CN111213056A - 气溶胶递送装置的比色气溶胶和气体检测 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及比色气溶胶检测装置，用于检测由气溶胶递送装置产生的气溶胶中的目标化合物。比色气溶胶检测装置包括具有第一开口端和第二开口端的管状壳体，使得蒸气流可以沿从第一端到第二端的方向通过管状壳体。第一开口端被构造成与气溶胶递送装置的吸嘴接合，第二开口端被构造成吸嘴，使用者可以通过该吸嘴通过抽吸将由气溶胶递送装置产生的蒸气流抽吸到管状壳体中。比色指示剂材料位于管状壳体内部，该比色指示剂材料被构造成通过使用者透过管状壳体的透明或半透明部分能够看到的颜色变化来给出在蒸气流中检测到目标化合物的信号。

Description

气溶胶递送装置的比色气溶胶和气体检测
公开领域
本公开涉及用于检测供人消费的气溶胶，特别是由烟草制成或衍生自烟草或以其他方式掺入烟草的气溶胶前体所形成的气溶胶中的选定目标化合物的装置、系统和方法。
背景
多年来已经提出了许多吸烟装置作为对需要燃烧烟草才能使用的吸烟产品的改进或替代。据称，这些装置中的许多已被设计为提供与卷烟、雪茄或烟斗吸烟有关的感觉，但是没有递送由燃烧烟草产生的大量不完全燃烧和热解产物。为此，已经提出了许多吸烟产品、香味发生器和药物吸入器，它们利用电能来蒸发或加热挥发性物质，或试图提供卷烟、雪茄或烟斗吸烟的感觉但不会在很大程度上燃烧烟草。例如，参见以下专利文献中描述的各种替代的吸烟制品、气溶胶递送装置和生热源：Robinson等人的美国专利第7,726,320号，Griffith,Jr.等人的美国专利公开第2013/0255702号，Sears等人的美国专利公开第2014/0096781号，以及Bless等人的2015/0216232，这些文献通过引用纳入本文。通过加热挥发性物质而产生的蒸气的组成可以变化，并且通常取决于挥发性物质的组成。例如，挥发性物质的组成可以包含一些源自天然来源的成分(例如尼古丁)，并且通常包含少量杂质。这些不纯成分的汽化也使少量杂质汽化，这些杂质随后成为蒸气组成的一部分。因此，对于消费者非常有益的是，可以使用筛查工具，能够在存在或不存在汽化杂质的情况下对蒸气组成进行分析，从而提供有关挥发性物质组成(例如，电子烟液)的纯度的宝贵信息。
发明内容
本公开涉及用于检测由气溶胶递送装置产生的气溶胶中的选定目标化合物的检测装置、系统和方法，特别是适于由使用者吸入气溶胶并且包括吸嘴的气溶胶检测装置。气溶胶递送装置包括吸烟制品，更具体地，可以利用电产生的热量来产生气溶胶的气溶胶递送装置(例如，通常被称为电子烟的吸烟制品)。配置成加热气溶胶前体的气溶胶递送装置(例如吸烟制品)有时也会使气溶胶前体中存在的少量杂质(例如目标化合物)汽化。本发明的比色气溶胶检测装置能够通过显示比色气溶胶检测装置中存在的指示剂材料的特征颜色变化来识别气溶胶中这些目标化合物的存在。本发明的比色气溶胶检测装置被设计成可逆地附接到气溶胶递送装置(例如电子烟)的吸嘴上，并且在气溶胶通过比色检测装置时筛查从气溶胶递送装置发出的气溶胶(例如，在较少次数的抽吸后(例如，仅约2-3次抽吸后)。筛查完成后，本发明的比色检测装置可从气溶胶递送装置中移除，并在消费者目视检查比色检测装置中指示剂材料的颜色变化后丢弃。因此，本发明的比色检测装置提供了对气溶胶中感兴趣的目标化合物的快速且容易的分析，从而允许使用者做出是否继续使用气溶胶递送装置的明智决定。
本发明的一个方面涉及一种比色气溶胶检测装置，其适于与具有吸嘴的气溶胶递送装置接合，该比色气溶胶检测装置包括：具有第一开口端和第二开口端的管状壳体，使得蒸气流可以在从第一端到第二端的方向上穿过该管状壳体，其中第一开口端被构造成接合气溶胶递送装置的吸嘴，使得在气溶胶递送装置中产生的蒸气与第一开口端流体连通，第二开口端被构造成吸嘴，使用者可以通过该吸嘴通过抽吸将蒸气流吸入到管状壳体中，并且其中管状壳体的至少一部分是透明的或半透明的；以及比色指示剂材料，该比色指示剂材料设置在第一端和第二端之间的管状壳体内部，其中，比色指示剂材料被构造成通过使用者透过管状壳体的透明或半透明部分可以看到的颜色变化来给出在通过管状壳体的蒸气流中检测到目标化合物的信号。
在一些实施方式中，管状壳体由聚丙烯、聚碳酸酯、玻璃、不锈钢或其组合制成。在一些实施方式中，管状壳体的透明或半透明部分的长度为管状壳体的纵向长度的至少50％，其示出了设置在壳体内部的比色指示剂材料。在一些实施方式中，管状壳体的透明或半透明部分具有浓度标度。在一些实施方式中，气溶胶递送装置是电子烟。
在一些实施方式中，本发明的比色气溶胶检测装置还包括密封元件，该密封元件位于比色指示剂材料上游的管状壳体内部的第一端处。在一些实施方式中，密封元件由硅酮或橡胶制成。在一些实施方式中，密封元件是垫圈。在一些实施方式中，密封元件被构造成在气溶胶检测装置和附接到其上的气溶胶递送装置之间形成紧密密封，以防止从气溶胶递送装置产生的部分蒸气流从比色气溶胶装置逸出到大气中。
在一些实施方式中，比色指示剂材料是有机物、无机物、有机金属、过渡金属络合物或其组合。在一些实施方式中，比色指示剂材料以检测预定量的目标化合物的量存在。在一些实施方式中，比色指示剂材料检测包含亲电、亲核或含金属的官能团的目标化合物。在一些实施方式中，比色指示剂材料设置在多孔载体材料上。
在一些实施方式中，多孔载体材料选自下组：多孔颗粒，颗粒珠，纤维材料及其组合。在一些实施方式中，多孔载体材料选自分子筛，硅胶，粘土，玻璃珠，二氧化硅玻璃珠，硅砂，玻璃纤维，塑料纤维，聚合物纤维，纤维素纤维，纸，膜，有机棉，羊毛，再生纤维素及其组合。在一些实施方式中，管状壳体内部的比色指示剂材料占据管状壳体的总内部体积的至少约50％。
在一些实施方式中，本发明的比色气溶胶检测装置还包含吸附材料，该吸附材料设置在位于化学指示剂材料下游的管状壳体内部。在一些实施方式中，吸附材料选自活性炭，分子筛，粘土，活性氧化铝，硅胶，离子交换树脂，聚酯树脂，聚合物和玻璃纤维。在一些实施方式中，管状壳体内部的吸附材料占据管状壳体的总内部体积的不超过约50％。
本发明的另一方面涉及一种用于检测蒸气流中的目标化合物的方法，该方法包括将本发明的比色气溶胶检测装置被构造到气溶胶装置上，使得在气溶胶装置中形成的气溶胶作为蒸气流通过比色气溶胶检测装置，通过比色气溶胶检测装置检测蒸气流中的一种或多种目标化合物。在一些实施方式中，气溶胶装置附接到比色气溶胶检测装置的管状壳体的第一开口端，并且吸嘴附接到比色气溶胶检测装置的管状壳体的第二开口端。在一些实施方式中，通过消费者在吸嘴上抽吸，迫使气溶胶通过比色气溶胶检测装置。在一些实施方式中，通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的量为约2次至约4次抽吸。在一些实施方式中，通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的量为约100mL至约200mL体积。
在一些实施方式中，当检测到预定量的目标化合物时，指示剂材料经历从一种颜色到另一种颜色的颜色变化。在一些实施方式中，目标化合物包含亲电官能团或亲核官能团。在一些实施方式中，亲电官能团包括羰基或烯烃基。在一些实施方式中，目标化合物包括1,3-丁二烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、巴豆醛、甲乙酮、糠醛、双乙酰、丙酮、2,3-戊二酮或其组合。在一些实施方式中，亲核官能团包括羧基或羟基。在一些实施方式中，目标化合物包括丁酸、甲酚、丙二醇或其组合。
本公开包括但不限于以下实施方式。
实施方式1：一种比色气溶胶检测装置，其适于与具有吸嘴的气溶胶递送装置接合，包括：
具有第一开口端和第二开口端的管状壳体，使得蒸气流可以沿从第一端到第二端的方向通过管状壳体，其中，第一开口端被构造成与气溶胶递送装置的吸嘴接合，使得在气溶胶递送装置中产生的蒸气与第一开口端流体连通，并且第二开口端被构造为吸嘴，使用者可以通过该吸嘴通过抽吸将蒸气流吸入管状壳体，其中，管状壳体的至少一部分是透明或半透明的；和
比色指示剂材料，该比色指示剂材料设置在第一端和第二端之间的管状壳体内部，其中，比色指示剂材料被构造成通过使用者透过管状壳体的透明或半透明部分可以看到的颜色变化来给出在通过管状壳体的蒸气流中检测到目标化合物的信号。
实施方式2：如前述实施方式所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体由聚丙烯、聚碳酸酯、玻璃、不锈钢或其组合制成。
实施方式3：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体的透明或半透明部分的长度为管状壳体的纵向长度的至少50％，其示出了设置在壳体内部的比色指示剂材料。
实施方式4：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体的透明或半透明部分具有浓度标度。
实施方式5：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，所述气溶胶递送装置是电子烟。
