CN104713959A - 一种在线烟草制品烟气实时分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线烟草制品烟气实时分析方法，采用在线烟草制品烟气实时分析仪，该分析仪包括吸烟机、进样与清洗模块、烟气分析模块、持烟器、去活性管路系统及外部控制器；气相色谱仪或者气相质谱联用仪，实现样品成分的检测；备有可控温持烟器，通过各种特性吸附材料以及温度设定，实现选择性烟气过滤或者无滤片全烟气分析；外部控制器，实现吸烟机、在线污染清洗进样器、气相色谱仪的同步控制，完成烟草制品烟气的实时采集与分析。具有可控抽吸，烟气体积可控，温度可控，烟气污染实时清洗无残留等特点，实现了实时在线分析，直接分析烟草制品燃烧产生的气体成分，避免了样品处理过程中的成分发生化学变化或损失。

Description

一种在线烟草制品烟气实时分析方法

技术领域

本发明属于烟草制品烟气分析领域，特别涉及一种在线烟草制品烟气实时分析方法。

背景技术

目前，烟草制品烟气分析检测的方法很多，当用抽烟机模拟人的抽烟行为时，多种多样的捕集器，包括剑桥滤片、静电沉积器、喷射撞击器、冷溶剂(冷阱)、固体吸附剂以及溶剂捕集器都已用来收集主流烟气，直接取样也可以完成气相组分的直接进样分析。但是这些方法检测出来的烟草制品烟气成分数据都存在这样一个问题：传统的烟气分析方法检测的对象与实际抽烟感官评吸的烟气相差甚远，比如说：陈化1分钟的烟气与新鲜的烟气存在较大差别：(1)烟气气溶胶的粒径迅速增大，粒子的初始直径在0.01～1.0μm之间分布，随着时间的延长和温度的降低，粒子直径不断增大，烟气在室温下保留10秒后，粒子直径增大至0.1～46μm，平均直径为0.2μm；(2)烟气的动态性质导致烟气的不稳定性，由于烟气的浓度非常高，其中的颗粒在短时间内会迅速凝聚，新生烟气在半秒钟内颗粒的数量会降至其初始值的四分之一。由于凝聚作用，烟气颗粒迅速增大，除了烟气物理性质迅速发生变化以外，烟气中化合物的种类及浓度也发生变化，如主流烟气中的亚硝酸甲酯，实际上是在新生烟气陈化10秒钟后才出现的。

从理论上说，通过现代仪器分析手段可以实现对于卷烟主流烟气组分实现全面的分析，在现实工作中，剑桥滤片和溶剂捕集器为烟气主要捕集措施，但由于烟气成分的复杂性，烟气组分收集、分离提取、富集的困难，还有烟气陈化导致的组分变化等原因，通过剑桥滤片捕集或溶剂吸收，然后进行一系列的化学提取与分离分析，这种常规离线式方法，实验步骤繁杂，费时费力，重现性和稳定性较差，且不可避免带入了样品损失和人为误差；另外捕集，处理速度慢，过程繁琐，导致样品陈化，不能反映新鲜烟气产物的成分；已知的分析烟气方法，以其吸附与分析的复杂性而引起新鲜烟气与处理后样品成分的不同，而使得现有化学分析结果不能完全表达烟气感官评吸的结果，即难以提供充足可靠的信息。这就是分析检测基础研究不能为感官评吸主观评价提供理论依据的重要原因之一。

基于以上形势，如何采集分析新鲜烟气成为卷烟烟气化学工作者的一个研究新思路。

发明内容

本发明提供了一种在线烟草制品烟气实时分析方法，通过去活性管路系统将吸烟机、持烟器、进样与清洗模块及烟气分析模块连通，通过外部控制器进行统一控制，实现卷烟主流烟气在线采集实时分析检测，克服了现有技术中烟气分析非实时引起的歧视等问题。

一种在线烟草制品烟气实时分析方法，采用一种在线烟草制品烟气实时分析装置，该装置包括吸烟机、进样与清洗模块、烟气分析模块、持烟器、去活性管路系统及外部控制器；

所述吸烟机、持烟器、进样与清洗模块及烟气分析模块通过去活性管路系统相连通；

所述吸烟机、持烟器、进样与清洗模块、烟气分析模块及去活性管路系统均受控于外部控制器；

所述烟气分析模块包括烟气分析仪分析部分、压力与流速控制模块及烟气分析控制单元；

所述去活性管路系统包括七个二位转化阀V1-V7和与二位转化阀相连的去活性管路，每个二位转化阀的两个活动端分别为第一阀口和第二阀口，固定端为第三阀口；

【二位转化阀固定端在下方，活动端在上方时，活动端右边阀口为第一阀口，左边阀口为第二阀口，固定端阀口为第三阀口；】

所述进样与清洗模块包括六通阀、样品定量环、清洗液瓶、清洗气瓶、清洗液抽吸泵以及废液瓶；

所述六通阀的六个通道口从最上方开始按顺时针方向依次为第一通道口、第二通道口、第三通道口、第四通道口、第五通道口及第六通道口；

所述吸烟机与二位转化阀V3的第二阀口相连，通过二位转化阀V3的第三阀口与所述六通阀的第六通道口相连通；

所述持烟器与二位转化阀V2的第一阀口相连，通过二位转化阀V2的第三阀口与所述六通阀的第五通道口相连通；

所述清洗液瓶与清洗液抽吸泵相连，清洗液抽吸泵与二位转化阀V1的第一阀口相连，清洗气瓶、通过电动截止阀与二位转化阀V1的第二阀口相连，二位转化阀V1的第三阀口与二位转化阀V2的第二阀口相连；

