中：

ρ为一氧化碳的密度，单位为mg/mL；

C为一氧化碳传感器的测定浓度，单位为ppm；

V _s 为烟气抽吸容量，单位为mL；

V _d 为稀释空气体积，单位为mL。

该专用装置工作时，三通的动作顺序为：吸烟机抽吸针筒抽吸吸气时，A、B、C关闭；抽吸2秒后排气，A、C关闭，B开通，烟气经滤器进入检测室；稀释配气时，A、B开通，C关闭，稀释用洁净空气一路经滤器进入检测室。当不检测第一口烟气时，吸烟机抽吸针筒排气时，A、B关闭，C开通。使用前须预热系统，检测室充气、排空2次，检测室Tedlar气袋待测前为零体积状态。为让烟气全部进入检测室，须使用一定体积的洁净空气冲洗滤器，冲洗空气的体积为4~5倍滤器容积。稀释空气经2000mL针泵3（带单向阀4）注入后分两路，一路经三通1-滤器2经入口6进入检测室，以保障死体积中的烟气能完全进入检测室；另一路经阻尼管5及入口6直接进入检测室。检测室顶部为半径为80mm的硬质多功能固定板，中心安装带氢气补偿功能的一氧化碳传感器7，直径两侧分别是烟气导入接口6及清洗空气入口8及废气出口9；多功能固定板下密封安装Tedlar气袋10，与多功能板一同构成检测室，最大容积为2000mL。检测室清洗空气入口接充气泵11，废气出口末端为抽气泵12。

实施例1

吸烟机与专用装置处于工作待用状态。ISO及GB/T标准模式：抽吸容量35mL，抽吸时间2秒，抽吸间隔为60秒。一氧化碳逐口测定系统三元复合滤器￠10mm×20mm+￠10mm×20mm+￠10mm×20mm，第一段为填充50mg Na₂O₂(粒径100μm)的乙酸纤维、第二段为填充50mg KOH(粒径100μm)的乙酸纤维，第三段为填充50mg NaY（孔径50nm，粒径100μm）的活性炭纤维，三元活性滤器在17.5mL/秒的流量下的压降约为550Pa。设定稀释空气真泵，注入洁净空气665mL（注入流量为200mL/秒），此时稀释比为20。调节稀释空气两气路压差，使得经滤器通过的稀释用洁净空气流量为20mL左右。稀释后的烟气在检测室内的浓度最大在3000ppm以下，此时开启带氢气补充功能的一氧化碳传感器测定一氧化碳浓度，测定时间为10秒。之后以排气泵迅速排空废气，并已清洗空气清洗、排空2次，此步骤须在10秒内完成。之后进入下一口主流烟气的一氧化碳测定。测定结果见表1。

表1  标准抽吸条件下某牌号卷烟一氧化碳的逐口递送量

实施例2

卷烟样品同实施例1。Canada Health模式：抽吸容量55mL，抽吸时间2秒，抽吸间隔为30秒。三元复合滤器￠10mm×20mm+￠10mm×20mm+￠10mm×20mm，第一段为填充100mg K₂MnO₄( (粒径100μm)的活性炭纤维、第二段为填充50mg NaOH (粒径100μm)的活性炭纤维，第三段为填充100mg 13X（孔径100nm，粒径50μm）的乙酸纤维，三元活性滤器在30mL/秒的流量下的压降约为760Pa。设定稀释空气针泵，注入洁净空气1320mL（注入流量为200mL/秒），此时稀释比为25。空气稀释空气两气路压差，使得经滤器通过的稀释用洁净空气流量为30mL左右。稀释后的烟气在检测室内的最大浓度在5000ppm，此时开启带氢气补充功能的一氧化碳传感器测定一氧化碳浓度，测定时间为10秒。之后以排气泵迅速排空废气，并已清洗空气清洗、排空2次，此步骤须在10秒内完成。之后进入下一口主流烟气的一氧化碳测定。测定结果见表2。

表2  深度抽吸模式下某牌号卷烟一氧化碳的逐口递送量

实施例3

卷烟样品同实施例1。采用本发明，烟气经滤器的净化吸附后，可以达到带氢气补偿功能的一氧化碳传感器的检测条件，经带三通的配气机构配气稀释后，可以实现一氧化碳的逐口测定。在两种抽吸模式下，采用集气袋将烟气逐口收集后，使用非散射红外线法按顺序离线测定，其结果见表3。与表1及表2的结果相比，二者并无显著差异，但使用非散射红外线法离线测定一氧化碳，其过程是非常不方便的。

表3  某牌号卷烟一氧化碳的逐口递送量：离线非散射红外线法

Claims (6)

1.一种卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法的专用装置，所述的逐口测定方法为：在将主流烟气逐口导入检测室采用电化学一氧化碳传感器测定之前，先使用滤器将干扰物质及污染物质去除，然后稀释，再将烟气送入检测室测定；其特征在于：所述的专用装置包括针泵(3)，与吸烟机针筒(14)出口依次相连的三通(1)、滤器(2)和检测室；所述的检测室由设在顶部的多功能固定板(13)和密封在多功能固定板(13)下的Tedlar气袋(10)构成，在所述的多功能固定板(13)上设有烟气导入接口(6)、带氢气补偿功能的一氧化碳传感器(7)、清洗空气入口(8)和废气出口(9)；所述的针泵(3)气体出口与三通(1)、烟气导入接口(6)均相通。

2.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法的专用装置，其特征在于：所述的针泵(3)气体出口经阻尼管(5)与烟气导入接口(6)相通。

3.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法的专用装置，其特征在于：所述的清洗空气入口(8)接充气泵(11)，所述的废气出口(9)接抽气泵(12)。

4.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法的专用装置，其特征在于：所述的针泵(3)为容积可调的针泵，在其活塞上设单向阀(4)。

5.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法的专用装置，其特征在于：所述的吸烟机针筒出口与三通之间的死体积≤1.0mL；三通-滤器-检测室之间的死体积≤5.0mL；控制稀释用洁净空气压差，使得经三通-滤器之间进入检测室的流量与直接进入检测室之间的流量的比值在10～20之间。

6.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气中一氧化碳的逐口测定方法的专用装置，其特征在于：所述的滤器由迎头段的强氧化剂、中段的强碱和末段的碳分子筛三元复合而成；所述的强氧化剂为高锰酸钾或过氧化钠，所述的强碱为氢氧化钾或氢氧化钠；所述的强氧化剂、强碱试剂为直接使用，或先负载在醋酸纤维或活性炭纤维上再使用。