实施方式6：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其还包括密封元件，该密封元件位于比色指示剂材料上游的管状壳体内部的第一端处。
实施方式7：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，所述密封元件由硅酮或橡胶制成。
实施方式8：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，所述密封元件是垫圈。
实施方式9：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，密封元件被构造成在气溶胶检测装置和附接到其上的气溶胶递送装置之间形成紧密密封，以防止从气溶胶递送装置产生的部分蒸气流从比色气溶胶装置逸出到大气中。
实施方式10：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，比色指示剂材料是有机物、无机物、有机金属、过渡金属络合物或其组合。
实施方式11：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，比色指示剂材料以检测预定量的目标化合物的量存在。
实施方式12：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，比色指示剂材料检测包含亲电、亲核或含金属的官能团的目标化合物。
实施方式13：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，比色指示剂材料设置在多孔载体材料上。
实施方式14：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，多孔载体材料选自下组：多孔颗粒，颗粒珠，纤维材料及其组合。
实施方式15：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，多孔载体材料选自分子筛、硅胶、粘土、玻璃珠、二氧化硅玻璃珠、硅砂、玻璃纤维、塑料纤维、聚合物纤维、纤维素纤维、纸、膜、有机棉、羊毛、再生纤维素及其组合。
实施方式16：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体内部的比色指示剂材料占据管状壳体的总内部体积的至少约50％。
实施方式17：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其还包含吸附材料，该吸附材料设置在位于化学指示剂材料下游的管状壳体内部。
实施方式18：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，吸附材料选自活性炭、分子筛、粘土、活性氧化铝、硅胶、离子交换树脂、聚酯树脂、聚合物和玻璃纤维。
实施方式19：如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体内部的吸附材料占据管状壳体的总内部体积的不超过约50％。
实施方式20：一种用于检测蒸气流中的目标化合物的方法，该方法包括将如前述实施方式中任一项所述的比色气溶胶检测装置构造到气溶胶装置上，使得在气溶胶装置中形成的气溶胶作为蒸气流通过比色气溶胶检测装置，通过比色气溶胶检测装置检测蒸气流中的一种或多种目标化合物。
实施方式21：如前述实施方式所述的方法，其中，气溶胶装置附接到比色气溶胶检测装置的管状壳体的第一开口端，并且吸嘴附接到比色气溶胶检测装置的管状壳体的第二开口端。
实施方式22：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，通过消费者在吸嘴上抽吸，迫使气溶胶通过比色气溶胶检测装置。
实施方式23：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的量为约2次至约4次抽吸。
实施方式24：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的量为约100mL至约200mL体积。
实施方式25：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，当检测到预定量的一种或多种目标化合物时，指示剂材料经历从一种颜色到另一种颜色的颜色变化。
实施方式26：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，一种或多种目标化合物包含亲电官能团或亲核官能团。
实施方式27：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，亲电官能团包括羰基或烯烃基。
实施方式28：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，一种或多种目标化合物包括1,3-丁二烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、巴豆醛、甲乙酮、糠醛、双乙酰、丙酮、2,3-戊二酮或其组合。
实施方式29：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，亲核官能团包括羧基或羟基。
实施方式30：如前述实施方式中任一项所述的方法，其中，一种或多种目标化合物包括丁酸、甲酚、丙二醇或其组合。
通过结合在下文简要描述的附图来阅读以下详细描述，可使本公开的这些以及其它特征、方面和优势显而易见。本发明包括两种、三种、四种或更多种上述实施方式的结合，以及任何两个、三个、四个或更多个本文所阐述的特征或元素的结合，无论这些特征或元素是否在本文所描述的特定实施方式中明确结合。本文旨在用于整体性阅读，所公开的发明在任何其各种方面和实施方式中的任何可分割特征或元素都应当被视为旨在成为可结合的特征或元素，除非上下文中另有明确规定。本发明的其他方面和优点将从以下变得显而易见。
附图说明
以上概括地描述了本公开，下面将结合附图进行描述，附图不一定按照比例绘制，其中：
图1是根据本公开实施方式的比色气溶胶检测装置的局部剖视图。
图2是根据本公开实施方式的指示管的截面图。
图3是根据本公开实施方式的气溶胶递送装置的截面图，该气溶胶递送装置包括筒匣和控制体，该控制体包括可以在气溶胶递送装置中使用的各种元件。
图4是其上附接有根据本发明的比色气溶胶检测装置的气溶胶递送装置的视图。
发明详述
本公开将参考其示例性实施方式在下文中更全面地进行描述。对这些示例性实施方式进行描述以使本公开完备和完整，并能够向本领域技术人员完全地展示本公开的范围。实际上，本公开可以以许多不同的形式实施，不应看作仅限于本文所述实施方式；并且，提供这些实施方式使得本公开可以满足适用的法律要求。在本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该/所述”包括复数形式，除非上下文中另有明确规定。
本公开涉及比色检测装置，其用于检测由气溶胶递送装置中的气溶胶前体产生的气溶胶中的选定目标化合物。例如，诸如电子烟的气溶胶递送装置使用电子烟液作为气溶胶前体来产生气溶胶。市售的电子烟液通常包含少量杂质，这些杂质在电子烟液的汽化过程中会汽化。用比色检测装置检测电子烟液中是否存在这种少量杂质和/或是否由于电子烟液的汽化形成有害和潜在有害的成分(HPHC)，为消费者提供了有关市售电子烟液在消耗前的化学组成和品质(例如纯度)的宝贵信息。
通常，在筛查气溶胶中的杂质(例如，电子烟液杂质或HPHC)时通常将比色气溶胶检测装置可拆卸地附接到气溶胶递送装置(例如，电子烟)，这些杂质通常称为目标化合物。一旦附接到气溶胶递送装置，由该递送装置产生的蒸气就通过检测装置，该检测装置包含比色指示剂材料。一旦检测到目标化合物，该材料将发生变色反应，消费者可以看到该变化。一旦气溶胶的筛查完成，便丢弃比色气溶胶检测装置。比色检测装置和气溶胶递送装置将在下面更详细地描述。
比色气溶胶检测装置
本公开的比色气溶胶检测装置通常包括设置在外体或外壳中的多个部件，所述外体或外壳可以被称为壳体。外体或外壳的整体设计可以变化，并且可以限定比色气溶胶检测装置的整体大小和形状的外体的形式或构造可以变化。通常，细长主体可以由单个整体式壳体形成。例如，比色气溶胶检测装置可以包括单个细长的壳体或主体，其可以是基本上管状的形状。管状细长壳体或主体的直径和长度可以变化，但是通常取决于位于管状壳体内部的部件的数量和每个部件的尺寸。在一些实施方式中，比色气溶胶检测装置的外壳或壳体的形状基本上不是管状的，而是可以形成为实质上更大的尺寸。例如，单个整体式外壳或壳体可进一步构造成包括吸嘴。
本公开的比色气溶胶检测装置包括容纳在壳体内的附加部件。例如，在某些实施方式中，附加部件包括密封元件(例如，垫圈)，至少一种比色指示剂材料，吸附材料和指示管。根据下文提供的进一步公开内容，本公开的比色气溶胶检测装置内的部件的更具体形式、构造和布置将是明显的。
在图1中提供了比色气溶胶检测装置10的一个示例性实施方式。示出的单个管状壳体9具有第一开口端1和第二开口端2。第一开口端1被构造成与气溶胶递送装置的吸嘴接合，并且可以包括位于管状壳体9的第一端1内部的任选的密封元件3。第二开口端2被构造为吸嘴4，消费者可以在其上抽吸。