所述六通阀的第四通道口与第一通道口相连的去活性管路中设置有样品定量环；

所述六通阀的第三通道口与二位转化阀V5的第三阀口相连，二位转化阀V5的第一阀口和第二阀口分别与废液瓶和二位转化阀V7的第二阀口相连；

所述六通阀的第二通道口与二位转化阀V4的第三阀口相连，二位转化阀V4的第一阀口和第二阀口分别与二位转化阀V6的第一阀口和二位转化阀V3的第一阀口相连；

所述烟气分析模块中的压力与流速控制模块包括流量传感器、压力传感器、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、放气阀及烟气分析控制单元，其中，所述载气端通过第一截止阀与二位转化阀V6的第三阀口相连，所述二位转化阀V6的第二阀口与二位转化阀V7的第一阀口相连，所述二位转化阀V7的第三阀口与烟气分析仪分析部分的进样口气路端口相连；所述烟气分析仪分析部分的溶剂放空气路端口与第二截止阀之间的管路上设置有压力传感 器，所述烟气分析仪分析部分的分流气路端口与分流捕集阱，所述分流捕集阱与第三截止阀之间设置有放气阀，所述压力传感器作用于第三截止阀上；

所述流量传感器、压力传感器、第一截止阀、第二截止阀及第三截止阀均受控于烟气分析控制单元；

所述二位转化阀V1-V7、清洗液抽吸泵、六通阀及电动截止阀均受控于外部控制器；

在二位转化阀V3的第一阀口和二位转化阀V4的第二阀口之间依次设置有第四截止阀和流量限制器，所述第五截止阀和流量限制器均受控于外部控制器；

所述在线烟草制品烟气实时分析的具体过程如下：

步骤1：仪器平衡与方法设置；

利用外部控制器设置待机条件，所述待机条件包括持烟器温度、进样与清洗模块温度；

利用烟气分析控制单元设置气相色谱仪或气相色谱质谱联用仪待机条件；

利用外部控制器设置卷烟抽吸参数、进样参数及清洗参数，利用烟气分析控制单元设置气相色谱或气相色谱质谱联用仪分析参数；

步骤2：点燃卷烟； 

在持烟器上放置卷烟，用点烟器将待测卷烟点燃，同时利用外部控制器启动吸烟机，产生烟气；

步骤3：卷烟恒温抽吸；

利用外部控制器启动吸烟机，控制二位转化阀及六通阀，吸烟机从持烟器中抽吸卷烟烟气，使得方法选定的待分析的某口烟气储存在样品定量环中；

步骤4：烟气进样； 

利用外部控制器启动烟气分析模块，控制二位转化阀及六通阀，利用通入的He气将样品定量环中的储存的烟气压入烟气分析仪分析部分中，完成烟气进样；

步骤5：烟气分析； 

烟气分析仪分析部对烟气进行分析，输出分析结果；

步骤6：管路清洗； 

溶液清洗：利用外部控制器启动清洗液抽吸泵，控制二位转化阀及六通阀，将从清洗液瓶中抽吸的清洗液通入去活性管路，对去活性管路进行液体清洗，废液从二位转化阀V5的第一阀口流至废液瓶；

气体清洗：利用外部控制器启动电动截止阀，控制二位转化阀及六通阀，将从清洗气瓶中N₂气或He气通入去活性管路，对去活性管路进行气体清洗，废气从二位转化阀V5的第一阀口排出。

所述的管路清洗要求以气体清洗作为清洗程序最后步骤，以确保连接管路的干燥，无溶剂残留。

所述的步骤5与步骤6可以同时进行开始之后，也可以等待步骤5完毕之后再进行步骤6。

通过外部控制器，控制吸烟机、去活性管路系统中的二位转化阀、进样与清洗模块中的清洗液抽吸泵及烟气分析模块，进行卷烟抽吸、烟气进样、溶液清洗及气体清洗，具体过程如下：

卷烟抽吸过程为：

外部控制器发出抽吸控制指令，启动吸烟机抽吸卷烟，打开二位转化阀V2第一阀口和二位转化阀V3的第二阀口，控制六通阀的第一通道口与第六通道口连通，第五通道口与第四通道口连通，使吸烟机的抽吸泵通过二位转化阀V3、六通阀的第六通道口、第一通道口-样品定量环-第四通道口、六通阀的第五通道口-二位转化阀V2通路抽吸卷烟，从持烟器产生的烟气经过二位转化阀V2-六通阀的第五通道口、第四通道口-样品定量环，将样品定量环储存满，完成卷烟抽吸；

烟气进样过程为：

外部控制器发出进样控制指令，启动烟气分析模块、打开二位转化阀V6第一阀口、二位转化阀V4第一阀口、二位转化阀V5第二阀口及二位转化阀V7第二阀口，控制六通阀的第二通道口与第一通道口连通，第四通道口与第三通道口连通，使得从烟气分析模块中充入的He气经二位转化阀V6第一阀口-二位转化阀V4第一阀口-六通阀的第二通道口、第一通道口，将样品定量环中充满的烟气经六通阀的第四通道口、第三通道口-二位转化阀V5第二阀口-二位转化阀V7第二阀口进入烟气分析模块的进样口气路端口，使得烟气进入烟气分析模块，完成烟气进样；

溶液清洗过程，即利用清洗液清洗去活性管路过程为：

外部控制器发出溶液清洗控制指令，启动清洗液抽吸泵、打开二位转化阀V1第一阀口、二位转化阀V2第二阀口、二位转化阀V3第一阀口、二位转化阀V4第二阀口、二位转化阀V5第一阀口，控制六通阀的通道口连通状态与烟气进样时保持一致，将清洗液从清洗液瓶中抽起，清洗液经二位转化阀V1-二位转化阀V2-六通阀的第五通道口、第六通道口-二位转化阀V3-第四截止阀-流量限制器-二位转化阀V4-六通阀的第二通道口、第一通道口-样品定量环-六通阀的第四通道口、第三通道口-二位转化阀V5，最终流入废液瓶，完整的将整个去活性管路进行溶液清洗；

