CN108362820A - 一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法 - Google Patents

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庄亚东
张媛
朱怀远
何红梅
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Abstract

本发明公开了一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，利用燃烧速率检测装置测定卷烟样品抽吸时的燃烧速率；测定卷烟样品抽吸阶段，主流烟气中焦油和烟碱的释放量；将上述燃烧速率与焦油和烟碱的释放量对应，以燃烧速率值为自变量x，以焦油释放量、烟碱释放量分别为因变量y，得到预测模型的回归方程，最后测定卷烟抽吸过程中的平均燃烧速率后，分别代入上述预测模型，即得到该卷烟的焦油和烟碱的释放量。其减少了现有技术中需要使用的大型仪器、大量有机试剂，解决了分析步骤繁琐、速度慢、成本高和易对环境造成污染等问题；该方法步骤简单、速度快、成本低，为进一步指导卷烟材料研究和设计提供技术支撑，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法
技术领域
本发明涉及一种焦油和烟碱预测方法，具体涉及一种基于燃烧速率检测技术的卷烟焦油和烟碱的预测方法。
背景技术
卷烟燃烧过程分为阴燃和抽吸燃烧两个过程，相应的，卷烟燃烧速率也包含阴燃速率和抽吸燃烧阶段瞬时速率两个概念，都与卷烟感官品质、卷烟主流及侧流烟气中的各种组分量以及卷烟引燃特性等密切相关，尤其是后者影响作用更大，因此，其检测技术的开发是烟草科研工作者致力的方向。
CN 203758946U公开了一种测定卷烟燃烧速率的装置，该装置可跟踪卷烟燃烧时质量的变化，同时对烟气进行捕集，并依据所测得相关数据计算出卷烟燃烧质量损失速率。
CN 106324181A采集卷烟燃烧时燃烧锥的温度分布数据，以燃烧锥内部温度为特征温度T0.5的点移动情况来表征卷烟瞬态燃烧速率。
本实验室公开的CN 105527371A将卷烟抽吸系统开始抽吸的信号通过同步触发装置捕捉后传输给控制器，控制器命令信号处理模块和图像采集系统开始执行，以卷烟燃烧炭线为参考目标对燃烧速率进行计算。
卷烟燃烧后产生的气溶胶分为气相部分和粒相部分，气相部分约占整个烟气重量的92％，其中主要包括一氧化碳、氢氰酸、挥发性的醛类物质、挥发性的亚硝胺、氯乙烯、氮氧化物、氨、吡啶和气相自由基等。粒相部分约占整个烟气重量的8％，主要由烟碱、焦油和水分组成。作为卷烟制品主流烟气中的重要质量指标，焦油和烟碱通常是在GB/T 16450-2004规定的环境条件下，按照标准GB/T 19609-2004和YC/T 156-2001规定的方法测定的，其中需要使用气相色谱等大型仪器，分析步骤繁琐，速度慢，此外还需要使用大量的化学试剂，如：异丙醇等，费用昂贵，对环境也容易造成污染。近些年来，国内外相继出现采用近红外(NIR)漫反射、透射法、傅里叶交换衰减光谱法预测主流烟气焦油、烟碱的报道。
现阶段研究表明：卷烟抽吸阶段燃烧速率是衡量燃烧过程的一个重要指标，也是影响卷烟内在质量以及烟气形成与分布的重要参数，与卷烟焦油量、烟气烟碱量、一氧化碳量等安全卫生指标的释放量有着密切关系。另一方面，卷烟相关领域研究人员对焦油、烟碱的检测方法一直在持续更新，因此，因此多建立一种卷烟主流烟气焦油量、烟碱量的检测方法是有必要的，可对以上方法进行补充。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于燃烧速率，快速预测卷烟焦油和烟碱的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，包括以下步骤：
S1、利用燃烧速率检测装置测定若干组卷烟样品抽吸时的燃烧速率；
S2、测定卷烟样品抽吸时主流烟气中焦油和烟碱的释放量；
S3、回归分析：将上述燃烧速率与焦油和烟碱的释放量对应，以燃烧速率值为自变量x，以焦油释放量、烟碱释放量分别为因变量y，得到预测模型的回归方程：y＝b3x3+b2x2+b1x+c，式中b1、b2、b3、c为模型系数；
