CN209525317U - 一种卷烟主流烟气主成分捕集检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种卷烟主流烟气主成分捕集检测装置，旨在提供一种使用方便的卷烟主流烟气主成分捕集检测装置。它包括吸烟机、旁路过滤器、第一电磁换向阀、烟气存储装置、空心波导光纤气体池、红外光谱仪、第二电磁换向阀、蠕动泵及隔膜气泵；所述烟气存储装置包括其上设置有进样口及出样口的硅胶气袋，设置于进样口上的进样手动开关旋钮，以及设置于出样口上的出样手动开关旋钮；所述空心波导光纤气体池的一侧设置有进气口，另一侧设置有出气口；所述空心波导光纤气体池内设置有空心波导光纤、红外光入射口偏转镜片及红外光出射口偏转镜片；所述空心波导光纤的两端分别与红外光入射口偏转镜片及红外光出射口偏转镜片连接。

Description

一种卷烟主流烟气主成分捕集检测装置

技术领域

本实用新型涉及卷烟检测设备技术领域，尤其是涉及一种卷烟主流烟气主成分捕集检测装置。

背景技术

卷烟在燃烧过程中经由烟条、滤棒吸入消费者口腔的气体为主流烟气，因此消费者的感官体验直接由主流烟气决定，也反映了卷烟的品质。如何稳定、持续提高卷烟品质一直是烟草行业所关注和努力的方向。所以，充分研究卷烟主流烟气的特征，以此建立主流烟气品质的评价方法，才能更全面反映卷烟产品的感官特性和技术特点，进而帮助改善卷烟产品的品质提升。

卷烟烟气是一种复杂的气溶胶，它主要由气、固和蒸汽态构成。在研究和分析烟气成分的过程中，常以是否能通过剑桥滤片而把烟气分为气相、粒相两部分。传统的离线式主流烟气检测方法大都是对滤片中捕集的物质或过滤后的烟气进行萃取或富集处理，再经色谱或质谱方法分析。这种检测方法过程复杂、检测周期长，而卷烟烟气的形成是一个动态过程，经过捕集、预处理和色谱、质谱分离等过程，得到的结果只是对陈化烟气及其解体的部分化学成分的分析。无法反映出烟气产生过程中的动态特征。例如，申钦鹏等采用液相-气相色谱联用测定主流烟气中的NNK（在线液相-气相二维色谱高灵敏测定卷烟主流烟气中的4-（N-甲基亚硝胺基）-1-（2-吡啶基）-1-丁酮[J].分析化学，2016，44（06）：929-934.），其单次检测时间在45-50分钟；韩冰等采用热脱附-气相色谱-质谱联用对多支卷烟燃烧产生的主流烟气进行富集，分析主流烟气中的有机化合物（热脱附-气相色谱/质谱联用分析卷烟主流烟气主要气相有机化合物[J].广东化工，2016，43（11）：262-264）。其检测周期长，且需要富集多支卷烟的主流烟气，无法从单支水平上反映卷烟品质，并同时保证在线、高效和高精度需求。

红外光谱（400-4000cm-1）法是一种根据分子振动和转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法，具备快速、高灵敏、高通量等优点，可时空统一地获取烟气的各组分以及各组分之间的协同分布信息。目前该项技术已经在石油、化工、食品、酒类等领域的品质分析及评价中广泛应用，但在烟草品质分析与评价方面的研究报道较少，尤其缺乏对主流烟气品质评价应用方面的相关报道，其主要原因在于传统气体红外光谱仪器死体积大、检测灵敏度低，且难以与吸烟机进行无缝耦合，严重阻碍气体红外光谱技术在烟草行业中的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种结构简单，检测灵敏度高的卷烟主流烟气主成分捕集检测装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种卷烟主流烟气主成分捕集检测装置，包括吸烟机、旁路过滤器、第一电磁换向阀、烟气存储装置、空心波导光纤气体池、红外光谱仪、第二电磁换向阀、蠕动泵及隔膜气泵；所述烟气存储装置包括其上设置有进样口及出样口的硅胶气袋，设置于进样口上的进样手动开关旋钮，以及设置于出样口上的出样手动开关旋钮；所述空心波导光纤气体池的一侧设置有进气口，另一侧设置有出气口；所述空心波导光纤气体池内设置有空心波导光纤、红外光入射口偏转镜片及红外光出射口偏转镜片；所述空心波导光纤的两端分别与红外光入射口偏转镜片及红外光出射口偏转镜片连接；所述红外光谱仪包括红外光入射装置及检测装置；所述红外光入射装置用于向红外光入射口偏转镜片提供入射光线，所述检测装置用于接收红外光出射口偏转镜片射出的红外信号；所述第一电磁换向阀的三个端口分别与吸烟机、旁路过滤器及进样口连接；连接第一电磁换向阀与进样口的管路上设置有第一电磁阀；所述出样口与进气口连接，且连接出样口及进气口的管道上设置有第二电磁阀；所述第二电磁换向阀的三个端口分别与出气口、蠕动泵及隔膜气泵连接。