气体清洗过程，即利用N₂气或者He气充入去活性管路中，对去活性管路进行气体清洗，具体过程为：

外部控制器发出气体清洗控制指令，启动电动截止阀，打开清洗气瓶，同时将二位转化阀V1的第二阀口打开，二位转化阀V2-V5阀口打开状态及六通阀的通道口打开状态与溶液清洗时保持一致，将清洗气瓶中的N₂或者He气进二位转化阀V1后流经溶液清洗过程中溶液流经的去活性管路中，最后从二位转化阀V5第一阀口排出至废液瓶中，完整的将整个去活性管路进行N₂或者He气清洗；

在烟气分析模块启动后，烟气分析模块中的载气通入端口一直保持通入He气。

所述烟气分析仪分析部分包括气相色谱仪或气相色谱质谱联用仪。

所述去活性管路为惰性处理的聚四氟乙烯管。

【能耐300℃高温，耐溶剂等常用物质腐蚀，且无气体渗漏，采用快插式接头连接，管路可快速更换。】

在二位转化阀V3的第一阀口和二位转化阀V4的第二阀口之间依次设置有第四截止阀和流量限制器，所述第五截止阀和流量限制器均受控于外部控制器。

【流量限制器的作用在于控制通过第四截止阀的气体流量，第四截止阀就是受流量限制器限制,限制通过的清洗溶剂的量。】

所述二位转化阀V3的第一阀口还与第五截止阀相连，所述第五截止阀受控于控制器。

【该截止阀为放空阀，用于排出多余的气体或液体。】

所述样品定量环容量包括1mL、3mL或5mL。

所述去活性管路系统和进样与清洗模块设置于保温阀箱中，保温阀箱中设置温度控制系统，所述温度控制系统与外部控制器相连。

所述持烟器为温控式卷烟夹持器；

所述温控式卷烟夹持器，包括持烟器和捕集器；

所述持烟器包括基座(4)及端盖(9)，所述基座内部为中空，所述端盖扣合在基座一侧，所述基座和端盖在同一轴线上设有抽吸孔；

所述捕集器包括捕集器后盖(6)和捕集器前盖(5)，两者中间安放滤片(8)，所述捕集器后盖和捕集器前盖扣合安装在基座内抽吸孔的后方，两者在抽吸孔所在轴线上设置有通孔，且两者之间设置有安装滤片的空间，所述捕集器后盖和捕集器前盖均与安装在抽吸孔中的抽吸管道相连通；

端盖内沿抽吸管道依次设置有卷烟夹持密封圈(3)、迷宫环式密封圈(2)及有孔垫圈(1)；

所述有孔垫圈套装在抽吸管道上，且所述有孔垫圈采用紧密海绵级的平滑膨胀合成橡胶有孔垫圈；

所述迷宫环式密封圈至少包括四个，与有孔垫圈相邻的迷宫环式密封圈反向安装，其余 迷宫环式密封圈正向安装；

所述待夹持的卷烟直径为迷宫环式密封圈的孔直径的1.18-1.44倍；

在所述基座内部还设有加热器和温度传感器，所述加热器和温度传感器均与温控器相连；

所述温控式卷烟夹持器外部还设有可拆卸式保温壳体，所述可拆卸式保温壳体包括保温前壳(10)和保温后壳(7)，均设有抽吸通孔分别套装在所述基座和端盖上。

有益效果

本发明提供了一种在线烟草制品烟气实时分析方法，通过加样与清洗模块的引入，以及利用去活性管路系统将烟气采集、分析和清洗三个大模块连通，形成了一体化设计，并通过外部控制器对去活性管路系统的阀门进行控制，解决了以往无法实时在线分析新鲜烟气问题；该分析仪具有可控抽吸，烟气体积可控，温度可控，烟气污染实时清洗无残留等特点，实时地直接分析烟草制品燃烧产生的烟气成分，避免了烟草制品烟气样品处理过程中的成分发生化学变化。没有样品前处理，因此不会带来样品成分的损失，也不会增加前处理过程中带入的污染与干扰。巧妙的利用六通阀的特点，对去活性管路进行溶液清洗和气体清洗，大大的降低了管路中烟气成分的交叉污染导致的分析精度不高的问题，通过外部控制器对三个大模块的同时控制，还是实现了对烟气的不间断分析，为解决烟气分析检测前处理的瓶颈，实现烟气全分析开辟一个全新的思路。本发明所述的烟气实时分析方法，实现了卷烟主流烟气的在线实时的智能化分析，在整个烟气捕集和分析过程均做到了恒温控制，从持烟器开始产生烟气时，持烟器中的温控系统便对烟气进行了恒温控制，去活性管路系统位于阀箱控温系统中，对烟气进一步做到了温度控制，避免了现有分析方法中离线带来的温度歧视问题；实现了溶液和气体在线清洗，避免了现有分析方法中管路残留等带来的污染问题；外部控制器能进行时序有效控制，避免了人为因素导致的检测误差问题。

附图说明

图1为本发明所述在线烟草制品烟气实时分析仪的结构示意图；

图2为利用本发明所述分析仪进行卷烟抽吸过程示意图；

图3为利用本发明所述分析仪进行烟气进样过程示意图；

图4为利用本发明所述分析仪进行溶液清洗去活性管路过程示意图；

图5为利用本发明所述分析仪进行气体清洗去活性管路过程示意图；

图6为温控式持烟器结构示意图；

图7为六通阀内部通道口示意图；

图8为典型条件下的总离子流图；

标号说明：1-有孔垫圈，2-迷宫环式密封圈，3-卷烟夹持密封圈，4-基座，5-捕集器前盖，6-捕集器后盖，7-保温后壳，8-滤片，9-端盖，10-保温前壳，11-温度传感器，12-加热器，13-抽吸管道，14-固定棒，21-吸烟机模块，22-加样与清洗模块，23-烟气分析模块，24-吸烟机，25-持烟器，26-六通阀，2601-第一通道口，2602-第二通道口，2603-第三通道口，2604-第四通道口，2605-第五通道口，2606-第六通道口，27-样品定量环，28-清洗液瓶，29-废液瓶，30-电动截止阀，31-流量传感器，32-第一截止阀，33-第二截止阀，34-第三截止阀，35-放气阀，36-分流捕集阱，37-烟气分析仪分析部分，38—第四截止阀，39-流量限制器，40-第五截止阀，41-压力与流速控制模块，42-压力传感器。 

