CN204855468U - 一种在线测量卷烟主流烟气中尼古丁口腔残留效率的实验装置 - Google Patents

一种在线测量卷烟主流烟气中尼古丁口腔残留效率的实验装置 Download PDF

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王健
胡永华
徐迎波
张晓宇
王程辉
田振峰
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Abstract

本实用新型公开了一种在线测量卷烟主流烟气中尼古丁口腔残留效率的实验装置，其特征是设置吸烟机、四极杆质谱仪和烟气传输石英毛细管；吸烟机的步进电机的推拉螺杆通过连结杆与注射器的活塞相连；注射器的前端的一个开口通过二通阀a与可插入卷烟烟支的卷烟挟持器相连，另一个开口通过二通阀b与三端口烟气入嘴器的第一端口相连；烟气传输石英毛细管的一端贯穿三端口烟气入嘴器的第二端口和口含端口，并伸出到口含端口外，另一端穿过四极杆质谱仪的腔壁进入电子轰击电离区中。本实用新型结构简单、操作方便，适合于测量单口卷烟主流烟气中尼古丁的口腔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

一种在线测量卷烟主流烟气中尼古丁口腔残留效率的实验装置
技术领域
本实用新型涉及一种在线测量卷烟主流烟气中尼古丁在人体口腔内残留效率的实验装置，属于烟草化学技术研究领域。
背景技术
通常，吸烟者在抽吸卷烟的过程中，一部分吸入口腔中的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。研究卷烟烟气在包括人体口腔在内的呼吸道中的残留被认为是研究吸烟与健康关系的第一步；另一方面，这些残留在口腔中烟气化学成分也会对人体味觉产生刺激，从而形成了干燥、收敛、残留和余味等味觉特征。因此，测量卷烟烟气化学成分的口腔残留不但对于科学评价吸烟与健康的关系，而且对于深入了解卷烟烟气的味觉特征都有非常重要的意义。
卷烟主流烟气是一种由数千种化学成分组成的复杂混合物，在众多的卷烟烟气化学成分中，尼古丁的残留广受关注。然而，到目前为止，文献中测定尼古丁的残留基本采用离线分析方式进行，即先对从卷烟滤嘴端出来尼古丁和从吸烟者口腔中呼出的尼古丁进行收集，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口腔中尼古丁残留物，然后根据需要采用不同的前处理过程，再用色谱或光谱等仪器进行分析。然而，这些广泛使用的方法至少存在如下三个方面的缺陷：第一，尼古丁的捕集和预处理过程操作繁琐且耗时；第二，在捕集和预处理过程中常常会引入新的实验误差，且在预处理过程通常需要使用溶剂，容易导致环境污染；第三，常规的研究方法均采用离线式分析技术，难以揭示尼古丁在人体口腔内残留的动态变化过程。因此，其具体的应用受到了很大的局限。
实用新型内容
本实用新型为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种操作简单、快速方便、结果可靠，无需任何收集和前处理过程，可以实现对吸烟者口腔内主流烟气中尼古丁直接进行取样分析的在线测量尼古丁口腔残留效率的实验装置，从而为烟草科技人员测量卷烟主流烟气中尼古丁在人体口腔内的残留效率提供一种良好的技术手段。
本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：
本实用新型在线测量卷烟主流烟气中尼古丁口腔残留效率的实验装置，其特征是：设置商用单通道吸烟机、四极杆质谱仪、注射器、三端口烟气入嘴器和烟气传输石英毛细管；所述四极杆质谱仪的内部设置有电子轰击电离区、外部设置有真空抽气口；
所述商用单通道吸烟机的步进电机的推拉螺杆通过连结杆与注射器的活塞相连；
所述注射器的前端设置有两个开口，其中第一个开口为通过二通阀a与可插入卷烟烟支的卷烟挟持器相连的烟气吸入口，第二个开口为通过二通阀b与三端口烟气入嘴器的第一端口相连的烟气排出口；
所述三端口烟气入嘴器的第二端口为烟气输出端口，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的一端贯穿所述三端口烟气入嘴器的烟气输出端口和口含端口，并伸出到口含端口外，另一端穿过所述四极杆质谱仪的腔壁进入所述电子轰击电离区中，且所述烟气传输石英毛细管在所述三端口烟气入嘴器的烟气输出端口和所述四极杆质谱仪的腔壁之间的外部区域裹有一层带有温度控制器的电加热套。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