S4、卷烟焦油和烟碱预测：测定卷烟抽吸过程中的平均燃烧速率后，分别代入上述预测模型，即得到该卷烟的焦油和烟碱的释放量。
上述步骤S1中的燃烧速率检测装置包括控制模块、数据处理模块和图像采集模块，所述图像采集模块为相机；
控制模块与抽吸机相连，接收抽吸机的抽吸信号并控制相机对卷烟燃烧时的图像进行采集；数据处理模块对采集到的图像进行记录和处理，并输出数据结果。
上述步骤S2的测定环境为GB/T 16450-2004规定的环境条件，测定方法为GB/T19609-2004和YC/T 156-2001规定的方法。
上述相机的拍摄的频率为30-70Hz。
上述卷烟样品包括混合型、烤烟型。
上述卷烟样品包括任意的圆周长、长度、滤嘴通风度和卷烟纸段通风度。
上述模型系数b1、b2、b3、c的取值计算，包括使用PASW Statistics软件。
本发明的有益之处在于：
本发明的一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，通过将测量的卷烟样品的抽吸阶段燃烧速率与卷烟主流烟气焦油量、烟碱量进行回归分析，得到卷烟主流烟气焦油量、烟碱量的预测模型。对于未知卷烟样品，只需通过测定卷烟抽吸时的平均燃烧速率，利用预测模型即可得到其主流烟气的焦油量、烟碱量。
本发明的一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，减少了现有技术中需要使用的大型仪器，如气相色谱等，简化了实验过程；解决了现有技术中需要使用大量有机试剂的问题，解决分析步骤繁琐、速度慢、成本高和易对环境造成污染等问题；补充了卷烟主流烟气焦油和烟碱释放量的检测方法，且该方法步骤简单、速度快、成本低，能及时掌握卷烟主流烟气中焦油或烟碱含量波动情况，为进一步指导卷烟材料研究和设计提供技术支撑，具有很强的实用性和广泛的适用性。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明中燃烧速率为卷烟逐口(单次)抽吸持续时间内的瞬时燃烧速率，平均燃烧速率为所有抽吸口瞬时燃烧速率的平均值。
本发明中使用的燃烧速率检测装置为本公司自发研制(CN105527371A)。
一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，包括以下步骤：
B1、选样：采用GB/T 16447-2004《烟草及烟草制品调节和测试的大气环境》规定的条件平衡选定卷烟样品，用于采集抽吸燃烧速率和主流烟气中焦油和烟碱释放量。
卷烟样品包括任意圆周、任意长度、任意滤嘴通风度和任意卷烟纸段通风度的混合型卷烟样品或烤烟型卷烟样品。
B2、利用燃烧速率检测装置测定若干组卷烟样品抽吸时的燃烧速率。
带通孔的卷烟夹持器，通孔的一端固定卷烟，另一端接抽吸机。
燃烧速率检测装置包括控制模块、数据处理模块和高速相机(采集频率为50Hz)；控制模块与抽吸机相连，接收抽吸机的抽吸信号并控制相机对卷烟燃烧时的图像进行采集；数据处理模块对采集到的图像进行记录和处理，并输出数据结果。
检测过程：预先在控制模块中设定高速相机的拍摄参数，例如拍摄频率、曝光度等。在抽吸机软件和卷烟燃烧速度测定软件(数据处理模块)中输入待测烟支信息，选择固定长度或固定抽吸口数测试；信息输入完成后，依次点击卷烟燃烧速度测定软件上的“开始测试”和抽吸机软件上的“开始抽吸”，立即打开点烟器点燃卷烟。
当卷烟燃烧至设定长度或设定口数时，测试结束，在卷烟燃烧速度测定软件中查询测试结果。输出结果可显示卷烟燃烧的瞬时吸燃和阴燃速度，还可计算出卷烟每一口抽吸以及整支烟抽吸的平均吸燃和阴燃速度。
B3、在GB/T 16450-2004规定的环境条件下，按照标准GB/T 19609-2004和YC/T156-2001规定的方法测定卷烟样品抽吸时主流烟气中焦油和烟碱的释放量。
测定过程：在孔道吸烟机上对卷烟主流烟气中焦油和烟碱进行抽吸捕集，抽吸完毕，按照GB/T 19609-2004《卷烟常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》及YC/T 156-2001《卷烟总粒相物中烟碱的测定气相色谱法》处理抽吸后的剑桥滤片，测定每支卷烟主流烟气粒相物中焦油、烟碱的含量。