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

一种在线烟草制品烟气实时分析方法，采用的在线烟草制品烟气实时分析仪，如图1所示，为本发明所述在线烟草制品烟气实时分析仪的结构示意图，该分析仪包括吸烟机、进样与清洗模块、烟气分析模块、持烟器、去活性管路系统及外部控制器；

吸烟机24和持烟器25构成吸烟机模块21；

所述烟气分析模块包括烟气分析仪分析部分、压力与流速控制模块及烟气分析控制单元；

所述吸烟机、持烟器、进样与清洗模块22及烟气分析模块23通过去活性管路系统相连通；

所述吸烟机、持烟器、进样与清洗模块、烟气分析模块及去活性管路系统均受控于外部控制器。

所述去活性管路系统包括七个二位转化阀V1-V7和与二位转化阀相连的去活性管路，每个二位转化阀的两个活动端分别为第一阀口和第二阀口，固定端为第三阀口；

【二位转化阀固定端在下方，活动端在上方时，活动端右边阀口为第一阀口，左边阀口为第二阀口，固定端阀口为第三阀口；】

所述进样与清洗模块包括六通阀26、样品定量环27、清洗液瓶28、清洗气瓶、清洗液抽吸泵以及废液瓶29；

所述六通阀的六个通道口从最上方开始按顺时针方向依次为第一通道口2601、第二通道 口2602、第三通道口2603、第四通道口2604、第五通道口2605及第六通道口2606，如图7所示；

所述吸烟机与二位转化阀V3的第二阀口相连，通过二位转化阀V3的第三阀口与所述六通阀的第六通道口相连通；

所述持烟器与二位转化阀V2的第一阀口相连，通过二位转化阀V2的第三阀口与所述六通阀的第五通道口相连通；

所述清洗液瓶与清洗液抽吸泵相连，清洗液抽吸泵与二位转化阀V1的第一阀口相连，清洗气瓶、通过电动截止阀与二位转化阀V1的第二阀口相连，二位转化阀V1的第三阀口与二位转化阀V2的第二阀口相连；

所述六通阀的第四通道口与第一通道口相连的去活性管路中设置有样品定量环；

所述六通阀的第三通道口与二位转化阀V5的第三阀口相连，二位转化阀V5的第一阀口和第二阀口分别与废液瓶和二位转化阀V7的第二阀口相连；

所述六通阀的第二通道口与二位转化阀V4的第三阀口相连，二位转化阀V4的第一阀口和第二阀口分别与二位转化阀V6的第一阀口和二位转化阀V3的第一阀口相连；

所述烟气分析模块中的压力与流速控制模块41包括流量传感器31、压力传感器42、第一截止阀32、第二截止阀33、第三截止阀34、放气阀35及烟气分析控制单元，其中，所述载气端通过第一截止阀32与二位转化阀V6的第三阀口相连，所述二位转化阀V6的第二阀口与二位转化阀V7的第一阀口相连，所述二位转化阀V7的第三阀口与烟气分析仪分析部分37的进样口气路端口相连；所述烟气分析仪分析部分37的溶剂放空气路端口与第二截止阀之间的管路上设置有压力传感器，所述烟气分析仪分析部分37的分流气路端口与分流捕集阱，所述分流捕集阱与第三截止阀之间设置有放气阀，所述压力传感器作用于第三截止阀上；

所述流量传感器、压力传感器、第一截止阀、第二截止阀及第三截止阀均受控于烟气分析控制器；

所述二位转化阀V1-V7、清洗液抽吸泵、六通阀及电动截止阀均受控于外部控制器。

在二位转化阀V3的第一阀口和二位转化阀V4的第二阀口之间依次设置有第四截止阀和流量限制器，所述第五截止阀和流量限制器均受控于外部控制器；

所述在线烟草制品烟气实时分析的具体过程如下：

步骤1：仪器平衡与方法设置；

利用外部控制器设置待机条件，所述待机条件包括持烟器温度、进样与清洗模块温度；

利用烟气分析控制单元设置气相色谱仪或气相色谱质谱联用仪待机条件；

利用外部控制器设置卷烟抽吸参数、进样参数及清洗参数，利用烟气分析控制单元设置 气相色谱或气相色谱质谱联用仪分析参数；

步骤2：点燃卷烟； 

在持烟器上放置卷烟，用点烟器将待测卷烟点燃，同时利用外部控制器启动吸烟机，产生烟气；

步骤3：卷烟恒温抽吸；

利用外部控制器启动吸烟机，控制二位转化阀及六通阀，吸烟机从持烟器中抽吸卷烟烟气，使得方法选定的待分析的某口烟气储存在样品定量环中；

步骤4：烟气进样； 

利用外部控制器启动烟气分析模块，控制二位转化阀及六通阀，利用通入的He气将样品定量环中的储存的烟气压入烟气分析仪分析部分中，完成烟气进样；

步骤5：烟气分析； 

烟气分析仪分析部对烟气进行分析，输出分析结果；

步骤6：管路清洗； 

溶液清洗：利用外部控制器启动清洗液抽吸泵，控制二位转化阀及六通阀，将从清洗液瓶中抽吸的清洗液通入去活性管路，对去活性管路进行液体清洗，废液从二位转化阀V5的第一阀口流至废液瓶；

气体清洗：利用外部控制器启动电动截止阀，控制二位转化阀及六通阀，将从清洗气瓶中N₂气或He气通入去活性管路，对去活性管路进行气体清洗，废气从二位转化阀V5的第一阀口排出。

