CN1038615C - 卷烟烟气中一氧化碳含量的测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卷烟烟气中一氧化碳含量的测量方法和装置，其特征是在用CO传感器测量之前，采用膜分离装置将氢去除，并将烟气中的一氧化碳用空气稀释配气装置进行稀释，从而使得卷烟烟气中一氧化碳含量的测量，检测时间短、程序简单、环境质量要求低且测量准确。

Description

卷烟烟气中一氧化碳含量的测量方法及装置
本发明涉及卷烟烟气中一氧化碳含量的测量，特别是烟气中一氧化碳含量的测量方法及其装置。
一氧化碳(CO)是一种有毒气体。它易与血液中的血红素结合，使之失去输送氧的能力，损害人身健康。卷烟烟气中一氧化碳含量较高，浓度达3～6％。因此，烟气中一氧化碳含量的多少是评定卷烟品质的一项重要指标。
卷烟烟气中一氧化碳含量的仪器分析，早期是采用气相色谱法进行的。由于气相色谱法检测时间长，检测程序繁琐等缺点，现在已普遍使用红外线分析仪进行检测。
红外线分析仪的原理是利用样品气中所含的一氧化碳吸收红外的能量，与密封在单独容器内的基准气体(CO2)所吸收的能量相比较，然后变成电信号，经放大器电路输入记录仪。
红外线一氧化碳分析仪具有较高的精度(±2％)，响应时间短(15秒达最大值)，不受其它化学物质干扰等优点。但该仪器的使用条件苛刻，要求恒温恒湿，预热时间长，检测元件构造复杂，体积大，而且价格昂贵，维修费用高。
现已商品化的电化学式一氧化碳检测仪广泛用于矿井、石油、化工等的环境监测和大气污染监测场合，其工作原理简单(见图1)。当样品气中含有一氧化碳时，具有还原性质的一氧化碳即在阳极氧化： ，空气中的氧在阴极还原： 。总反应为 。两电极再通过外电路连接构成回路。回路中电流强度的大小即与一氧化碳含量成线性关系。
电化学式一氧化碳检测仪的突出特点是结构简单、体积小、反应快(响应时间在10秒以内)，具有良好的线性关系和较好的精度，同时它的操作简便、维修方便，价格低廉。该仪器在选择性上颇有欠缺。氢、烯烃类、醛类等还原物质均对一氧化碳的检测产生干扰。其中氢的干扰问题迄今国内外尚未解决，大大限制了该仪器的应用范围。此外，在检测浓度大于0.5％的一氧化碳气体时，电化学式一氧化碳检测仪通常需在传感器上用毛细管限流，以使其产生的信号大小能与被检测气中一氧化碳的浓度形成良好的线性关系。当存在氢干扰的情况下测试一氧化碳浓度时，氢的干扰程序会因此而增大。这是由于氢的扩散速率大于一氧化碳的扩散速率，在经过毛细管扩散到电极表面时，出现氢的富集所造成的。
卷烟烟气中含有大约400～500种气体成分，其中化学组成约为N2 58％；O212％；CO2 13％；CO 3.5％；H2 0.5％，粒相组分8％和气相组分5％(主要为烃类、水、醛类和酮类等)，对于如此复杂而干扰性极高的卷烟烟气，目前已有的电化学式一氧化碳检测仪显然是无能为力的。
本发明的目的在于提供一种卷烟烟气中一氧化碳含量的测量方法及其装置，能够使检测时间短、环境要求低且测量准确。
本发明提供了一种卷烟烟气中一氧化碳含量的测量方法，包括用过滤装置去除有机杂质，及最终送入电化学式一氧化碳传感器中进行测量等步骤，其特征在于还包括有如下步骤：
用气体膜分离装置把卷烟烟气中的氢去除；
用空气烯释配气装置将烟气中的一氧化碳浓度稀释到PPm级。
本发明还提供了使用上述方法的测量系统，包括有取样泵2、稳压阀3、过滤装置5及化学式一氧化碳传感器6，其特征是还包括有气体模分离装置4和空气稀释配气装置1。配气装置1由芯管7和侧壁有孔洞的外管8套装而成，芯管7为样品气通道，壁孔为空气通道，稀释比为样品通道与空气通道截面之比。气体膜分离装置可以为中空纤维素、平板透气膜、管形微孔透气膜或者微细单丝集束，孔径在50～5000A，孔隙率在10～70％之间。整个系统按配气装置1、取样泵2、稳压阀3、气体膜分离器4、过滤器5、一氧化碳传感器6的顺序连接。过滤装置5与气体膜分离装置4可制成一体，即将过滤物质填充入膜分离装置4中，过滤物质可以是活性炭、炭毡、碳纤维及织物。过滤物质还可经硝酸溶液浸煮，氮气及二氧化碳气氛保护下进行高温处理。下面通过实施例详细叙述本发明。
附图1为电化学式CO传感器工作原理图；
附图2(a)为中空纤维束式气体膜分离器示意图；
     (b)为管形微孔膜式气体膜分离器示意图；
     (c)为平板膜式气体膜分离器示意图；
附图3为本发明提供的配气流程图；
附图4为空气稀释配气装置；
附图5为毛细管限流法配气流程图。
实例一
配气流程如图3。稀释比为1∶2，气体稀释装置的芯管样品通道内径为φ0.3mm，外管壁空气通道为φ0.6mm×5孔。取样泵采用6V直流电1200rpm，流量控制在200ml·m-1，气体膜分离器是采用外径为8mm，长80mm，管壁为0.5mm的微孔陶瓷管型膜，膜微孔径在0.5μ以下。管内装有经过1200℃碳化处理的碳纤维束。采用电化学式一氧化碳传感器分析人工采集的卷烟烟气中的一氧化碳含量结果与气相色谱法的分析结果见表一。
实例二
配气流程如图3。稀释比为1∶20，气体稀释装置的芯管样品通道内径为φ0.3mm，外管壁空气通道为φ0.6mm×5孔。取样泵采用6V直流电，1200rpm，流量控制在200ml·m-1。气体膜分离器为单线束内加活性炭结构，长80mm，直径φ8mm。电化学式一氧化碳传感器分析英国菲尔特罗纳公司Flltronag通道302型吸烟机收集的卷烟烟气中一氧化碳含量的结果与中国烟草总公司烟草标准化质量监督检测中心的英国菲尔特罗纳公司Flltronag-AT302型一氧化碳自动测量仪的分析结果均示表二。
实例三
采用本发明的电化学式一氧化碳传感器，实例一条件与采用毛细管9限流法的电化学式一氧化碳传感器(按照图5流程)，分析人工采集的卷烟烟气中一氧化碳含量结果同气相色谱法分析值相比较分别于表一和表三。从对比结果中发现，采用本发明的电化学式一氧化碳传感器分析的结果与气相色谱法分析值一致(见表一)，而采用毛细管限流法的电化学式一氧化碳传感器分析的结果与色谱法分析的结果相差甚远(见表三)。这是因为，卷烟烟气经过图5流程处理后，虽然去除了烯烃类、醛类等杂质，仍存在少量H2。当烟气流经毛细管到达传感器电极表面，由于H2的扩散速率大于CO扩散速率，H2富集于电极表面(即H2含量增加)，从而加大了对CO分析的干扰。
本发明使电化学式一氧化碳传感器得以成功地用于含有氢、烯烃类及醛类等干扰气的一氧化碳气体检测，扩大了电化学式一氧化碳传感器的应用范围。本发明使电化学式一氧化碳传感器得以成功地用于卷烟烟气一氧化碳含量的测定，可以替代价格昂贵，使用条件苛刻的红外线一氧化碳分析仪。
表一卷烟烟牌    色 谱 法    CO传感器    相对误差
        CO％ H2％  CO％        σ％阿诗玛      3.52 1.26   3.53         0.28茶花        3.91 1.56   3.95         1.02旅友        4.30        4.27         0.74北京        3.52 1.35   3.56         1.13
表二吸烟通道#  红外分析仪COmg/支  CO传感器COmg/支 相对误差σ％C1             21.8                22.1          1.4C2             21.3                20.7          -2.9C3             22.0                22.1          0.45C4             22.2                21.1          -5.2C5             21.9                21.3          -2.8C6             21.6                21.0          -1.9C7             22.5                22.0          -2.3C8             20.8                20.7          -0.48
表三卷烟烟牌    色谱法    CO传感器    相对误差三箭         2.1％    5.11％       142％三箭         3.17％   5.87％       85％三箭         1.70％   2.65％       55.8％三箭         2.8％    5.4％        92.8％