优选的是，还包括用于控制空心波导光纤气体池温度的加热装置。

优选的是，所述旁路过滤器为空气旁路过滤器和油雾旁路过滤器组合，滤芯为聚丙烯材质，空气旁路过滤器滤芯内径为5微米，油雾旁路过滤器滤芯为0.3微米。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

（1）本实用新型的烟气储存装置为双通道的硅胶气袋结构，硅胶气袋材质柔软，可以大幅减小主流烟气进入气袋时的阻力，充分吸收烟气。使得该存储装置对气源的压力要求低，能够更高效的捕集烟气，提高分析的精度和重复性。

（2）本实用新型结构简单，适用范围广，无需预处理，即可直接捕集直流烟气，使用灵活方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在以下描述中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

一种卷烟主流烟气主成分捕集检测装置，如图1所示，包括吸烟机1、旁路过滤器1.1、第一电磁换向阀2、烟气存储装置3、空心波导光纤气体池4、红外光谱仪、第二电磁换向阀5、蠕动泵6及隔膜气泵7；所述烟气存储装置3包括其上设置有进样口3.2及出样口3.3的硅胶气袋3.1，设置于进样口3.2上的进样手动开关旋钮3.4，以及设置于出样口3.3上的出样手动开关旋钮3.5；所述空心波导光纤气体池4的一侧设置有进气口4.2，另一侧设置有出气口4.3；所述空心波导光纤气体池4内设置有空心波导光纤4.1、红外光入射口偏转镜片4.4及红外光出射口偏转镜片4.5；所述空心波导光纤4.1的两端分别与红外光入射口偏转镜片4.4及红外光出射口偏转镜片4.5连接；所述红外光谱仪包括红外光入射装置4.6及检测装置4.7；所述红外光入射装置4.6用于向红外光入射口偏转镜片4.4提供入射光线，所述检测装置4.7用于接收红外光出射口偏转镜片4.5射出的红外信号；所述第一电磁换向阀1的三个端口分别与吸烟机1、旁路过滤器1.1及进样口3.2连接；连接第一电磁换向阀1与进样口3.2的管路上设置有第一电磁阀3.6；所述出样口3.3与进气口4.2连接，且连接出样口3.3及进气口4.2的管道上设置有第二电磁阀3.7；所述第二电磁换向阀5的三个端口分别与出气口4.3、蠕动泵6及隔膜气泵7连接。

其还包括用于控制空心波导光纤气体池4温度的加热装置（图中未示出），以便于空心波导光纤气体池处于合理的温区范围。该加热装置具有极佳的保温恒温功能，能有效的减少气体在管路中的热量损失，确保空心波导光纤气体池温度稳定，提高分析的精度和准确性。

其中，所述旁路过滤器1.1为空气旁路过滤器和油雾旁路过滤器组合，滤芯为聚丙烯材质，空气旁路过滤器滤芯内径为5微米，油雾旁路过滤器滤芯为0.3微米。

本实用新型的使用方法如下：

（1）红外光谱仪预热及预处理：打开傅里叶红外光谱仪，并进行预热；打开第一电磁换向阀2与旁路过滤器1.1的通路，打开第一电磁阀3.6和第二电磁阀3.7，打开第二电磁换向阀5与隔膜气泵7的通路；在旁路进气口接入环境空气，打开隔膜气泵7，抽吸环境空气或氮气，排空气管、气袋、空心波导光纤气体池内残留气体，持续5分钟；

（2）背景信号采集：预处理后，关闭隔膜气泵，关闭第二电磁阀3.7；静置30秒，采集此时的红外光谱信号，并以此信号作为背景信号；

（3）烟气捕集和准备：切换第一电磁换向阀2联通吸烟机1的通路，通过吸烟机的清洗气袋步骤，清空硅胶气袋3.1内的气体；开启吸烟机并是吸烟机抽吸单支卷烟，通过硅胶气袋收集单支卷烟产生的全烟气；吸烟机抽吸单支卷烟需抽吸7-8口，每口产生35ml烟气，单支卷烟全烟气总量在245ml-280ml；吸烟机可采用采用RM1/PULS单孔道吸烟机（德国Borgwaldt KC公司）；

