CN104614464A - 一种卷烟主流烟气气相化学成分口腔残留效率的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷烟主流烟气气相化学成分口腔残留效率的测量装置，其特征是吸烟机的烟气输入和输出口与三通阀a的第一端口连接；三通阀a的第二端口与卷烟挟持器相连接，第三端口与三通管的第一开口相连接；三通管的第二开口与三通阀b的第一端口连接；三通阀b的第二端口与烟气传输石英毛细管b的一端连接，烟气传输石英毛细管b的另一端进入线分析质谱仪的软电离区中；三通阀b的第三端口与三端口烟气入嘴器相连；三通管的第三开口为可与三端口烟气入嘴器相连的烟气输出口。本发明结构简单、操作方便，适合于同时测量单口卷烟主流烟气气相化学成分中多种组分在人体口腔中的残留效率和研究残留效率随烟气在口腔中停留时间的动态变化规律。

Description

一种卷烟主流烟气气相化学成分口腔残留效率的测量装置

技术领域

本发明涉及一种卷烟主流烟气气相化学成分在人体口腔中残留效率的测量装置，属于烟草化学技术研究领域。

背景技术

在燃烧的卷烟内部，烟草处于温度从室温到大约950℃以及氧气浓度不断变化的环境条件下，通过蒸馏、转移、热解和燃烧等复杂的物理和化学途径会形成数千种产物。在这些产物中，一方面包括大量的香气成分，从而满足了吸烟者的需求；另一方面也存在着有害物质，吸烟与健康的矛盾由此而产生。通常，吸烟者在抽吸卷烟的过程中，一部分主流烟气被呼出进入环境中，另一部分主流烟气则在残留在包括人体口腔在内的呼吸道内。这些残留烟气会对人体口腔味觉产生刺激，从而形成了干燥、收敛、残留和余味等味觉特征；另外，残留烟气中的有害成分也是产生吸烟与健康矛盾的主要因素。因此，科学测量卷烟主流烟气中化学成分在人体口腔中的残留效率是剖析卷烟烟气味觉特征的关键研究环节，同时也是深入研究吸烟与健康关系的重要步骤。

由于卷烟烟气是一种十分复杂的化学混合物，通常，为了研究方便，人们采用剑桥滤片将烟气分为粒相物质和气相物质两部分进行单独研究，其中室温条件下可以通过剑桥滤片的烟气部分被称为气相物质，能够被剑桥滤片截取的部分被称为粒相物质。在过去的几十年间，人们已经对卷烟烟气中的气相成分和粒相成分在人体口腔中的残留效率进行了许多的研究。但是，这些研究基本上是采用离线式分析方式进行，即先对从卷烟抽吸端出来烟气和从吸烟者口腔中呼出的烟气进行收集，或采用稀的酸溶液对吸烟后的口腔进行清洗从而直接收集烟气残留物，然后根据需要采用不同的前处理过程，再用不同的仪器进行分析。对于烟气气相物在口腔中残留效率的测定，常用的方法主要有溶剂捕集-色谱分析或光谱分析、集气袋捕集-色谱分析、冷阱捕集-色谱分析以及吸附剂捕集-色谱分析等几种研究方式。其中，溶剂捕集在分析前通常需要对捕集液进行浓缩，这样会造成一些烟气化学成分的损失，从而给测定结果带来误差；也有针对不同目标物采用不同性质溶剂进行捕集的方法，但是这需要使用较多的溶剂和多种分析仪器分别进行测量，不但耗时，而且也容易污染环境。另一方面，集气袋捕会导致烟气化学成分在袋壁上的吸附；冷阱捕集最大问题是烟气中的水分冷凝后会堵塞管道，从而影响烟气的流动；吸附剂捕集常有副反应发生，而且对于目标组分会存在不完全吸附和脱附现象，所以也均会给测量结果带来较大误差。因此，其具体的应用受到了很大的局限。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种结构简单、快速方便、无需任何前处理过程，可以实现对商用单通道吸烟机抽吸卷烟而产生的烟气气相成分和吸烟者口腔中的烟气气相成分直接进行取样分析的在线烟气分析测量装置，从而为烟草科技人员测量卷烟主流烟气气相化学成分在人体口腔中的残留效率提供一种良好的技术手段。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明卷烟主流烟气气相化学成分口腔残留效率的测量装置，其特点是：设置商用单通道吸烟机、在线分析质谱仪、可插入卷烟烟支的卷烟挟持器及三端口烟气入嘴器；在所述在线分析质谱仪内部设置有软电离区、下部设置有真空抽气口；