通过外部控制器，控制吸烟机、去活性管路系统中的二位转化阀、进样与清洗模块中的清洗液抽吸泵及烟气分析模块，进行卷烟抽吸、烟气进样、溶液清洗及气体清洗，具体过程如下：

卷烟抽吸过程为：

外部控制器发出抽吸控制指令，启动吸烟机抽吸卷烟，打开二位转化阀V2第一阀口和二位转化阀V3的第二阀口，控制六通阀的第一通道口与第六通道口连通，第五通道口与第四通道口连通，使吸烟机的抽吸泵通过二位转化阀V3、六通阀的第六通道口、第一通道口-样品定量环-第四通道口、六通阀的第五通道口-二位转化阀V2通路抽吸卷烟，从持烟器产生的烟气经过二位转化阀V2-六通阀的第五通道口、第四通道口-样品定量环，将样品定量环储存满，完成卷烟抽吸；

烟气进样过程为：

外部控制器发出进样控制指令，启动烟气分析模块、打开二位转化阀V6第一阀口、二位 转化阀V4第一阀口、二位转化阀V5第二阀口及二位转化阀V7第二阀口，控制六通阀的第二通道口与第一通道口连通，第四通道口与第三通道口连通，使得从烟气分析模块中充入的He气经二位转化阀V6第一阀口-二位转化阀V4第一阀口-六通阀的第二通道口、第一通道口，将样品定量环中充满的烟气经六通阀的第四通道口、第三通道口-二位转化阀V5第二阀口-二位转化阀V7第二阀口进入烟气分析模块的进样口气路端口，使得烟气进入烟气分析模块，完成烟气进样；

溶液清洗过程，即利用清洗液清洗去活性管路过程为：

外部控制器发出溶液清洗控制指令，启动清洗液抽吸泵、打开二位转化阀V1第一阀口、二位转化阀V2第二阀口、二位转化阀V3第一阀口、二位转化阀V4第二阀口、二位转化阀V5第一阀口，控制六通阀的通道口连通状态与烟气进样时保持一致，将清洗液从清洗液瓶中抽起，清洗液经二位转化阀V1-二位转化阀V2-六通阀的第五通道口、第六通道口-二位转化阀V3-第四截止阀-流量限制器-二位转化阀V4-六通阀的第二通道口、第一通道口-样品定量环-六通阀的第四通道口、第三通道口-二位转化阀V5，最终流入废液瓶，完整的将整个去活性管路进行溶液清洗；

气体清洗过程，即利用N₂气或者He气充入去活性管路中，对去活性管路进行气体清洗，具体过程为：

外部控制器发出气体清洗控制指令，启动电动截止阀，打开清洗气瓶，同时将二位转化阀V1的第二阀口打开，二位转化阀V2-V5阀口打开状态及六通阀的通道口打开状态与溶液清洗时保持一致，将清洗气瓶中的N₂或者He气进二位转化阀V1后流经溶液清洗过程中溶液流经的去活性管路中，最后从二位转化阀V5第一阀口排出至废液瓶中，完整的将整个去活性管路进行N₂或者He气清洗；

所述的管路清洗要求以气体清洗作为清洗程序最后步骤，以确保连接管路的干燥，无溶剂残留。

所述的步骤5与步骤6可以同时进行开始之后，也可以等待步骤5完毕之后再进行步骤6。在烟气分析模块启动后，烟气分析模块中的载气通入端口一直保持通入He气。

所述烟气分析仪分析部分37包括气相色谱仪或气相色谱质谱联用仪。

所述去活性管路为惰性处理的聚四氟乙烯管。

【能耐300℃高温，耐溶剂等常用物质腐蚀，且无气体渗漏，采用快插式接头连接，管路可快速更换。】

在二位转化阀V3的第一阀口和二位转化阀V4的第二阀口之间依次设置有第四截止阀38和流量限制器39，所述第五截止阀40和流量限制器均受控于外部控制器。

【流量限制器的作用在于控制通过第四截止阀的气体流量，第四截止阀就是受流量限制器限制,限制通过的清洗溶剂的量。】

所述二位转化阀V3的第一阀口还与第五截止阀相连，所述第五截止阀受控于控制器。

【该截止阀为放空阀，用于排出多余的气体或液体。】

所述样品定量环容量包括1mL、3mL或5mL。

所述去活性管路系统和进样与清洗模块设置于保温阀箱中，保温阀箱中设置温度控制系统，所述温度控制系统与外部控制器相连。

如图6所示，为温控式持烟器结构示意图，所述持烟器包括基座4及端盖9，所述基座内部为中空，所述端盖扣合在基座一侧，所述基座和端盖在同一轴线上设有抽吸孔；

所述捕集器包括捕集器后盖6和捕集器前盖5，两者中间安放滤片8，所述捕集器后盖和捕集器前盖扣合安装在基座内抽吸孔的后方，两者在抽吸孔所在轴线上设置有通孔，且两者之间设置有安装滤片的空间，所述捕集器后盖和捕集器前盖均与安装在抽吸孔中的抽吸管道相连通；

端盖内沿抽吸管道依次设置有卷烟夹持密封圈3、迷宫环式密封圈2及有孔垫圈1；

所述有孔垫圈套装在抽吸管道上，且所述有孔垫圈采用紧密海绵级的平滑膨胀合成橡胶有孔垫圈；

所述迷宫环式密封圈至少包括四个，与有孔垫圈相邻的迷宫环式密封圈反向安装，其余迷宫环式密封圈正向安装；

所述待夹持的卷烟直径为迷宫环式密封圈的孔直径的1.18-1.44倍；

在所述基座内部还设有加热器和温度传感器，所述加热器和温度传感器均与温控器相连。

所述温控式卷烟夹持器外部还设有可拆卸式保温壳体，所述可拆卸式保温壳体包括保温前壳10和保温后壳7，均设有抽吸通孔分别套装在所述基座和端盖上。

利用本发明所述的实时分析仪进行烟气分析，具体工作过程如下：

实施例一： 

以单通道直线式吸烟机为吸烟机，在线污染清洗进样器中定量环体积为3mL，清洗溶剂为色谱纯氯仿，冲洗气体为氮气或氦气(N₂或He)。气相色谱质谱仪(GC/MS)为分析检测器。持烟器温度设置为120℃，持烟器中夹持一片44mm剑桥滤片。