1、本实用新型对商用单通道吸烟机进行简单改造，能够实现在标准抽吸条件下抽吸卷烟，且在一口烟气抽吸结束后可以更换新的注射器对另一口烟气进行抽吸，因而能够消除因焦油在注射器管壁的残存而对另一口烟气测定结果的影响；另外，本实用新型还能够实现对吸烟者口腔内尼古丁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、本实用新型不但能够测量卷烟烟气中尼古丁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趋势。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中标号：1单通道吸烟机、2步进电机、3推拉螺杆、4连结杆、5活塞、6注射器、7二通阀a、8卷烟挟持器、9卷烟烟支、10二通阀b、11口含端口、12弧形密封片、13三端口烟气入嘴器、14烟气传输石英毛细管、15四极杆质谱仪、16电子轰击电离区、17真空抽气口、18温度控制器、19电加热套。
图2为实施例中吸烟者口腔内的尼古丁的两种碎片离子(m/z84和m/z162)的离子强度随时间变化情况。
图3为实施例中主流烟气中尼古丁在吸烟者口腔内的平均残留效率随时间的动态变化趋势。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型进一步说明。
具体实施方式
如图1所示，装置的各构成部分包括：单通道吸烟机1、四极杆质谱仪15、注射器6、三端口烟气入嘴器13和烟气传输石英毛细管14。
四极杆质谱仪15的内部设置有电子轰击电离区16、外部设置有真空抽气口17；
单通道吸烟机1的步进电机2的推拉螺杆3通过连结杆4与注射器6的活塞5相连；
注射器6的前端设置有两个开口，其中第一个开口为通过二通阀a7与可插入卷烟烟支9的卷烟挟持器8相连的烟气吸入口，第二个开口为通过二通阀b10与三端口烟气入嘴器13的第一端口相连的烟气排出口；
三端口烟气入嘴器13的第二端口为烟气输出端口，第三端口为口含端口11，且在距离口含端口11的1-2cm处设置有一个凹面朝向口含端口11的弧形密封片12；
烟气传输石英毛细管14的一端贯穿三端口烟气入嘴器13的烟气输出端口和口含端口11，并伸出到口含端口11外，另一端穿过四极杆质谱仪15的腔壁进入电子轰击电离区16中，且烟气传输石英毛细管14在三端口烟气入嘴器13的烟气输出端口和四极杆质谱仪15的腔壁之间的外部区域裹有一层带有温度控制器18的电加热套19。
本实用新型实施例中所使用的吸烟机为德国BORGWALDTKCGMBH公司生产的LM1型单通道吸烟机；所使用的质谱仪为美国Agilent公司生产的5973型四极质谱仪。
具体实施时，烟气传输石英毛细管的内径和长度分别设置为150μm和150cm。
实验前，按图1组装、连结实验装置，并通过温度控制器18将加热套19的温度设定为200℃；待加热套19的温度达到设定并稳定后，打开单通道吸烟机1的工作电源，将单通道吸烟机1的工作参数设置为：每口抽吸35mL，抽吸2秒钟，抽吸间隙为58秒钟，并使用皂膜流量计校准吸烟机1的抽吸容量；紧接着，打开四极质谱仪15的工作电源，并将四极质谱仪15的分析条件设置为：离子源(EI)温度230℃，四极杆温度150℃，电子轰击区加速电压70eV，选择质量数为84和162两种尼古丁碎片离子进行监测扫描。
实验时，首先启动四极杆质谱仪15进行离子扫描，同时吸烟者将三端口烟气入嘴器13的口含端口11含入口腔中，并用手紧压弧形密封片12以确保实验过程中不会发生口腔泄露现象；然后，打开二通阀a7、关闭二通阀b8，并将卷烟烟支9插入卷烟夹持器8中，点火抽吸，一次抽吸完毕后，立即关闭二通阀a7、打开二通阀b8；当吸烟机将烟气推入吸烟者口腔之后，重新关闭二通阀b8，并关闭吸烟机1的工作电源，此时吸烟者屏住呼吸，待烟气在口腔中停留一段时间(其间质谱扫描一直进行)后，吸烟者从口腔中取出三端口烟气入嘴器13，四极杆质谱仪15停止扫描。某一品牌卷烟主流烟气中口腔内尼古丁的两种碎片离子(m/z＝84和m/z＝162)的离子强度随时间变化情况如图2所示。
卷烟主流烟气中尼古丁的口腔残留效率采用如下公式计算：
尼古丁的口腔残留效率％＝[(I0–Ii)×100]/I0
式中，I0为图2中84或162离子的最大离子强度，Ii为图2中停留时间在1-13秒钟之间的任意时间点的离子强度。
当第一次测定结束后，换用一个新的且带有二通阀a7和二通阀b10的注射器6、新的卷烟夹持器8以及上述测试相同的卷烟烟支9重复上述实验，即可测量另一口烟气中尼古丁的口腔残留效率。
某一品牌卷烟在连续进行10次重复测试时，主流烟气中尼古丁在同一吸烟者口腔内的平均残留效率随时间的动态变化趋势，参见图3。
因此，本实用新型所提供的一种测量卷烟主流烟气尼古丁口腔残留效率的实验装置，可以实现对吸入吸烟者口腔内烟气中尼古丁成分直接进行取样和在线分析，无需任何收集和前处理过程，不但适合于测量单口烟气中尼古丁在口腔内停留一定时间的残留效率，而且还能方便获得残留效率随停留时间的动态变化趋势，从而为烟草科技人员测量卷烟主流烟气尼古丁成分在人体口腔中的残留效率提供一种良好的方法和手段。