所述商用单通道吸烟机的抽吸筒的前端设置有烟气输入和输出口，所述烟气输入和输出口与三通阀a的第一端口连接；所述三通阀a的第二端口与可插入卷烟烟支的卷烟挟持器相连接，第三端口与三通管的第一开口相连接；

所述三通管的第二开口通过烟气传输石英毛细管a与三通阀b的第一端口连接；所述三通阀b的第二端口与烟气传输石英毛细管b的一端连接，所述烟气传输石英毛细管b的另一端穿过所述在线分析质谱仪的腔壁进入所述软电离区中；所述三通阀b的第三端口通过烟气传输石英毛细管c与三端口烟气入嘴器的第一端口相连；

所述三通管的第三开口为可以通过二通阀与所述三端口烟气入嘴器的第二端口相连的烟气输出口。

本发明卷烟主流烟气气相化学成分口腔残留效率的测量装置，其结构特点也在于：所述三端口烟气入嘴器的第三端口为口含端口，且在距离所述口含端口1-2cm处设置有一个凹面朝向所述口含端口的弧形密封片；所述烟气传输石英毛细管c贯穿所述三端口烟气入嘴器的第一端口和口含端口，并伸出到口含端口外。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明在商用单通道吸烟机的烟气输出管道端口增加一些附加装置，能够实现对吸烟机抽吸卷烟而产生的烟气气相成分和吸烟者口腔中的烟气气相成分直接进行快速取样和在线分析，测量时无需任何溶剂和前处理过程，从而能够极大地降低测量误差和提高测定效率，并能减少污染环境。

2、本发明结构简单、操作方便，一次检测能够获得卷烟烟气气相物中多种组分口腔残留效率的测定结果。

3、本发明不但能够测量卷烟烟气气相成分在口腔中停留一定时间的残留效率，而且还能方便研究残留效率随停留时间的动态变化规律。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例1中初始烟气的在线分析质谱图；

图3为实施例1中口腔烟气的在线分析质谱图；

图4为实施例1中质量数分别为30、44、58、78和94的一些表性烟气气相组分的口腔残留效率测量结果；

图5为实施例2中质量数分别为30、44和94的几种代表性烟气组分的残留效率随烟气在口腔中停留时间的动态变化情况；

图中标号：1吸烟机、2抽吸筒、3烟气输入和输出口、4三通阀a、5卷烟夹持器、6卷烟烟支、7三通管、8烟气输出口、9烟气传输石英毛细管a、10三通阀b、11烟气传输石英毛细管b、12烟气传输石英毛细管c、13二通阀、14三端口烟气入嘴器、15口含端口、16弧形密封片、17在线分析质谱仪、18软电离区、19真空抽气口。

具体实施方式

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的测量装置包括商用单通道吸烟机1、在线分析质谱仪17、可插入卷烟烟支6的卷烟挟持器5及三端口烟气入嘴器14；在线分析质谱仪17内部设置有软电离区18、下部设置有真空抽气口19；

商用单通道吸烟机1的抽吸筒2的前端设置有烟气输入和输出口3，烟气输入和输出口3与三通阀a 4的第一端口连接；三通阀a 4的第二端口与可插入卷烟烟支6的卷烟挟持器5相连接，第三端口与三通管7的第一开口相连接；

三通管7的第二开口通过烟气传输石英毛细管a 9与三通阀b 10的第一端口连接；三通阀b 10的第二端口与烟气传输石英毛细管b 11的一端连接，烟气传输石英毛细管b 11的另一端穿过在线分析质谱仪17的腔壁进入软电离区18中；三通阀b 10的第三端口通过烟气传输石英毛细管c 12与三端口烟气入嘴器14的第一端口相连；