在GC/MS工作站控制软件(即烟气分析控制单元)中登记样品信息，设置分析方法条件，并进入准备分析状态。操作吸烟机，使其进入准备抽吸状态。

将待测卷烟插入持烟器。在控制中心(外部控制器)软件中设置好抽吸参数，包括抽吸 口数(第3口)、溶剂清洗遍数(2次)、N₂气冲洗次数(2次)，并点击“准备”按钮，进入准备状态。

点烟并同时按下外部控制器的“启动”按钮，卷烟点燃后移开点烟器，进入烟气抽吸状态，如图2所示；

待完成抽吸后，通过外部控制器发出进样控制指令，进入进样分析过程，如图3所示，此时实时在线烟气分析仪进入样品分析阶段；

观察控制中心给出的提示信息，待提示信息为“请取下香烟”时，从持烟器上取下卷样品，妥善处理；

分析系统进入样品分析，管路系统溶液清洗和气体清洗阶段，如图4和图5所示；

等待GC/MS分析样品完成，管路系统清洗完成。控制中心给出“分析完成”的提示信息。一次样品分析完成，进入下一次样品分析循环。

GC或GC/MS能得到合适色谱图。

实施例二

按照所述的相同步骤重复进行实施例一，但是持烟器空置，即不夹持任何材质的滤片或滤纸。卷烟烟气样品能够按照所选程序进行抽吸、自动恒温定量进样、GC或GC/MS分析，得到合适色谱图。

实施例三

按照下述条件设置仪器，进行卷烟主流烟气成分在线分析：

1)温度平衡： 

将持烟器、进样器、传输管线设置到固定温度值，等待其平衡。

典型如持烟器50℃，进样器100℃，传输管线150℃，从而保证烟气中高沸点组分不液化凝结。

2)样品抽吸： 

持烟器直接连接到气体进样器的样品入口处，抽吸装置连接到气体进样器的废气出口处进行抽吸。抽吸装置可包括直线型吸烟机、转盘式吸烟机、单通道吸烟机或其它类型的吸烟机。典型如Borgwaldt的单通道吸烟机LM-1。抽吸容量，抽吸口数、抽吸持续时间、抽吸流量图可按分析要求和目标进行设置。典型如抽吸容量35mL/puff，抽吸持续时间2s，间隔58s，抽吸流量图为钟型，限制性抽吸，目标分析物为第3口抽吸口数烟气。

3)定量进样： 

根据分析要求，选择对应体积的定量环。定量进样器可以是手动或者自动的，具有自动清洗功能或者不具备自动清洗功能的。典型如平面六通阀加定量环实现。典型定量环体积为3mL。在抽吸至目标口数时将定量环切换到气相色谱载气流路中，使样品被传输到后续分析器中。

4)仪器分析

样品进入分析仪器，进行色谱分离和检测器检测。分析仪器可以包括气相色谱仪、气质联用仪、或者其他气体检测器。典型如Agilent 6890-5973气相色谱质谱联用仪。

色谱仪方法包括高温度的进样口温度，其值可以高于进样器传输线温度。典型为255℃。

色谱质谱联用仪其他分析参数典型设置如下：

色谱柱：低极性弹性熔融石英毛细管柱，柱长30m，内径0.25mm，膜厚0.25um，固定相为5％苯基-95％甲基聚硅氧烷，典型如DB-5MS毛细管柱；载气：He气(纯度为99.999％)；进样分流比：20:1；柱流量：1mL/min；程序升温在40℃保持10min后以3℃/min速率升至280℃，后运行280℃保持4min；质谱传输线温度：280℃；离子源温度；230℃；四极杆温度：150℃；电离方式：EI(70ev)；溶剂延迟时间：3min；

5)获得上述典型条件下的总离子流图，如图8所示，该总离子流图经过NIST库检索，共检出72种化合物。 

实施例四

按照所述的相同步骤重复进行实施例三，在步骤三中的定量进样选择自动清洗功能，并对自动清洗程序设置：可替换传输管线的清洗，采用氯仿作为清洗剂，清洗次数为3次。对3次清洗后的清洗溶液氯仿进行分别收集，将收集液分别进行溶液进样-GC/MS分析，得到总离子流图，通过对总离子流图的数据分析，发现总离子流图未检出任何有效组分。

说明：①氯仿溶液清洗能有效去除去活性管路中的烟气残留，②去活性管路对烟气的吸附作用小，烟气经过该管路残留较少或无残留。避免了管路残留等带来的污染问题，降低了交叉污染导致的分析精度不高的问题。

实施例五

按照所述的相同步骤重复进行实施例三，相同实验条件，进行8次抽吸，考察方法重现性。由结果可知：①8次抽吸卷烟得到的总离子流图检出组分数目一致，均为72种化合物；②卷烟烟气中具有代表性的烟碱、新植二烯、巨豆三烯酮等标志物组分保留时间无偏差，8次抽吸卷烟得到的色谱图中烟碱、新植二烯、巨豆三烯酮保留时间的相对标准偏差分别为 0.64％、1.02％、0.97％-1.54％；③烟碱、新植二烯、巨豆三烯酮等标志物组分峰面积的相对标准偏差值小，RSD小于6.73％，精密度较为满意。说明本发明方法重复性较好，可用于烟草制品烟气的常规检测。