Claims (1)

1.一种在线测量卷烟主流烟气中尼古丁口腔残留效率的实验装置，其特征是：设置单通道吸烟机(1)、四极杆质谱仪(15)、注射器(6)、三端口烟气入嘴器(13)和烟气传输石英毛细管(14)；所述四极杆质谱仪(15)的内部设置有电子轰击电离区(16)、外部设置有真空抽气口(17)；
所述单通道吸烟机(1)的步进电机(2)的推拉螺杆(3)通过连结杆(4)与注射器(6)的活塞(5)相连；
所述注射器(6)的前端设置有两个开口，其中第一个开口为通过二通阀a(7)与可插入卷烟烟支(9)的卷烟挟持器(8)相连的烟气吸入口，第二个开口为通过二通阀b(10)与三端口烟气入嘴器(13)的第一端口相连的烟气排出口；
所述三端口烟气入嘴器(13)的第二端口为烟气输出端口，第三端口为口含端口(11)，且在距离所述口含端口(11)1-2cm处设置有一个凹面朝向所述口含端口(11)的弧形密封片(12)；
所述烟气传输石英毛细管(14)的一端贯穿所述三端口烟气入嘴器(13)的烟气输出端口和口含端口(11)，并伸出到口含端口(11)外，另一端穿过所述四极杆质谱仪(15)的腔壁进入所述电子轰击电离区(16)中，且所述烟气传输石英毛细管(14)在所述三端口烟气入嘴器(13)的烟气输出端口和所述四极杆质谱仪(15)的腔壁之间的外部区域裹有一层带有温度控制器(18)的电加热套(19)。
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