三通管7的第三开口为可以通过二通阀13与三端口烟气入嘴器14的第二端口相连的烟气输出口8。

三端口烟气入嘴器14的第三端口为口含端口15，且在距离口含端口15约1-2cm处设置有一个凹面朝向口含端口15的弧形密封片16；

烟气传输石英毛细管c 12贯穿三端口烟气入嘴器14的第一端口和口含端口15，并伸出到口含端口15外。

具体设置时，三通管7的内径和长度分别设置为2mm和8cm，且三通管7的烟气输出口8与二通阀13之间以可快速组装和快速拆卸的不透气的任何方式连结；烟气传输石英毛细管a 9和烟气传输石英毛细管c 12的长度相等；另外，本发明所需程序设置的部件也可由软件进行设置，并由一个触发器进行控制。

实验前，打开在线分析质谱仪17和吸烟机1的工作电源；设置在线分析质谱仪17的采样时间和采样频率，设置吸烟机1的抽吸条件，并同时设定抽吸筒2内活塞返回抽吸筒端面的时间，待在线分析质谱仪17的真空度满足要求时，即可进行实验。

实验时，首先在卷烟夹持器5中放置剑桥滤片，并通过三通阀b 10将烟气传输石英毛细管a9和烟气传输石英毛细管b11相连通，此时，三通管7的烟气输出口8与二通阀13之间不相连结；然后，在卷烟夹持器5中插入卷烟烟支6，启动吸烟机1并点火抽吸；当测量的不是第一口烟气的口腔残留效率时，将前一口烟气直接排空，并将烟支从卷烟夹持器5中拔出，让吸烟机进行一次空吸以清除抽吸筒2和相应管道内的残留烟气，重复上述操作，直至抽吸到需要测定的单口烟气，待抽吸筒内的活塞返回一定时间后，启动在线分析质谱仪17进行分析，即可得到初始烟气的在线分析质谱图，随后关闭吸烟机1。

在进行口腔烟气的测量时，基本重复上述操作，所不同的是，实验开始时，先将三通管7的烟气输出口8与二通阀13相连结，并打开二通阀13，在卷烟抽吸到需要测定的单口烟气时，吸烟者将三端口烟气入嘴器14的口含端口15含入口腔中，并用手紧压弧形密封片16以确保实验过程中不会发生口腔泄露现象，待吸烟机1将烟气推入吸烟者口腔后，关闭二通阀13和吸烟机1；烟气在口腔中静止一定时间后，调节三通阀b 10使烟气传输石英毛细管b 11和烟气传输石英毛细管c 12相连通，再过一定时间，启动在线分析质谱仪17进行分析，即可得到口腔烟气的在线分析质谱图。最后，根据前后两次获得的质谱图，便可以得到卷烟烟气气相组分在口腔中停留一定时间的残留效率。

当需要研究烟气气相成分的残留效率随烟气在口腔中停留时间的动态变化规律时，在上述操作的基础上，让在线分析质谱仪17对口腔中的烟气每隔一定时间进行一次扫描分析，即可获得不同时间的口腔烟气质谱图，然后结合初始烟气的质谱图，便能得到口腔残留效率随时间的变化情况。

实施例1：

在标准的抽吸条件(每口抽吸35mL，抽吸2秒钟，抽吸间隙为58秒钟)下，测定第二口烟气气相成分的口腔残留效率。首先，在卷烟夹持器5中放置剑桥滤片，并通过三通阀b 10将烟气传输石英毛细管a 9和烟气传输石英毛细管b 11相连通；然后，将吸烟机1的抽吸条件设置为，每口抽吸35mL，抽吸2秒钟，抽吸间隙为28秒钟，并将抽吸筒2内活塞返回时间设定为6秒钟；在线分析质谱仪17采用光子能量为10.6eV的真空紫外灯作为电离光源，每次扫描时间设定为2秒钟；接着，在卷烟夹持器5中插入卷烟烟支6并点火抽吸，抽吸完成后拔出正在静燃的卷烟烟支6，让吸烟机1进行一次空吸，空吸完毕后，再次插入卷烟烟支6，继续抽吸，当活塞返回2秒钟后(此时抽吸筒2内的烟气已将三通管内的残留空气赶除，质谱内的真空已将烟气传输石英毛细管a 9和烟气传输石英毛细管b 11内的残留空气抽走，进入软电离区18的气体为刚抽吸的新鲜烟气)，立即启动在线分析质谱仪17进行检测，初始烟气的分析结果参见图2。