管状壳体由任何合适的材料制成，例如但不限于聚丙烯、聚碳酸酯、玻璃、不锈钢或其组合。在一些实施方式中，整个管状壳体是透明或半透明的。在一些实施方式中，管状壳体的仅一部分是透明或半透明的。管状壳体的半透明或透明部分的长度为管状壳体的纵向长度的约5％至约95％，约15％至约90％，或约25％至约75％(例如，是管状壳体的纵向长度的至少10％，至少20％，至少30％，至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％或至少90％(上限为100％))。管状壳体的半透明或透明部分的横向长度为管状壳体的横向长度的约5％至约95％，约25％至约90％，或约35％至约75％(或者是管状壳体的横向长度的至少10％，至少20％，至少30％，至少40％，至少50％，至少60％，至少70％，至少80％或至少90％(上限为100％))。在一些实施方式中，通过壳体的半透明或透明部分可以看见设置在管状壳体内部的比色指示剂材料。管状壳体的半透明或透明部分5还可以包括浓度标度6，该浓度标度6可以被印刷或以其他方式固定在半透明或透明部分5中或半透明或透明部分的任一侧上。由浓度标度显示的单位可以变化。例如，浓度标度可以具有诸如百万分率(ppm)的单位。在一些实施方式中，浓度标度用印刷的彩色油墨可视化。
当比色气溶胶检测装置的第一开口端附接到气溶胶递送装置的吸嘴时，密封元件3可以被构造成在使用期间形成紧密的密封。特别地，密封元件被设计成允许不同尺寸的气溶胶递送装置的吸嘴装配到管状壳体中，从而在两个部件(即，气溶胶检测装置和气溶胶递送装置)之间形成紧密的密封。密封元件可以由本领域中已知的任何材料或材料的组合制成，以形成紧密的密封。例如，此类材料包括但不限于纸、橡胶、硅酮、金属、软木、毛毡、氯丁橡胶、丁腈橡胶、玻璃纤维、聚四氟乙烯(也称为PTFE或特氟隆(Teflon))、塑料聚合物(如聚氯三氟乙烯)或它们的组合。在一些实施方式中，密封元件由橡胶或硅酮制成。
密封元件的形状可以变化并且被设计成与内部壳体的三维形状互补，从而在检测装置的壳体的第一端与气溶胶递送装置的吸嘴之间形成紧密的密封。在一些实施方式中，密封元件包括具有中空内部截面的基本上圆形的形状。密封元件的中空内部截面的形状通常是圆形的。例如，密封元件的中空内部截面的形状是圆形或椭圆形。中空内部截面的直径可以变化。例如，与较小直径的中空内部截面相比，宽直径的中空内部截面允许较多的由气溶胶递送装置产生的气溶胶进入检测装置。在一些实施方式中，中空内部截面的直径尺寸部分地决定了进入比色气溶胶检测装置的气溶胶的量。在一些实施方式中，密封元件是垫圈或O形圈。
比色气溶胶检测装置10还可以包括至少一种或多种比色指示剂材料7，其位于管状壳体9内部的密封元件3的上游。位于管状壳体内部的比色指示剂材料的量可以变化，但是通常占据管状壳体总内部体积的约10％至约98％，约20％至约95％，约30％至约90％，约40％至约85％，约50％至约80％(或者占据管状壳体总内部体积的至少约10％，至少约20％，至少约30％，至少约40％，至少约50％，至少约60％，至少约70％，至少约80％，至少约90％)。比色指示剂材料通常包括当暴露于气相组分(例如目标化合物)时可发生变色反应的材料。在一些实施方式中，比色指示剂材料是有机或无机的。商业化的示例性比色指示剂材料包括由盛迪纳工业健康与安全仪表(Sensidyne Industrial Health and SafetyInstrumentation)和霍尼韦尔(Honeywell)公司出售的材料(例如RAE系统比色气体检测管)。
在一些实施方式中，比色指示剂材料与目标化合物的变色反应在比色指示剂材料与目标化合物的原子之间形成共价键(通常被认为是不可逆的相互作用)，或在比色指示剂材料和目标化合物的原子之间形成非共价键(通常被认为是可逆的相互作用)。比色指示剂材料的示例性类型包括但不限于酸碱指示剂材料(例如pH指示剂)，氧化还原指示剂材料，络合指示剂材料和基于反应的指示剂材料。比色指示剂材料的量可以变化，并且通常取决于比色指示剂材料的化学性质(例如，能够检测目标化合物的官能团的负载和/或官能团与目标化合物的反应性)和/或期望被检测的目标化合物的量(例如，政府机构允许的通过指示剂材料的颜色变化或在给定体积的气溶胶中测量的目标化合物的浓度来检测存在的目标化合物的最小量)。例如，能够检测预定量的目标化合物的具有高官能团负载的比色指示剂材料的量将小于能够检测相同预定量的目标化合物的具有较低的官能团负载的比色指示剂材料的量。在一些实施方式中，比色指示剂材料的量取决于能够与目标化合物的官能团反应从而导致比色指示剂材料的颜色改变的官能团的反应性。例如，官能团对目标化合物的官能团具有较高反应性的比色指示剂材料的量将小于官能团对目标化合物的官能团具有较低反应性的比色指示剂材料的量，前提是两种比色指示剂材料的负载相同。
在一些实施方式中，指示剂材料的量取决于目标化合物的量或要检测的给定气溶胶体积中目标化合物的浓度。例如，要检测的目标化合物的期望量可以是预定量(即最小量)，当由比色指示剂材料检测时，该预定量可以识别目标化合物的存在与否(以预定量)。识别这种预定量的目标化合物的指示剂材料的量可以取决于但不限于上述指示剂材料的化学性质。
在一些实施方式中，指示剂材料的量被设计为测量预定体积的气溶胶中存在的目标化合物的浓度。例如，当预定量的气溶胶根据图1所示的气流通过位于管状壳体9内部的比色材料7的床时，包含比色指示剂材料的床的一部分在检测到目标化合物时变色。特别地，指示剂材料床改变颜色的部分位于比色指示剂装置的第一开口端处，其可视化为窄的色带。随着在气溶胶体积中检测到的目标化合物的浓度增加，指示剂材料的色带的宽度扩大，因为床中更多的指示剂材料以浓度依赖的方式与目标化合物反应。因此，通过已经发生变色的比色指示剂材料的床的色带的宽度来使被检测的目标化合物的浓度可视化，其对应于设置在管状壳体9的外侧上的浓度标度6。
在一些实施方式中，比色指示剂材料7位于如图2所示的指示管11内部，指示管11具有第一开口端13和第二开口端14。指示管11可由半透明或透明的任何材料制成。在一些实施方式中，指示管11由(但不限于)聚丙烯、聚碳酸酯或玻璃制成。在一些实施方式中，指示管11的第一开口端13和/或第二开口端14可以任选地分别包括位于指示管11内部的透气材料14和/或15。透气材料14和/或15的尺寸可以变化，并且通常被设计为与指示管11内部的三维形状互补。例如，在一些实施方式中，透气材料15和/或16的三维形状为圆形垫的形状，其尺寸与指示管11的内径大致相同。透气材料15和/或16可以是本领域已知的具有透气性，能够允许气溶胶通过同时保持指示剂材料7在指示管11内的任何材料或材料的组合。在一些实施方式中，仅第一开口端13包括透气材料15。在一些实施方式中，仅第二开口端14包括透气材料16。在一些实施方式中，第一开口端13和第二开口端14分别包括透气材料15和16。在一些实施方式中，透气材料15和16是相同的。在一些实施方式中，透气材料15和16是不同的。在一些实施方式中，透气材料15和/或16是筛网或网状材料。位于指示器内部的比色指示剂材料的量可以变化，但是通常占据管状壳体总内部体积的约10％至约98％，约20％至约95％，约30％至约90％，约40％至约85％，约50％至约80％(或者占据指示管总内部体积的至少约10％，至少约20％，至少约30％，至少约40％，至少约50％，至少约60％，至少约70％，至少约80％，至少约90％)。然后，如图2所示的指示管12可以被插入到如图1所示的气溶胶检测装置的管状壳体9内部，位于密封元件3的上游。指示管11的直径可以变化，但是通常至少与管状壳体9的半透明或透明部分5具有大致相同的尺寸。在一些实施方式中，指示管至少包括与管状壳体9的半透明或透明部分5的横向长度相同的直径。指示管的长度可以变化，但是通常至少与管状壳体9的半透明或透明部分5具有相同的长度。由于指示管通常具有比管状壳体9的尺寸更小的尺寸(例如，直径和/或长度)，因此对于如图2所示的采用指示管来存放指示剂材料7的气溶胶检测装置，通常需要较少量的指示剂材料。
