CN108414672A - 一种基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法 - Google Patents

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庄亚东
朱怀远
何红梅
张媛
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Abstract

本发明公开了一种基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法，利用流量检测装置测定卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量；测定卷烟样品抽吸时主流烟气中焦油和烟碱的释放量；将空气流量与焦油和烟碱的释放量对应，以空气流量值为自变量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；再测定卷烟抽吸过程中的逐口空气流量，代入上述预测模型，即得到该卷烟的焦油和烟碱的释放量。其减少现有使用的大型仪器，简化了实验过程；解决了现有使用的有机试剂的污染问题；补充了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，为进一步指导卷烟材料研究和设计提供技术和数据支撑，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法
技术领域
本发明涉及一种预测焦油和烟碱的方法，具体涉及一种基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法。
背景技术
随着吸烟与健康以及低焦油低危害卷烟的发展，烟草企业纷纷寻求低焦油卷烟的技术。卷烟辅助材料(如卷烟纸、成型纸、接装纸和滤棒，即“三纸一棒”)的合理组合是企业最易实现的降焦方法之一。
到目前为止，国内外对卷烟辅助材料参数的改变影响卷烟主流烟气中的总粒相物、焦油、CO、烟碱以及卷烟的燃烧性、抽吸口数、感官质量等方面开展了大量的研究工作。卷烟在燃吸过程中，主要从三个区域进入主流烟气，分别为卷烟燃烧端、卷烟烟支主体的卷烟纸段和存在滤嘴通风的滤嘴段。实质上，通过调节辅材等因素最终改变的就是卷烟每段的空气进入量，从而影响卷烟主流烟气成分释放量。
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。
综上所述，一方面，卷烟燃烧锥端空气流量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检测逐口流场分布，快速预测卷烟烟气中焦油和烟碱的方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法，包括以下步骤：
S1、利用流量检测装置测定卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量；
S2、测定卷烟样品抽吸时，烟气中焦油和烟碱的释放量；
S3、回归分析：将上述空气流量与焦油和烟碱的释放量对应，以空气流量值为自变量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空气流量，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。
上述流量检测装置包括卷烟纸段腔体、滤嘴段腔体、腔体、边孔、挡板、密封圈、流量测量部件、带通孔的卷烟夹持器；
通孔的内侧端固定卷烟，外侧端接抽吸机；
卷烟夹持器的内侧端接腔体，该腔体由夹持圈协同卷烟，分隔为卷烟纸段腔体和滤嘴段腔体；两段腔体的外壁为伸缩壁，分别通过边孔接流量测量部件；卷烟纸段腔体的末端为挡板，挡板的内圈设有与卷烟接触的密封圈。
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流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法，通过在卷烟抽吸过程中，将测量的逐口流量分布与相应口序下卷烟主流烟气焦油量、烟碱量进行回归分析，得到卷烟主流烟气中焦油量、烟碱量的预测模型。对于未知卷烟样品，只需测定卷烟抽吸时滤棒段和卷烟纸段的空气流量，计算出烟支燃烧锥端空气流量，利用预测模型即可得到其相应口序下的主流烟气焦油量、烟碱量。
本发明的基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法，减少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，避免环境污染；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和数据支撑，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的流量分布检测装置的结构示意图。
附图中标记的含义如下：1、卷烟纸段腔体，2、滤嘴段腔体，3、腔体，4、边孔，5、挡板，6、密封圈，7、流量测量部件，8、卷烟夹持器，9、卷烟。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
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，用于采集不同抽吸口序下的流场分布、卷烟焦油和烟碱的释放量。
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。
一种基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法，包括以下步骤：
S1、利用流量检测装置测定卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量。
如附图1所示，为本发明的流量检测装置的结构示意图，包括卷烟纸段腔体1、滤嘴段腔体2、腔体3、边孔4、挡板5、密封圈6、流量测量部件7、卷烟夹持器8、卷烟9。带通孔的卷烟夹持器8，通孔的内侧端固定卷烟9，外侧端接抽吸机。
卷烟夹持器8的内侧端接腔体3，该腔体3由夹持圈协同卷烟9，分隔为卷烟纸段腔体1和滤嘴段腔体2；两段腔体的外壁为伸缩壁，分别通过边孔4接流量测量部件7；卷烟纸段腔体1的末端为挡板5，挡板5的内圈为与卷烟9接触的密封圈6。
卷烟燃烧锥端的空气流量，是通过流量平衡原则利用流场数据计算而得。
检测过程：采用流量检测装置在孔道吸烟机上进行ISO模式(35mL)抽吸，根据卷烟滤棒长度、相应抽吸口序下卷烟纸段长度调节装置两段腔体，根据卷烟圆周选择适宜密封圈，使两段腔体形成密封气室；校准归零流量测量部件，点燃卷烟，启动卷烟抽吸机进行抽吸；读取流量测量部件的读数，得到进入卷烟纸段空气流量V1和进入滤嘴段空气流量V2，结合抽吸端的总抽吸容量V，采用公式V3＝V-V1-V2，得到进入卷烟燃烧锥端的空气流量V3。
S2、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。
S3、回归分析：将上述空气流量与焦油和烟碱的释放量对应，以空气流量值为自变量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燃烧锥端空气流量与焦油、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0.936、0.953，说明卷烟燃烧锥端的空气流量与主流烟气焦油、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＝0.0001x3-0.0021x2+0.0334x+0.2899；
烟碱释放量预测模型的回归方程：
y2＝-0.00004x3+0.003x2-0.0613x+0.4379。
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。
S4、卷烟焦油和烟碱预测：测定卷烟抽吸过程中的逐口空气流量变化，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3个牌号卷烟样品，一方面检测各样品第1口到第6口的逐口流场分布，通过预测方程计算出相应抽吸口序下的主流烟气焦油、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，18组数据中焦油释放量仅2组数据相对误差略大于10％，其他16组数据相对误差均小于10％；18组数据中烟碱释放量也仅2组数据相对误差略大于10％，其他16组数据相对误差均小于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 (6)

1.一种基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用流量检测装置测定卷烟样品抽吸时燃烧锥端的空气流量；
S2、测定卷烟样品抽吸时，烟气中焦油和烟碱的释放量；
S3、回归分析：将上述空气流量与焦油和烟碱的释放量对应，以空气流量值为自变量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空气流量，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流场分布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。
3.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布预测卷烟焦油和烟碱的方法，其特征在于，所述流量检测装置包括卷烟纸段腔体、滤嘴段腔体、腔体、边孔、挡板、密封圈、流量测量部件、带通孔的卷烟夹持器；
通孔的内侧端固定卷烟，外侧端接抽吸机；
卷烟夹持器的内侧端接腔体，该腔体由夹持圈协同卷烟，分隔为卷烟纸段腔体和滤嘴段腔体；两段腔体的外壁为伸缩壁，分别通过边孔接流量测量部件；卷烟纸段腔体的末端为挡板，挡板的内圈设有与卷烟接触的密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布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。
5.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布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。
6.根据权利要求1所述的一种基于检测流场分布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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