Claims (5)

1.一种卷烟烟气中一氧化碳含量的测量方法，包括用过滤装置去除有机杂质及最终送入电化学式一氧化碳传感器中进行测量等步骤，其特征在于还包括有如下步骤：
用气体膜分离装置把卷烟烟气中的氢去除；
用空气稀释配气装置将烟气中的一氧化碳浓度稀释到PPm级。
2.一种用权利要求1方法测量烟气中一氧化碳含量的测量系统，包括有取样泵、稳压阀、过滤装置及电化学式一氧化碳传感器，其特征是：
还包括有气体膜分离装置和空气稀释配气装置；
所述气体膜分离器是管内装有碳纤维素的微孔陶瓷管；
所述的配气装置由芯管和侧壁有孔洞的外管套装而成，芯管为样品气通道，壁孔为空气通道，稀释比为样品通道与空气通道截面之比；
整个系统按配气装置，取样泵、稳压阀、气体膜分离器、过滤器、一氧化碳传感器的顺序连接。
3.按权利要求2所述的测量系统，其特征在于可以将过滤装置与气体膜分离装置制成一体，即将过滤物质填充入膜分离装置中。
4.按权利要求3所述的测量系统，其特征在于所述的过滤装置中的过滤物质可以是活性炭、炭毡、碳纤维及织物。
5.按权利要求4所述的测量系统，其特征在于所述的过滤物质经过硝酸溶液浸煮，氮气及二氧化碳气体保护下的高温处理。
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