例如，在一些实施方式中，比色指示剂材料的量可以在约10mg至约1000mg的范围内。在一些实施方式中，比色指示剂材料包括酸碱指示剂材料。酸碱指示剂材料(例如pH指示剂)通常包括弱酸性或弱碱性官能团，其可以分别被目标化合物质子化或去质子化。变色反应与酸碱指示剂材料的质子化或去质子化有关。在一些实施方式中，酸碱指示剂材料的弱酸性官能团被目标化合物质子化，导致质子化的酸碱指示剂材料的变色。在一些实施方式中，弱碱性官能团被目标化合物去质子化，导致去质子化的酸碱指示剂材料的变色。在一些实施方式中，酸碱指示剂选自甲基紫、孔雀绿、百里酚蓝、甲基黄、溴酚蓝、刚果红、甲基橙、溴甲酚绿、甲基红、甲基紫、偶氮林(azolimin)、溴甲酚紫、溴百里酚蓝、酚红、中性红、萘酚酞、甲酚红、甲酚酞、百里酚酞、茜素黄、靛蓝胭脂红或其组合。关于酸碱指示剂材料的其他实例，参见Bolts,D.F.，《非金属的比色测定》(Colorimetric Determination ofNonmetals)，第VIII卷，科学出版社(Interscience Publishers，Inc.)，纽约，1958年；Wolfbeis,O.，《使用指示染料的化学传感》(Chemical Sensing Using Indicator Dyes)，光纤传感(Optical Fiber Sensing)，1997，4，53-107；Mohr,G.，《生色和荧光反应剂：用于监测胺，醇和醛的新指示燃料》(Chromogenic and Fluorogenic Reactants:NewIndicator Dyes for Monitoring Amines,Alcohols,and Aldehydes)，J.OpticalSensors，2004，1，51-55；Tsubaki,K.，《使用功能性酚酞衍生物的比色识别》(ColorimetricRecognition Using Functional Phenolphthalein Derivatives)，J.Incl.Phenom.Macrocyl.Chem，2008；和Dong-Gyu,C.，《基于现代反应的指标系统》(Modern Reaction-Based Indicator Systems)，Chem.Soc.Rev.，2009，38，1647-1662，其通过引用整体并入本文。
在一些实施方式中，比色指示剂材料包括氧化还原指示剂材料。氧化还原指示剂材料是由于氧化态的升高或降低而改变颜色的材料。变色反应与目标化合物存在下材料的氧化态的变化(即，材料的氧化还原电势的变化)有关。在一些实施方式中，通过目标化合物降低氧化还原指示剂材料的氧化态，导致还原的氧化还原指示剂材料的变色(即，指示剂材料的还原)。在一些实施方式中，通过目标化合物升高氧化还原指示剂材料的氧化态，导致变色(即，指示剂材料的氧化)。在一些实施方式中，氧化还原指示剂材料通过在氧化还原指示剂材料与目标化合物之间的电子转移而被氧化或还原。在一些实施方式中，由于氧化还原指示剂材料与目标化合物的共价键或非共价键形成，氧化还原指示剂材料被氧化或还原。在一些实施方式中，氧化还原指示剂选自2,6-二溴苯酚-吲哚酚钠、邻甲酚吲哚酚钠、硫堇、亚甲基蓝、靛蓝四磺酸、靛蓝三磺酸、靛蓝胭脂红、靛蓝单磺酸、酚番红、番红、中性红、2,2’-联吡啶、硝基菲咯啉、N-苯基邻氨基苯甲酸、1,10菲咯啉铁(II)硫酸盐络合物、N-乙氧基黃叱精(N-ethoxychrysoidine)、2,2-联吡啶、5,6-二甲基菲咯啉、邻联茴香胺、二苯胺磺酸钠、二苯胺和紫精。有关还原/氧化指示剂的其他实例，参见Tratnyek,R.，《可视化氧化还原化学；用指示染料探索环境氧化还原反应》(Visualizing redox Chemistry；ProbingEnvironmental Oxidation-reduction reactions with Indicator dyes)，Chem.Educator，纽约斯普林格·维拉格公司(Springer Verlag New York,Inc.)，2001，其全部内容通过引用结合于此。
在一些实施方式中，比色指示剂材料包括络合指示剂材料。复杂指示剂材料是在金属离子(例如目标化合物)存在下变色的材料。变色反应与络合指示剂材料和金属离子的络合有关。这种络合是在络合指示剂材料和金属离子之间形成非共价键的相互作用。当未络合的络合指示剂(即不含金属)与金属离子缔合形成金属-络合指示剂络合物(其颜色与不含金属的络合指示剂不同)时发生变色反应。在一些实施方式中，络合指示剂材料是离子变色染料或螯合剂。络合指示剂材料的示例性类型包括但不限于：钙黄绿素(Calein)、EDTA、姜黄素(Curcumin)、铬黑T(Eriochrome Black T)、嗍砜固黑(Fast Sulphon Black)、苏木精(Hematoxylin)、紫脲酸铵(Murexide)或二甲酚橙(Xyenol Orange)。对于络合指示剂材料的其他实例，参见Flaschka,H.，《络合滴定法》(Complexometric titrations)，伦敦，梅休因(Methuen)，1969，其通过引用全文结合于此。
在一些实施方式中，比色指示剂材料包括基于反应的指示剂材料。基于反应的指示剂材料是当与目标化合物形成共价键以提供基于反应的指示剂-目标化合物加合物时变色的材料。变色反应与基于反应的指示剂在与目标化合物形成加合物时发生的结构改性有关。基于反应的指示剂和目标化合物之间共价键的形成主要通过亲核取代反应发生，但是不应排除其他反应类型。例如，在一些实施方式中，基于反应的指示剂材料包括亲核官能团，其与目标化合物的亲电子官能团反应以形成变色的基于反应的指示剂-目标化合物加合物。在一些实例中，基于反应的指示剂材料包括亲电官能团，其与目标化合物的亲核官能团反应以形成变色的基于反应的指示剂-目标化合物加合物。通常应理解，术语“亲核官能团”包括具有亲核中心(其本质上可以是中性或离子性的)以及离子部分(例如，阴离子)(其携带负电荷)的官能团。由此，通常还应理解，术语“亲电官能团”包括具有亲电中心(其本质上可以是中性或离子性的)以及离子部分(例如，阳离子)(其携带正电荷)的官能团。亲核官能团的实例包括但不限于碱性官能团，所述碱性官能团具有伯氨基(即-NH2)、仲氨基(即，NH(烷基))、叔氨基(即，N(烷基)2)、肼基(-NHNH2)、磺酰肼基(-SO2NHNH2)、醇(-OH基)、巯基(-SH)或它们的组合。
亲电官能团的实例包括但不限于酸性官能团，例如，酯基(例如，-COO烷基)、羧酰卤基(-CO-卤代)、卤代烷基(-C-卤代)、醛基(-COH)、氰酰基(-O-C＝N)、异氰基(-N＝C＝O)、亚氨基(-C＝NH)、肟基(-C＝NOH)、磺酰基(SO2烷基)、亚磺酰基(-SO2H)、硫氰酸酯基(-SCN)、硫酰基(-CS烷基)或其组合。
在一些实施方式中，比色指示剂材料设置在多孔载体上。多孔载体可由本领域已知的任何透气的材料或材料组合制成，以允许由气溶胶递送装置产生并行进通过比色气溶胶检测装置的气溶胶通过。多孔载体的实例包括但不限于多孔颗粒、颗粒珠、泡沫、纤维材料或其组合。多孔颗粒的实例包括但不限于分子筛、硅胶或粘土。颗粒珠的实例包括但不限于玻璃珠、二氧化硅玻璃珠或硅砂。纤维材料的实例包括但不限于由玻璃、塑料、聚合物、纤维素或纤维素衍生物制成的纤维。纤维材料的实例包括但不限于纸(例如滤纸)、膜、有机棉、羊毛、玻璃纤维或再生纤维素织物。泡沫的实例包括但不限于由聚氨酯、聚合物、陶瓷、金属、金属氧化物、硅酮或其组合制成的泡沫。
可以通过存在于多孔载体中的孔(例如，空隙)的数量和大小来改变通过多孔载体的气溶胶的量。例如，存在于多孔载体中的每英寸的孔数(PPI)可以变化，但是通常在约10至约150个孔/英寸，约20至约100个孔/英寸，约30至约90个孔/英寸，或约45至约80个孔/英寸(PPI)的范围内(或至少约10个孔/英寸，至少约20个孔/英寸，至少约30个孔/英寸，至少约40个孔/英寸，至少约50个孔/英寸，至少约60个孔/英寸，至少约70个孔/英寸，至少约80个孔/英寸，至少约90个孔/英寸，或至少约100个孔/英寸，且上限为约150个孔/英寸)。多孔载体中存在的孔的平均直径可以变化，并且通常取决于多孔载体的类型。在一些实施方式中，多孔载体的孔的平均直径为约0.001英寸至约0.050英寸，约0.005英寸至约0.040英寸，约0.010英寸至约0.030英寸，或约0.015英寸至约0.020英寸(或至少约0.050英寸，至少约0.10英寸，至少约0.015英寸，至少约0.020英寸，至少约0.030英寸或至少约0.040英寸，且上限为约0.050英寸)。在一些实施方式中，多孔载体材料的阻滞率至少为50％，其中术语“阻滞率(arrestance)”是描述多孔材料从空气和/或气溶胶中去除杂质(例如，存在于气溶胶中的目标化合物)的能力的量度。在一些实施方式中，阻滞率为约60％至约98％，约60％至约95％，约70％至约90％，或约75％至约90％(或至少60％，至少70％，至少80％，至少90％或至少98％，且上限为100％)。
在一些实施方式中，多孔载体包括呈固体垫形式的泡沫和/或纤维材料，其具有与管状壳体9的内部尺寸大致相同的尺寸(例如，直径)，并且厚度为约0.05英寸至约0.75英寸或约0.125英寸至约0.5英寸。
设置在多孔载体上的比色指示剂材料的量可以变化，包括基于含比色指示剂材料的多孔载体的总重量计约1重量％至约99重量％的比色指示剂材料(或基于含比色指示剂材料的多孔载体的总重量计至少90重量％的比色指示剂材料，且上限为99％)。关于在载体上制备比色指示剂材料的例子，参见Gross等人的美国专利第3,350175号；Brauer的美国专利第3,467,601号；和Jaunakais的美国专利第5,620,658号，其全文通过引用结合于此。