B4、回归分析：将上述燃烧速率与焦油和烟碱的释放量对应，以燃烧速率值为自变量x，以焦油释放量、烟碱释放量分别为因变量y，得到预测模型的回归方程：y＝b3x3+b2x2+b1x+c，式中b1、b2、b3、c为模型系数；
运用PASW Statistics软件取值计算，得到下表1：
表1抽吸阶段平均燃烧速率与焦油、烟碱释放量的回归方程R2和模型系数值
由表1可知，R2分别为0.978、0.968，说明卷烟平均抽吸燃烧速率与主流烟气焦油、烟碱释放量具有较明显的相关性，得到：
焦油释放量预测模型的回归方程：y1＝12x3-2.03x2+105.6x-45.38；
烟碱释放量预测模型的回归方程：y2＝1.63x3-8.81x2+14.63x-6.51。
方差分析结果表明，两项回归方程达极显著水平(p<0.001)，即可以预测该回归方程作为比较理想的预测模型来使用。
B5、卷烟焦油和烟碱预测：测定卷烟抽吸过程中的平均燃烧速率后，分别代入上述预测模型，即得到该卷烟的焦油和烟碱的释放量。
为进一步阐述本发明所达成的预定效果，采用未参与建模的8个牌号卷烟样品，一方面检测各样品抽吸阶段平均燃烧速率，通过预测方程计算出主流烟气焦油、烟碱释放量，另一方面按照传统检测方法分析卷烟主流烟气中逐口焦油和烟碱释放量。比较两种方法下得到的卷烟主流烟气中逐口焦油和烟碱释放量的误差。结果见表2。
表2卷烟样品主流烟气中逐口焦油和烟碱释放量预测值与实测值对比
试验结果表明，卷烟主流烟气中焦油和烟碱释放量预测值与实测值差异较小，8组数据中焦油释放量仅1组数据相对误差略大于10％，其他7组数据相对误差均小于10％；8组数据中烟碱释放量预测值与实际检测值相对误差均小于10％，预测模型的预测结果较准确。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用燃烧速率检测装置测定若干组卷烟样品抽吸时的燃烧速率；
S2、测定卷烟样品抽吸阶段，主流烟气中焦油和烟碱的释放量；
S3、回归分析：将上述燃烧速率与焦油和烟碱的释放量对应，以燃烧速率值为自变量x，以焦油释放量、烟碱释放量分别为因变量y，得到预测模型的回归方程：
y=b3x3+b2x2+b1x+c，式中b1、b2、b3、c为模型系数；
S4、卷烟焦油和烟碱预测：测定卷烟抽吸过程中的平均燃烧速率后，分别代入上述预测模型，即得到该卷烟的焦油和烟碱的释放量。
2.根据权利要求1所述的一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，所述步骤S1中的燃烧速率检测装置包括控制模块、数据处理模块和图像采集模块，所述图像采集模块为相机；
控制模块与抽吸机相连，接收抽吸机的抽吸信号并控制相机对卷烟燃烧时的图像进行采集；数据处理模块对采集到的图像进行记录和处理，并输出数据结果。
3.根据权利要求1所述的一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，所述步骤S2的测定环境为GB/T 16450-2004规定的环境条件，测定方法为GB/T19609-2004和YC/T 156-2001规定的方法。
4.根据权利要求2所述的一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，所述相机的拍摄的频率为30-70Hz。
5.根据权利要求1所述的一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，所述卷烟样品包括混合型、烤烟型。
6.根据权利要求1所述的一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，所述卷烟样品包括任意的圆周长、长度、滤嘴通风度和卷烟纸段通风度。
7.根据权利要求1所述的一种基于检测燃烧速率预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，所述模型系数b1、b2、b3、c的取值计算，包括使用PASW Statistics软件。
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