实施例六

按照所述的相同步骤重复进行实施例三，但是在步骤一温度平衡中进样器与进样传输线温度选择分别设置为150℃和220℃，经过烟气分析模块分析得到总离子流图。总离子流图经过NIST库检索，共检出69种化合物，其中与图8检索结果一致的化合物有56种，沸点低的微量成分如乳酸等5种低分子低沸点成分在本实验中未检出，而有8种沸点高的组分在图8中未检出。说明本发明可以针对不同的目标物，优化仪器条件，得到理想的结果。

实施例七

按照所述的相同步骤重复进行实施例三，但持烟器的滤片加持器采用四种滤片(剑桥滤片、高聚物滤膜、石英纤维滤膜、混合纤维滤膜)分别进行四组同一卷烟样品的抽吸，且烟气分析模块为配电导检测器的气相色谱仪。对四者的气相色谱图进行分析，可知：卷烟烟气经过剑桥滤片、高聚物滤膜、石英纤维滤膜、混合纤维滤膜过滤之后得到不同的色谱图，对色谱图进行分析发现：与常用的剑桥滤片相比，经过高聚物滤膜、石英纤维滤膜、混合纤维滤膜过滤后的烟气检出组分(主流烟气气相部分)都大大减少，尤其是高聚物滤膜对烟气基本上完全吸附，经高聚物滤膜过滤后的烟气色谱图未有成分检出，但是经石英纤维滤膜过滤的烟气色谱图仅发现低沸点成分(沸点低于100℃)，而经混合纤维滤膜的烟气色谱图仅发现高沸点成分(沸点介于100℃-280℃)。说明本发明所述方法可以针对不同的目标物，优化仪器条件，得到理想的结果。

Claims (10)

1.一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，采用在线烟草制品实时分析仪，所述在线烟草制品实时分析仪包括吸烟机、进样与清洗模块、烟气分析模块、持烟器、去活性管路系统及外部控制器；

所述吸烟机、持烟器、进样与清洗模块及烟气分析模块通过去活性管路系统相连通；

所述吸烟机、持烟器、进样与清洗模块、烟气分析模块及去活性管路系统均受控于外部控制器；

所述烟气分析模块包括烟气分析仪分析部分、压力与流速控制模块及烟气分析控制单元；

所述去活性管路系统包括七个二位转化阀V1-V7和与二位转化阀相连的去活性管路，每个二位转化阀的两个活动端分别为第一阀口和第二阀口，固定端为第三阀口；

所述进样与清洗模块包括六通阀、样品定量环、清洗液瓶、清洗气瓶、清洗液抽吸泵以及废液瓶；

所述六通阀的六个通道口从最上方开始按顺时针方向依次为第一通道口、第二通道口、第三通道口、第四通道口、第五通道口及第六通道口；

所述吸烟机与二位转化阀V3的第二阀口相连，通过二位转化阀V3的第三阀口与所述六通阀的第六通道口相连通；

所述持烟器与二位转化阀V2的第一阀口相连，通过二位转化阀V2的第三阀口与所述六通阀的第五通道口相连通；

所述清洗液瓶与清洗液抽吸泵相连，清洗液抽吸泵与二位转化阀V1的第一阀口相连，清洗气瓶、通过电动截止阀与二位转化阀V1的第二阀口相连，二位转化阀V1的第三阀口与二位转化阀V2的第二阀口相连；

所述六通阀的第四通道口与第一通道口相连的去活性管路中设置有样品定量环；

所述六通阀的第三通道口与二位转化阀V5的第三阀口相连，二位转化阀V5的第一阀口和第二阀口分别与废液瓶和二位转化阀V7的第二阀口相连；

所述六通阀的第二通道口与二位转化阀V4的第三阀口相连，二位转化阀V4的第一阀口和第二阀口分别与二位转化阀V6的第一阀口和二位转化阀V3的第一阀口相连；

所述烟气分析模块中的压力与流速控制模块包括流量传感器、压力传感器、第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、放气阀及烟气分析控制单元，其中，所述载气端通过第一截止阀与二位转化阀V6的第三阀口相连，所述二位转化阀V6的第二阀口与二位转化阀V7的第一阀口相连，所述二位转化阀V7的第三阀口与烟气分析仪分析部分的进样口气路端口相连；所述烟气分析仪分析部分的溶剂放空气路端口与第二截止阀之间的管路上设置有压力传感器，所述烟气分析仪分析部分的分流气路端口与进样口连接的管路上设有分流捕集阱，所述分流捕集阱与第三截止阀之间设置有放气阀，所述压力传感器作用于第三截止阀上；

所述流量传感器、压力传感器、第一截止阀、第二截止阀及第三截止阀均受控于烟气分析控制单元；

所述二位转化阀V1-V7、清洗液抽吸泵、六通阀及电动截止阀均受控于外部控制器；

在二位转化阀V3的第一阀口和二位转化阀V4的第二阀口之间依次设置有第四截止阀和流量限制器，所述第五截止阀和流量限制器均受控于外部控制器；

所述在线烟草制品烟气实时分析的具体过程如下：

步骤1：仪器平衡与方法设置；

利用外部控制器设置待机条件，所述待机条件包括持烟器温度、进样与清洗模块温度；

利用烟气分析控制单元设置气相色谱仪或气相色谱质谱联用仪待机条件；

利用外部控制器设置卷烟抽吸参数、进样参数及清洗参数，利用烟气分析控制单元设置气相色谱或气相色谱质谱联用仪分析参数；

步骤2：点燃卷烟；

在持烟器上放置卷烟，用点烟器将待测卷烟点燃，同时利用外部控制器启动吸烟机，产生烟气；

步骤3：卷烟恒温抽吸；

利用外部控制器启动吸烟机，控制二位转化阀及六通阀，吸烟机从持烟器中抽吸卷烟烟气，使得方法选定的待分析的某口烟气储存在样品定量环中；

步骤4：烟气进样；

利用外部控制器启动烟气分析模块，控制二位转化阀及六通阀，利用通入的He气将样品定量环中的储存的烟气压入烟气分析仪分析部分中，完成烟气进样；

步骤5：烟气分析；

烟气分析仪分析部对烟气进行分析，由烟气分析控制单元输出分析结果；

步骤6：管路清洗；

溶液清洗：利用外部控制器启动清洗液抽吸泵，控制二位转化阀及六通阀，将从清洗液瓶中抽吸的清洗液通入去活性管路，对去活性管路进行液体清洗，废液从二位转化阀V5的第一阀口流至废液瓶；