在一些实施方式中，比色指示剂材料包含用于在比色指示剂材料的变色反应之前对目标化合物进行化学改性的目标化合物改性剂。目标化合物改性剂可以是适合于对目标化合物进行改性以得到改性的目标化合物的任何化学试剂，该改性的目标化合物能与比色指示剂材料中存在的指示剂材料(例如，酸碱指示剂，还原-氧化指示剂，络合指示剂)进行变色反应。目标化合物改性剂的实例包括但不限于氧化剂、还原剂、抗氧化剂(例如羟胺)、含金属的试剂或其组合。因此，目标化合物不是直接与指示剂材料反应，而是先用改性剂进行改性(以形成改性的目标化合物)，然后再与指示剂材料反应以引起变色(例如，改性的目标化合物与指示剂材料发生反应，从而导致变色)。经常使用的目标化合物改性剂的实例包括氧化剂或羟胺。
如图1所示，可以任选地在管状壳体内部设置吸附材料8，并且其在到达吸嘴4之前位于化学指示剂材料的下游。吸附材料通常能够在蒸气通过装置时吸附目标化合物或与目标化合物反应，从而减少了通过吸嘴4离开装置的蒸气中存在的目标化合物的量。当处理过的蒸气离开吸嘴4而暴露时，处理过的蒸气中存在的目标化合物的量减少可以为消费者提供一些优点，例如但不限于，改善了处理过的蒸气的味道/香味特征，以及/或者减少了对目标化合物的暴露。
吸附材料的示例性类型包括但不限于活性炭、分子筛(例如沸石和碳分子筛)、粘土、活性氧化铝、硅胶、离子交换树脂、聚酯树脂、聚合物和玻璃纤维。吸附材料的量可以变化，但是通常在约10mg至约250mg之间，通常约30mg至约150mg，并且经常约40mg至约120mg。吸附材料的形式可以变化。通常，吸附剂材料以颗粒或微粒固体形式使用，使用美国筛分体系，其粒度在约8×16目至约30×70目之间。然而，可以使用较小或较大的颗粒而不脱离本发明。在一些实施方式中，吸附材料可具有使得至少约80％的颗粒为20至50目的粒度。术语“颗粒”和“微粒”旨在涵盖非球形颗粒和球形颗粒，例如在Paine的国际专利申请公开第WO03/059096号中描述的所谓的“珠状碳”，该专利申请通过引用并入本文。
在一些实施方式中，吸附材料可以是活性炭。由于与碳结合的有机分子的高容量，活性炭在吸附有机和无机污染物方面特别有效。已知活性炭可用于烟雾过滤，因此可将其作为吸附剂包含在检测装置中，以去除蒸气中存在的一种或多种气相成分。
活性炭可以来自合成或天然来源。可以将诸如人造丝或尼龙的材料碳化，然后用氧气进行处理以提供活性碳质材料。可以将诸如木材或椰子壳之类的材料碳化，然后用氧气进行处理以提供活性碳质材料。碳的活性水平可以变化。通常，碳具有的活性为约60至约150四氯化碳活性(即提取四氯化碳的重量百分比)。通过将烟煤、烟草材料、软木浆、硬木浆、椰子壳、杏仁壳、葡萄籽、核桃壳、澳洲坚果壳、木棉纤维、棉纤维、棉短绒等碳化或热解来提供优选的碳质材料。合适的碳质材料的例子是可作为PCB和GRC-11从卡尔冈公司(Calgon Corp.)获得或作为G277从PICA获得的基于椰子壳的活性炭，可以作为S-SORB、SORBITE、BPL、CRC-11F、FCA和SGL从卡尔冈公司获得的基于煤的碳，可以作为WV-B、SA-20和BSA-20从维实伟科(Westvaco)获得的基于木材的碳，可以作为HMC、ASC/GR-1和SC II从卡尔冈公司获得的碳质材料，可以从罗门哈斯公司(Rohm and Haas)获得的威科碳(WitcoCarbon)637号、AMBERSORB 572或AMBERSORB 563树脂，以及可以从卓越系统公司(Prominent Systems,Inc.)获得的各种活性炭材料。还参见，例如，《活性炭纲要》(Activated Carbon Compendium)，Marsh(编)(2001)，其通过引用结合于此。
示例性活性炭材料的表面积大于约200m2/g，通常大于约1000m2/g，并且经常大于约1500m2/g，这是通过使用J.Amer.Chem.Soc.,卷60(2),309-319页(1938)中描述的布鲁纳夫(Brunaver)，埃米特(Emmet)和泰勒(Teller)方法(BET方法)确定的。例如，这种碳质材料的合适例子公开于Jung等人的EP 913100；Tennison等人的WO 2008/043982；White等人的WO 2007/104908；Cashmore等人的WO 2006/103404；Branton等人的WO 2005/023026；和Zhuang等人的美国专利第7,370,657号，其通过引用并入本文。某些碳质材料可以用诸如以下的物质进行浸渍：过渡金属(例如，银、金、铜、铂、钯)，碳酸氢钾，烟草提取物，聚乙烯亚胺，二氧化锰，丁香酚和4-酮壬酸。
在一些实施方式中，吸附材料是离子交换树脂。示例性离子交换树脂包含聚合物骨架，例如苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)共聚物，丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，苯酚甲醛缩合物和表氯醇胺缩合物，以及连接到聚合物骨架上的多个带电荷的官能团，并且可以是弱碱性阴离子交换树脂或强碱性阴离子交换树脂。这种树脂的可商购的实施方式包括可从三菱化学公司(Mitsubishi Chemical Corp.)获得的
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离子交换树脂(例如，WA30和DCA11)，可从罗门哈斯公司(Rohm and Haas)获得的
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离子交换树脂(例如，
Figure BDA0002451983730000193
A7)，以及可从中国大连特瑞科化工有限公司(Dalian Trico Chemical Co.)获得的XORBEX树脂。还可参见Figlar等人的美国专利第6,779,529号中所述的各种吸附材料，其通过引用并入本文。
在一些实施方式中，吸附材料是沸石。各种沸石类型见述于例如，Milton的美国专利第2,882,243号(A型沸石)，Milton的美国专利第2,882,244号(X型沸石)，Boley的美国专利第3,055,654号(K-G型沸石)，Breck的美国专利第3,130,007号(Y型沸石)，Kerr的美国专利第3,247,195号(ZK-5型沸石)，Wadlinger的美国专利第3,308,069号(β型沸石)和Argauer的美国专利第3,702,886号(ZSM-5型沸石)，其全部内容通过引用结合于此。北美的天然沸石来源是新墨西哥州特鲁斯康西昆西斯的圣云矿业公司(St.Cloud MiningCompany，Truth or Consequences,N.Mex)。优选的沸石材料包括ZSM-5，Y型沸石和斜发沸石。
在一些实施方式中，吸附材料是聚合物(例如，聚合物消光剂)或玻璃纤维基吸附材料。参见，例如，Karlsson的美国专利第9,265,283号，Zhaofeng的中国专利申请第CN103720051号，以及Zhaofeng的中国专利申请第CN103949136号。
在一些实施方式中，颗粒吸附材料被负载在多孔过滤器元件上。多孔过滤器元件可以由本领域已知的任何透气的材料或材料组合制成，以允许由气溶胶装置产生并行进通过检测装置的气溶胶通过。多孔过滤器元件的实例包括但不限于含纤维素的材料，包括乙酸纤维素、三乙酸纤维素、丙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、硝化纤维素、硫酸纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羧甲基纤维素和再生纤维素纤维中的一种或多种。在一些实施方式中，含纤维素的材料是乙酸纤维素。在一些实施方式中，多孔过滤器元件包含纤维，该纤维包括多个单独的纤维(例如，乙酸纤维素纤维)，其中每个单独的纤维包含多个吸附材料颗粒。在一些实施方式中，吸附材料被嵌入到多孔过滤器元件的纤维构造中，这意味着吸附颗粒分散在单独的长丝结构内，但是颗粒的某些部分暴露在纤维的表面上，使得颗粒可以与气溶胶相互作用。通过在纤维挤出之前将颗粒与纤维组合物混合而将吸附颗粒引入纤维材料中。
例如，吸附材料(例如木炭和活性炭材料)已经被结合到多孔过滤器元件中，并且将碳质材料结合到多孔过滤器元件中的方式和方法在以下文献中进行了描述：Berger等人的美国专利第3,217,715号；Berger等人的美国专利第3,648,711号；Sexstone的美国专利第3,957,563号；Hall的美国专利第4,174,720号；Neukomm的美国专利第4,201,234号；Lebert的美国专利第4,223,597号；White等人的美国专利第4,771,795号；Clearman等人的美国专利第5,027,837号；Perfetti等人的美国专利第5,137,034号；Blakley等人的美国专利第5,360,023号；Gentry等人的美国专利第5,568,819号；Arterbery等人的美国专利第5,622,190号；Veluz的美国专利第6,537,186号；Xue等人的美国专利第6,584,979号；Jupe等人的美国专利第6,761,174号；Paine III的美国专利第6,789,547号；和Bereman的美国专利第6,789,548号；Jupe等人的美国专利申请公开第2002/0166563号；Xue等人的美国专利申请公开第2002/0020420号；Xue等人的美国专利申请公开第2003/0200973号；Paine等人的美国专利申请公开第2003/0154993号；Xue等人的美国专利申请公开第2003/0168070号；Zhuang等人的美国专利申请公开第2004/0194792号；Yang等人的美国专利申请公开第2004/0226569号；Figlar等人的美国专利申请公开第2004/0237984号；Luan等人的美国专利申请公开第2005/0133051号；Buhl等人的美国专利申请公开第2005/0049128号；Crooks等人的美国专利申请公开第2005/0066984号；Luan等人的美国专利申请公开第2006/0144410号；Paine,III等人的美国专利申请公开第2006/0180164号；和Coleman,III等人的美国专利申请公开第2007/0056600号；White的欧洲专利申请579410；和Banerjea等人的PCT WO 2006/064371，其通过引用并入本文。