将三通管7的烟气输出口8与二通阀13相连结，将吸烟机1的抽吸筒2内活塞的返回时间设定为1秒钟，采用新的剑桥滤片和与上述测试相同的卷烟烟支6重复上述实验，在卷烟抽吸第二口前，吸烟者将三端口烟气入嘴器14的口含端口15含入口腔中，并用手紧压弧形密封片16，当第二口烟气气相物被推入吸烟者口腔后，吸烟者屏住呼吸，同时关闭二通阀13和吸烟机1，待烟气在口腔中停留4秒钟，调节三通阀b 10使烟气传输石英毛细管b 11和烟气传输石英毛细管c 12相连通，再过2秒钟后(此时质谱内的真空已将烟气传输石英毛细管c 12和烟气传输石英毛细管b 11内的残留空气抽走，进入软电离区18的气体为口腔中的烟气)，立即启动在线分析质谱仪17进行检测，口腔烟气的分析结果参见图3。

最后根据图2和图3中不同烟气化学成分的峰面积，即可得到它们的口腔残留效率，图4给出了质量数分别为30、44、58、78和94的几种烟气组分的口腔残留效率。

实施例2：

基本同实施例1，所不同的是在进行口腔烟气分析时，第一次测量之后不关闭在线分析质谱仪17，然后每隔4秒钟进行一次检测。

质量数分别为30、44和94的几种代表性烟气组分在35秒钟内的口腔残留效率随时间的变化情况参见图5。

因此，本发明所提供的卷烟主流烟气气相化学成分口腔残留效率的测量装置，可以实现对商用单通道吸烟机抽吸卷烟而产生的烟气气相成分和吸烟者口腔中的烟气气相成分直接进行取样和在线分析，不但适合于同时测量单口卷烟主流烟气气相化学成分中多种组分在口腔中的残留效率，也能方便地研究残留效率随烟气在口腔中停留时间的动态变化规律，从而为烟草科技人员研究卷烟主流烟气气相化学成分在人体口腔中的残留效率提供了一种良好的方法和技术手段。

Claims (2)

1.一种卷烟主流烟气气相化学成分口腔残留效率的测量装置，其特征是：设置商用单通道吸烟机(1)、在线分析质谱仪(17)、可插入卷烟烟支(6)的卷烟挟持器(5)及三端口烟气入嘴器(14)；在所述在线分析质谱仪(17)内部设置有软电离区(18)、下部设置有真空抽气口(19)；

所述商用单通道吸烟机(1)的抽吸筒(2)的前端设置有烟气输入和输出口(3)，所述烟气输入和输出口(3)与三通阀a(4)的第一端口连接；所述三通阀a(4)的第二端口与可插入卷烟烟支(6)的卷烟挟持器(5)相连接，第三端口与三通管(7)的第一开口相连接；

所述三通管(7)的第二开口通过烟气传输石英毛细管a(9)与三通阀b(10)的第一端口连接；所述三通阀b(10)的第二端口与烟气传输石英毛细管b(11)的一端连接，所述烟气传输石英毛细管b(11)的另一端穿过所述在线分析质谱仪(17)的腔壁进入所述软电离区(18)中；所述三通阀b(10)的第三端口通过烟气传输石英毛细管c(12)与三端口烟气入嘴器(14)的第一端口相连；

所述三通管(7)的第三开口为可以通过二通阀(13)与所述三端口烟气入嘴器(14)的第二端口相连的烟气输出口(8)。

2.根据权利要求1所述的一种卷烟主流烟气气相化学成分口腔残留效率的测量装置，其特征是：所述三端口烟气入嘴器(14)的第三端口为口含端口(15)，且在距离所述口含端口(15)1-2cm处设置有一个凹面朝向所述口含端口(15)的弧形密封片(16)；所述烟气传输石英毛细管c(12)贯穿所述三端口烟气入嘴器(14)的第一端口和口含端口(15)，并伸出到口含端口(15)外。