（4）采集光谱：完成烟气收集后，关闭第一电磁阀3.6，打开第二电磁阀3.7，切换第二电磁换向阀5联通蠕动泵6的通路；设置蠕动泵的速度为35ml/min，开启蠕动泵，使气袋内的烟气进入空心波导光纤气体池，空心波导光纤气体池的容量为100ml；同时以每30秒测量一次红外光谱；当蠕动泵开启7分钟后，关闭蠕动泵5，关闭第二电磁阀3.7；使烟气在空心波导光纤气体池内静置5分钟，并在静置的同时以每30秒测量一次稳定状态下的红外光谱；

（5）清洗装置：切换第一电磁换向阀2到旁路过滤器1.1的通路，打开第一电磁阀3.6，打开第二电磁阀3.7；打开第二电磁换向阀5与隔膜气泵7的通路；开启隔膜气泵7，清洗管路、硅胶气袋、空心波导光纤气体池内残留烟气；

（6）数据分析。

分析时，第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、蠕动泵及隔膜气泵均采用嵌入式控制器进行控制。

本实用新型的空心波导光纤气体池中的空心波导光纤内壁为Ag/AgI薄膜层，使得可滤掉除波长2~20微米以外的信号，增强效率。同时，入射光可以在空心波导光纤气体池内多次反射，增加与待测气体的接触频率，提高待测气体对中红外波段的吸收强度，进一步提高系统的灵敏度与精度。在大量光谱数据的积累下，应用分析化学技术和深度学习方法，从光谱数据中准确提取卷烟主流烟气中的主要成分的特征、含量，构建不同种类卷烟主流烟气的特征库。实现对卷烟主流烟气的在线实时检测，是一种操作简便、快速、灵敏的主流烟气仪器分析方法。

本实用新型可以全面分析卷烟抽吸燃烧后产生的主流烟气成分，鉴定过程准确、快速、灵敏度高，不仅适用于卷烟行业中燃烧烟气的成分检测，还有望满足卷烟产品主流烟气品质的评价需求，为后续的配方设计和工艺质量控制提高技术支撑。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种卷烟主流烟气主成分捕集检测装置，包括吸烟机（1）、旁路过滤器（1.1）、第一电磁换向阀（2）、烟气存储装置（3）、空心波导光纤气体池（4）、红外光谱仪、第二电磁换向阀（5）、蠕动泵（6）及隔膜气泵（7）；所述烟气存储装置（3）包括其上设置有进样口（3.2）及出样口（3.3）的硅胶气袋（3.1），设置于进样口（3.2）上的进样手动开关旋钮（3.4），以及设置于出样口（3.3）上的出样手动开关旋钮（3.5）；所述空心波导光纤气体池（4）的一侧设置有进气口（4.2），另一侧设置有出气口（4.3）；所述空心波导光纤气体池（4）内设置有空心波导光纤（4.1）、红外光入射口偏转镜片（4.4）及红外光出射口偏转镜片（4.5）；所述空心波导光纤（4.1）的两端分别与红外光入射口偏转镜片（4.4）及红外光出射口偏转镜片（4.5）连接；所述红外光谱仪包括红外光入射装置（4.6）及检测装置（4.7）；所述红外光入射装置（4.6）用于向红外光入射口偏转镜片（4.4）提供入射光线，所述检测装置（4.7）用于接收红外光出射口偏转镜片（4.5）射出的红外信号；其特征在于：所述第一电磁换向阀的三个端口分别与吸烟机（1）、旁路过滤器（1.1）及进样口（3.2）连接；连接第一电磁换向阀与进样口（3.2）的管路上设置有第一电磁阀（3.6）；所述出样口（3.3）与进气口（4.2）连接，且连接出样口（3.3）及进气口（4.2）的管道上设置有第二电磁阀（3.7）；所述第二电磁换向阀（5）的三个端口分别与出气口（4.3）、蠕动泵（6）及隔膜气泵（7）连接。

2.根据权利要求1所述卷烟主流烟气主成分捕集检测装置，其特征在于：还包括用于控制空心波导光纤气体池（4）温度的加热装置。

3.根据权利要求1所述卷烟主流烟气主成分捕集检测装置，其特征在于：所述旁路过滤器（1.1）为空气旁路过滤器和油雾旁路过滤器组合，滤芯为聚丙烯材质，空气旁路过滤器滤芯内径为5微米，油雾旁路过滤器滤芯为0.3微米。