气溶胶递送系统
如上所述，本发明的比色气溶胶检测装置可用于筛查从气溶胶递送装置产生的气溶胶中的目标化合物。气溶胶递送装置包括吸烟制品，更具体地，可以利用电产生的热量来产生气溶胶的气溶胶递送装置。因此，比色气溶胶检测装置可以与许多不同的气溶胶递送装置一起使用。例如，气溶胶递送装置的代表性产品包括但不限于类似于传统类型的卷烟、雪茄或烟斗的许多属性的产品，它们已经作为以下产品销售：菲利普·莫里斯公司(PhilipMorris Incorporated)的
Figure BDA0002451983730000211
InnoVapor有限责任公司(InnoVapor LLC)的ALPHATM、JOYE 510TM和M4TM；白云香烟公司(White Cloud Cigarettes)的CIRRUSTM和FLINGTM；
Figure BDA0002451983730000212
国际公司(
Figure BDA0002451983730000213
International Inc.)的COHITATM、COLIBRITM、ELITE CLASSICTM、MAGNUMTM、PHANTOMTM和SENSETM；电子烟公司(Electronic Cigarettes,Inc.)的DUOPROTM、STORMTM和
Figure BDA0002451983730000214
澳大利亚艾加尔公司(Egar Australia)的EGARTM；乔伊斯公司(Joyetech)的eGo-CTM和eGo-TTM；英国易卢森公司(Elusion UK Ltd)的ELUSIONTM；永烟公司(Eonsmoke LLC)的
Figure BDA0002451983730000215
美国绿烟公司(Green SmokeInc.USA)的GREEN
Figure BDA0002451983730000216
格林纳雷特公司(Greenarette LLC)的GREENARETTETM；Smoke
Figure BDA0002451983730000217
的HALLIGANTM、HENDUTM、JETTM、MAXXQTMPINKTM和PITBULLTM；菲利普莫里斯国际公司(Philip Morris International,Inc.)的HEATBARTM；来自Crown7的HYDRO IMPERIALTM和LXETM；LOGIC技术公司(LOGIC Technology)的LOGICTM和THE CUBANTM；卢西亚诺吸烟公司(Luciano Smokes Inc.)的
Figure BDA0002451983730000221
尼科特克公司(Nicotek,LLC)的
Figure BDA0002451983730000222
索特拉公司(Sottera,Inc.)的
Figure BDA0002451983730000223
和ONEJOYTM；SS选择公司(SS Choice LLC)的NO.7TM；PE公司(PremiumEstore LLC)的PREMIUM ELECTRONIC CIGARETTETM；美国如烟公司(RuyanAmerica,Inc.)的RAPP E-MYSTICKTM；红龙产品公司(Red Dragon Products,LLC)的REDDRAGONTM；如烟集团(控股)有限公司(Ruyan Group(Holdings)Ltd.)的
Figure BDA0002451983730000224
智能吸烟电子烟有限公司(The Smart Smoking Electronic Cigarette Company Ltd.)的SMART
Figure BDA0002451983730000225
海岸产品公司(Coastline Products LLC)的SMOKE
Figure BDA0002451983730000226
SE公司(Smoking Everywhere,Inc.)的SMOKING
Figure BDA0002451983730000227
VMR产品公司(VMR ProductsLLC)的V2CIGSTM；维呢公司(VaporNine LLC)的VAPOR NINETM；V4生命公司(Vapor 4Life,Inc.)的
Figure BDA0002451983730000228
电子烟直接公司(E-CigaretteDirect,LLC)的VEPPOTM和R.J.雷诺蒸汽公司(R.J.Reynolds Vapor Company)的
Figure BDA0002451983730000229
还包括电动气溶胶递送装置，特别是那些已被称为所谓的电子烟的装置，例如，以以下商品名出售的装置：BLUTM；COOLERVISIONSTM；DIRECT E-CIGTM；DRAGONFLYTM；EMISTTM；EVERSMOKETM；
Figure BDA00024519837300002210
HYBRIDFLAMETM；KNIGHT STICKSTM；ROYAL BLUESTM；
Figure BDA00024519837300002211
和SOUTH BEACH SMOKETM。
在图3中提供了典型的气溶胶递送装置，即电子烟20的一个示例实施方式。电子烟20包括第一端36和第二端37，第一端36是消费者抽吸的吸嘴，第二端37包括LED26。如图所述，控制体21可以由控制体壳22形成，其可包括控制部件23、流量传感器24、电池25和LED26。筒匣27可以由筒匣壳28形成，该筒匣壳28封闭与液体输送元件30流体连通的储液器壳体29，该液体输送元件30适于芯吸或以其他方式将储存在储液器壳体中的气溶胶前体组合物输送到加热器31。筒匣壳28中可存在开口32，以允许形成的气溶胶从筒匣27中排出。这些部件是可能存在于筒匣中的部件代表，并不旨在限制由本公开所涵盖的筒匣部件的范围。筒匣27可适用于通过控制体突出部33和筒匣容纳部34之间的压配合接合来接合控制体21。这种接合可以有助于控制体27与筒匣21之间的稳定连接，并且可以在电池25与控制体中的控制部件23和筒匣中的加热器30之间建立电连接。筒匣27还可以包括一种或多种电子部件35，所述一种或多种电子部件35可以包括IC、存储部件、传感器等。电子部件35可适用于与控制部件23通信。对于其他气溶胶递送装置的示例，参见Chang的美国专利申请公开第2015/0144145号；Collett的美国专利第8,881,737号，其全部内容通过引用结合于此。
本发明的比色气溶胶检测装置也可以与被称为“热不烧”装置的气溶胶递送装置一起使用，在该“热不烧”装置中，烟草或烟草衍生的材料被加热以产生气溶胶，但烟草材料不燃烧。例如，使用碳质燃料元素作为热源的的某些类型的卷烟已经由R.J.雷诺兹烟草公司(R.J.Reynolds Tobacco Company)以“Premier”、“Eclipse”和“Revo”的品牌名称投放商业市场。例如，参见以下文献中描述的那些种类的卷烟：《对加热而非燃烧烟草的新卷烟原型的化学和生物学研究》(Chemical and Biological Studies on New CigarettePrototypes that Heat Instead of Burn Tobacco)，R.J.雷诺兹烟草公司的专著(1988)，以及《吸入毒理学》(Inhalation Toxicology)，12:5，第1-58页(2000)。另外，日本烟草公司(Japan Tobacco Inc.)最近在日本以“Steam Hot One”品牌名称销售类似类型的卷烟。此外，最近在专利文献中已经提出了各种类型的结合有碳质燃料元素以产生热量和形成气溶胶的吸烟产品。参见，例如，以下文献中提出的吸烟产品的类型：Borschke等人的美国专利第7,836,897号；Banerjee等人的美国专利第8,469,035号；Sebastian等人的美国专利第8,464,726号；Stone等人的美国专利公开第2012/0042885号；Tsuruizumi等人的美国专利公开第2013/0019888号；Shinozaki等人的美国专利公开第2013/0133675号；Poget等人的美国专利公开第2013/0146075号；Gladden等人的PCT WO2012/0164077；Raether等人的PCTWO2013/098380；Zuber等人的PCT WO2013/098405；Zuber等人的PCT WO2013/098410；Woodcock的PCT WO2013/104914；Roudier等人的PCT WO2013/120849；Mironov的PCTWO2013/120854；Baba等人的EP 1808087；和Tsuruizumi等人的EP 2550879，其全部内容通过引用并入本文。例如，在Llewellyn Crooks等人的美国专利第2007/0215167号的背景部分中可以找到与结合有碳质燃料元素以产生热量和形成气溶胶的各种类型的吸烟产品有关的技术的历史回顾，该专利文献也通过引用并入本文。