气体清洗：利用外部控制器启动电动截止阀，控制二位转化阀及六通阀，将从清洗气瓶中N₂气或He气通入去活性管路，对去活性管路进行气体清洗，废气从二位转化阀V5的第一阀口排出。

2.根据权利要求1所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，所述卷烟恒温抽吸过程为：

外部控制器发出抽吸控制指令，启动吸烟机抽吸卷烟，打开二位转化阀V2第一阀口和二位转化阀V3的第二阀口，控制六通阀的第一通道口与第六通道口连通，第五通道口与第四通道口连通，使吸烟机的抽吸泵通过二位转化阀V3、六通阀的第六通道口、第一通道口-样品定量环-第四通道口、六通阀的第五通道口-二位转化阀V2通路抽吸卷烟，从持烟器产生的烟气经过二位转化阀V2-六通阀的第五通道口、第四通道口-样品定量环，将样品定量环储存满，完成卷烟抽吸。

3.根据权利要求2所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，烟气进样过程为：

外部控制器发出进样控制指令，启动烟气分析模块、打开二位转化阀V6第一阀口、二位转化阀V4第一阀口、二位转化阀V5第二阀口及二位转化阀V7第二阀口，控制六通阀的第二通道口与第一通道口连通，第四通道口与第三通道口连通，使得从烟气分析模块中充入的He气经二位转化阀V6第一阀口-二位转化阀V4第一阀口-六通阀的第二通道口、第一通道口，将样品定量环中充满的烟气经六通阀的第四通道口、第三通道口-二位转化阀V5第二阀口-二位转化阀V7第二阀口进入烟气分析模块的进样口气路端口，使得烟气进入烟气分析模块，完成烟气进样。

4.根据权利要求3所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，溶液清洗过程为：

外部控制器发出溶液清洗控制指令，启动清洗液抽吸泵、打开二位转化阀V1第一阀口、二位转化阀V2第二阀口、二位转化阀V3第一阀口、二位转化阀V4第二阀口、二位转化阀V5第一阀口，控制六通阀的通道口连通状态与烟气进样时保持一致，将清洗液从清洗液瓶中抽起，清洗液经二位转化阀V1-二位转化阀V2-六通阀的第五通道口、第六通道口-二位转化阀V3-第四截止阀-流量限制器-二位转化阀V4-六通阀的第二通道口、第一通道口-样品定量环-六通阀的第四通道口、第三通道口-二位转化阀V5，最终流入废液瓶，完整的将整个去活性管路进行溶液清洗；

所述气体清洗过程为：

外部控制器发出气体清洗控制指令，启动电动截止阀，打开清洗气瓶，同时将二位转化阀V1的第二阀口打开，二位转化阀V2-V5阀口打开状态及六通阀的通道口打开状态与溶液清洗时保持一致，将清洗气瓶中的N₂或者He气进二位转化阀V1后流经溶液清洗过程中溶液流经的去活性管路中，最后从二位转化阀V5第一阀口排出至废液瓶中，完整的将整个去活性管路进行N₂或者He气清洗。

5.根据权利要求4所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，所述二位转化阀V3的第一阀口还与第五截止阀相连，所述第五截止阀受控于外部控制器；

所述卷烟恒温抽吸过程中，通过控制第五截止阀的通断，对抽吸过程中的烟气进行选择性地储存在样品定量环中。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，所述烟气分析仪分析部分包括气相色谱仪或气相色谱质谱联用仪。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，所述去活性管路为惰性处理的聚四氟乙烯管。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，所述样品定量环容量包括1mL、3mL或5mL。

9.根据权利要求1-5任一项所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，所述去活性管路系统和进样与清洗模块设置于保温阀箱中，保温阀箱中设置温度控制系统，所述温度控制系统与外部控制器相连。

10.根据权利要求1-5任一项所述的一种在线烟草制品烟气实时分析方法，其特征在于，所述持烟器为温控式卷烟夹持器；

所述温控式卷烟夹持器，包括持烟器和捕集器；

所述持烟器包括基座(4)及端盖(9)，所述基座内部为中空，所述端盖扣合在基座一侧，所述基座和端盖在同一轴线上设有抽吸孔；

所述捕集器包括捕集器后盖(6)和捕集器前盖(5)，两者中间安放滤片(8)，所述捕集器后盖和捕集器前盖扣合安装在基座内抽吸孔的后方，两者在抽吸孔所在轴线上设置有通孔，且两者之间设置有安装滤片的空间，所述捕集器后盖和捕集器前盖均与安装在抽吸孔中的抽吸管道相连通；

端盖内沿抽吸管道依次设置有卷烟夹持密封圈(3)、迷宫环式密封圈(2)及有孔垫圈(1)；

所述有孔垫圈套装在抽吸管道上，且所述有孔垫圈采用紧密海绵级的平滑膨胀合成橡胶有孔垫圈；

所述迷宫环式密封圈至少包括四个，与有孔垫圈相邻的迷宫环式密封圈反向安装，其余迷宫环式密封圈正向安装；

所述待夹持的卷烟直径为迷宫环式密封圈的孔直径的1.18-1.44倍；

在所述基座内部还设有加热器和温度传感器，所述加热器和温度传感器均与温控器相连；

所述温控式卷烟夹持器外部还设有可拆卸式保温壳体，所述可拆卸式保温壳体包括保温前壳(10)和保温后壳(7)，均设有抽吸通孔分别套装在所述基座和端盖上。