比色气溶胶检测装置的使用方法
本发明的比色气溶胶检测装置被附接到气溶胶递送装置，以测试由气溶胶递送装置产生的气溶胶中是否存在目标化合物。在一些实施方式中，气溶胶递送装置是电子烟。图4示出了具有附接到比色气溶胶检测装置10的管状壳体上的电子烟20(或其他产生气溶胶的装置)的构造的实施方式。电子烟20的吸嘴36可以以可切割接合到比色气溶胶检测装置10的第一端1的方式定位，所述第一端可以以功能关系可拆卸地对准。例如，吸嘴36与电子烟的第一端1的接合可以是压配合，螺纹配合，过盈配合，磁吸等。密封元件(未示出)可用于促进比色气溶胶检测装置的第一开口端1与气溶胶递送装置20的吸嘴36之间的紧密密封的形成，以防止从气溶胶递送装置20产生的部分气溶胶流从比色气溶胶检测装置10逸出到大气中。当第一端1与气溶胶递送装置的吸嘴36接合时，第二开口端2为从气溶胶递送装置20产生并通过检测装置10的气溶胶提供离开双部件系统40的出口。检测装置10的第二开口端2被构造成附接吸嘴4，消费者在使用过程中可以在其上抽吸。
当使用时，使用者在图4所示的系统40的吸嘴4上抽吸，以使在气溶胶递送装置中产生的气溶胶流在从第一端1到第二端2的方向上行进通过气溶胶检测装置10的管状壳体(未示出)，并在第二端2离开。当气溶胶流通过包含比色指示剂材料的管状壳体时，蒸气中的目标化合物暴露于比色指示剂材料。通过比色指示剂材料与目标化合物发生变色反应，可以目测比色指示剂材料对目标化合物的检测。通过比色检测装置10的管状壳体5的透明或半透明部分，用户可以看到比色指示剂材料的颜色变化。在一些实施方式中，比色气溶胶检测装置10检测到气溶胶流中的一种或多种目标化合物。
通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的体积可以变化，并且通常取决于所使用的气溶胶递送装置的类型。在一些实施方式中，通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的体积为约1次至约6次抽吸或约2次至约4次抽吸。在一些实施方式中，通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的体积范围为约55mL至约330mL体积，或约100mL至约300mL。在一些实施方式中，由气溶胶递送装置产生的蒸气的质量可以变化，并且通常取决于所使用的气溶胶递送装置的类型。
气溶胶中存在的目标化合物可以是消费者感兴趣的用于测试气溶胶递送装置(例如电子烟)中由气溶胶前体产生的气溶胶中目标化合物是否存在的任何化学成分。典型地，气溶胶中的目标化合物源自气溶胶前体或气溶胶前体的组分(例如，电子烟液(e-liquid))中存在的少量杂质的汽化。气溶胶前体中这种少量杂质的存在可能是由于各种原因造成的，例如但不限于，用于配制气溶胶前体的成分不纯或气溶胶前体的保存期限延长。如前所述，配制气溶胶前体中使用的大多数成分都含有少量杂质，当气溶胶前体被汽化以提供气溶胶时，这些杂质会汽化并成为气溶胶组合物的一部分。在一些实施方式中，气溶胶前体中杂质的形成可能是由于气溶胶前体中的一部分成分随时间分解。另一个原因可能是当气溶胶前体被加热以形成气溶胶时，气溶胶前体中的稳定剂(例如甘油和丙二醇)会发生热解。甘油和丙二醇的热解与温度有关，并导致形成甲醛、乙醛和丙烯醛，所有这些都可以通过比色气溶胶检测装置来检测。另一个原因可能是气溶胶前体中的成分，例如芳香剂(例如双乙酰和乙酰丙酰)会汽化，可以使用比色气溶胶检测装置检测其存在。
存在于由气溶胶递送装置(例如，电子烟)和/或传统的吸烟制品(基于烟草的卷烟)产生的气溶胶中的许多目标化合物是已知的。有关目标化合物的一般列表，参见Talbout,R.，《烟草烟雾的有害化合物》(Hazardous Compounds of Tobacco Smoke)，Int.J.Environ.Res.Public Health,2011,8,613-628和Long,G，《电子烟呼出气溶胶与常规卷烟呼出烟雾和呼出气中选择分析物的比较》(Comparison of Select Analytes inexhaled Aerosol from E-cigarettes with Exhaled Smoke from ConventionalCigarette and Exhaled Breaths)，Int.J.Environ.Res.Public Health,2014,11,11177-11191，其全部内容通过引用并入本文。在一些实施方式中，特别关注被称为“霍夫曼分析物”的目标化合物。美国卫生基金会的D.霍夫曼(D.Hoffmann)识别了含烟草吸烟制品的主流烟雾中可能存在的44种不同分析物。霍夫曼分析物的例子有氨、氨基萘、苯并芘、甲醛、乙醛、丙酮、甲乙酮、丁醛、氰化氢、氧化亚氮、烟草特有的亚硝胺(TSNA)、吡啶、喹啉、氢醌、苯酚、甲酚、焦油、尼古丁、一氧化碳、1,3-丁二烯、异戊二烯、丙烯腈、苯、甲苯、苯乙烯等。有关霍夫曼分析物的完整列表，参见Intorp,M.，《卷烟主流烟雾中“霍夫曼分析物”的测定》(Determination of the“Hoffmann Analytes”in cigarette Mainstream smoke).Coresta 2006联合实验，对烟草研究的贡献(The Coresta 2006Joint experiment,Contribution to Tobacco Research)，2009，23，4，160-202，其全部内容通过引用并入本文。
另一类特别令人关注的目标化合物是存在于用于配制气溶胶前体的烟草基成分中的杂质。例如，TSNA，可替宁，麦斯明，尼古丁-N’-氧化物，假木贼碱，去甲烟碱，新烟草碱，β-烟碱烯或它们的组合，部分列在霍夫曼分析物下。气溶胶前体中由于烟草基成分引起的杂质的量可以变化，并取决于气溶胶前体中存在的烟草基成分的量和/或气溶胶前体中存在的烟草基成分的纯度。有关气溶胶中存在的基于烟草的杂质的更多示例，参见Trehy,M.L.等人，《对电子烟筒、补充溶液和烟雾中尼古丁和尼古丁相关杂质的分析》(Analysisof Electronic Cigarette Cartridges,Refill Solutions,and smoke for Nicotineand Nicotine Related Impurities)，J.Liq.Chromatogr.Relat.Technol.34(14)，2011，1442-1459；和Flora J.W.等人，《电子烟筒和补充电子烟液中尼古丁相关的杂质》(Nicotine-related impurities in e-cigarette cartridges and refill e-liquids)，J.Liq.Chromatogr.Relat.Technol.39(18),2016,821-829。
通常，消费者有兴趣在气溶胶中筛选一种或多种目标化合物或一类目标化合物(例如，含有相同官能团的多种化合物，例如一组醛、胺、酸、酮等)。消费者感兴趣的目标化合物的化学性质(例如，氧化/还原能力，pKa值)和结构性质(例如，存在或不存在亲核/亲电官能团)通常指导用于筛查气溶胶中感兴趣的目标化合物的相应比色气溶胶检测装置的选择。例如，可以用包含氧化还原指示剂材料的比色气溶胶检测装置检测具有良好的氧化/还原活性的目标化合物。例如，可以用包含酸碱指示剂材料的比色检测装置检测pKa值高或低的目标化合物。例如，可以用包含络合指示剂材料的比色检测装置来检测作为金属离子的目标化合物。例如，可以用包含基于反应的指示剂材料的比色检测装置检测含有对亲核取代反应具有反应性的官能团的目标化合物。
在一些实施方式中，消费者特别感兴趣的目标化合物可以进一步分类为包含亲核官能团，亲电官能团，金属或其组合。在一些实施方式中，目标化合物包含亲核官能团，例如羧基或羟基。例如，具有羧基或羟基的目标化合物包括丁酸、甲酚、丙二醇或其组合。在一些实施方式中，目标化合物包含亲电官能团，例如羰基或烯烃基。例如，具有羰基或烯烃基的目标化合物包括1,3-丁二烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、巴豆醛、甲乙酮、糠醛、双乙酰、丙酮、2,3-戊二酮或其组合。因此，如上所述，消费者选择了合适的比色指示剂材料，以针对上面列出的包含亲核或亲电官能团的目标化合物的存在与否来筛查气溶胶。有关目标化合物和检测方法的示例，参见表1。
表1.
Figure BDA0002451983730000281
存在于气溶胶的蒸气样品(例如一次或多次抽吸)中的目标化合物的量是变化的，并且通常取决于存在于气溶胶前体中的相应杂质的量，在汽化过程中由该杂质形成目标化合物。在一些实施方式中，存在于气溶胶中的目标化合物为0.01ppm至约1000ppm。因为要检测的目标化合物的量不同，所以比色指示剂材料的量也可以变化。
对于用于检测在一定体积(即，抽吸次数)的气溶胶中是否存在预定量目标化合物的方法，使用预定量的比色指示剂材料。如上所述，当比色指示剂材料暴露于通过比色气溶胶检测装置的气溶胶时，当检测到预定量的目标化合物时，比色指示剂材料发生从一种颜色到另一种颜色的变色。
对于对存在于一定体积的气溶胶中的目标化合物的量进行定量的方法，固定量的指示剂材料位于比色气溶胶检测装置的管状壳体内部，形成与设置在管状壳体外侧上的浓度标度对应的床。当气溶胶通过比色指示剂材料床时，当检测到目标化合物时，比色指示剂材料会发生变色反应。通过已经发生变色的比色指示剂材料的床的变色带的长度来使所检测的目标化合物的量可视化，其对应于设置在管状壳体外侧上的浓度标度。消费者可以直观地读取浓度标度以ppm单位给出的浓度，并可以确定在给定样品体积的气溶胶中存在的目标化合物的量。
在一些实施方式中，产品说明书附带比色气溶胶检测装置，其包含与要用比色气溶胶检测装置检测的目标化合物或目标化合物类别有关的健康安全信息。健康安全信息包括但不限于，由公共和政府卫生机构确定的允许吸入目标化合物或目标化合物类别的急性暴露极限和/或暴露极限范围，所述公共和政府卫生机构例如职业安全与健康管理局(OSHA)，环境保护局(EPA)，国家职业安全与健康研究所(NIOSH)，世界卫生组织(WHO)等。
对于设计用于检测气溶胶中目标化合物是否存在的比色气溶胶检测装置，通常使用的比色指示剂材料的量对应于检测超过上述健康机构允许量的目标化合物的量。在这种检测装置中指示剂材料的变色向消费者表明，目标化合物以过量存在于气溶胶中，并且在吸取时可能对健康造成危害。
对于设计用于如上所述测量目标化合物浓度的比色气溶胶检测装置，消费者将能够比较从比色气溶胶检测装置获得的测量值与产品说明书中提供的目标化合物的允许急性暴露极限，由此确定测量值是否允许。
通过阅读以上说明书及相关附图，本公开所属领域的技术人员可以想到本公开的许多改良和其它的实施方式。因此，应当理解本公开不限于本文公开的具体实施方式，各种改良和其它的实施方式也旨在包括在所附权利要求书限定的范围之内。尽管本文采用了特定术语，但它们仅以一般性和描述性意义使用，而不是出于限制的目的。
实施例
通过以下实施例能够更加完整地说明本发明的各方面，阐述这些实施例以说明本发明的某些方面，而不应被看作对本发明进行限定。
在ASPIRE电子烟蒸气装置中装入约2mL的市售电子烟液。使用方波形从CeruleanSM 450线性烟机进行气溶胶样品采集。目标气溶胶化方案为55mL抽吸体积，3秒抽吸持续时间和30秒抽吸间隔。在由盛迪纳工业健康与安全仪表公司(Sensidyne Industrial Healthand Safety Instrumentation)制造的甲醛比色检测管中收集三次抽吸的物质。测试之前，电源已充满电。室内条件保持在60％+/-2％相对湿度，22℃+/-2.0℃和表压715-745mm/Hg。Millex PTFE真空管路保护器(过滤器)放置在盛迪纳(Sensidyne)指示管的后面，以保护Cerulean SM450线性烟机内部的抽吸引擎。3次抽吸后，颜色发生变化，表明在管中观察到甲醛的存在。检测到约0.3ppm的甲醛。由于这是一次性使用的装置，因此检测管及其组件被丢弃。该实施例说明了比色装置可用于检测电子烟装置的目标化合物。

Claims (30)

1.一种比色气溶胶检测装置，所述比色气溶胶检测装置适于与具有吸嘴的气溶胶递送装置接合，包括：
具有第一开口端和第二开口端的管状壳体，使得蒸气流能够沿着从第一端到第二端的方向通过管状壳体，其中，第一开口端被构造成与气溶胶递送装置的吸嘴接合，使得在气溶胶递送装置中产生的蒸气与第一开口端流体连通，并且第二开口端被构造为吸嘴，使用者可以通过该吸嘴通过抽吸将蒸气流吸入管状壳体，其中，管状壳体的至少一部分是透明或半透明的；和
比色指示剂材料，其设置在第一端和第二端之间的管状壳体内部，其中，比色指示剂材料被构造成通过使用者透过管状壳体的透明或半透明部分能够看到的颜色变化来给出在通过管状壳体的蒸气流中检测到目标化合物的信号。
2.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体由聚丙烯、聚碳酸酯、玻璃、不锈钢或其组合制成。
3.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体的透明或半透明部分的长度为管状壳体的纵向长度的至少50％，其示出了设置在壳体内部的比色指示剂材料。
4.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体的透明或半透明部分具有浓度标度。
5.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，气溶胶递送装置是电子烟。
6.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其还包括密封元件，所述密封元件位于比色指示剂材料上游的管状壳体内部的第一端处。
7.如权利要求6所述的比色气溶胶检测装置，其中，所述密封元件由硅酮或橡胶制成。
8.如权利要求7所述的比色气溶胶检测装置，其中，所述密封元件是垫圈。
9.如权利要求6所述的比色气溶胶检测装置，其中，密封元件被构造成在气溶胶检测装置和附接到其上的气溶胶递送装置之间形成紧密密封，以防止从气溶胶递送装置产生的部分蒸气流从比色气溶胶装置逸出到大气中。
10.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，比色指示剂材料是有机物、无机物、有机金属、过渡金属络合物或它们的组合。
11.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，比色指示剂材料以检测预定量的目标化合物的量存在。
12.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，比色指示剂材料检测包含亲电、亲核或含金属的官能团的目标化合物。
13.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，比色指示剂材料设置在多孔载体材料上。
14.如权利要求13所述的比色气溶胶检测装置，其中，多孔载体材料选自下组：多孔颗粒，颗粒珠，纤维材料以及它们的组合。
15.如权利要求14所述的比色气溶胶检测装置，其中，多孔载体材料选自分子筛、硅胶、粘土、玻璃珠、二氧化硅玻璃珠、硅砂、玻璃纤维、塑料纤维、聚合物纤维、纤维素纤维、纸、膜、有机棉、羊毛、再生纤维素以及它们的组合。
16.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体内部的比色指示剂材料占据管状壳体的总内部体积的至少约50％。
17.如权利要求1所述的比色气溶胶检测装置，其还包含吸附材料，所述吸附材料设置在位于化学指示剂材料下游的管状壳体内部。
18.如权利要求17所述的比色气溶胶检测装置，其中，吸附材料选自活性炭、分子筛、粘土、活性氧化铝、硅胶、离子交换树脂、聚酯树脂、聚合物和玻璃纤维。
19.如权利要求17所述的比色气溶胶检测装置，其中，管状壳体内部的吸附材料占据管状壳体的总内部体积的不超过约50％。
20.一种检测蒸气流中目标化合物的方法，所述方法包括：
将如权利要求1-19中任一项所述的比色气溶胶检测装置构造到气溶胶装置上，使得在气溶胶装置中形成的气溶胶作为蒸气流通过比色气溶胶检测装置，通过比色气溶胶检测装置检测蒸气流中的一种或多种目标化合物。
21.如权利要求20所述的方法，其中，气溶胶装置附接到比色气溶胶检测装置的管状壳体的第一开口端，并且吸嘴附接到比色气溶胶检测装置的管状壳体的第二开口端。
22.如权利要求21所述的方法，其中，通过消费者在吸嘴上抽吸，迫使气溶胶通过比色气溶胶检测装置。
23.如权利要求22所述的方法，其中，通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的量为约2次至约4次抽吸。
24.如权利要求20所述的方法，其中，通过比色气溶胶检测装置的气溶胶的量为约100mL至约200mL体积。
25.如权利要求20所述的方法，其中，当检测到预定量的一种或多种目标化合物时，指示剂材料经历从一种颜色到另一种颜色的变色。
26.如权利要求20所述的方法，其中，一种或多种目标化合物包含亲电官能团或亲核官能团。
27.如权利要求26所述的方法，其中，亲电官能团包括羰基或烯烃基。
28.如权利要求27所述的方法，其中，一种或多种目标化合物包括1,3-丁二烯、甲醛、乙醛、丙烯醛、巴豆醛、甲乙酮、糠醛、双乙酰、丙酮、2,3-戊二酮或它们的组合。
29.如权利要求26所述的方法，其中，亲核官能团包括羧基或羟基。
30.如权利要求29所述的方法，其中，一种或多种目标化合物包括丁酸、甲酚、丙二醇或其组合。
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