JPH052011A - たばこ煙分析システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃焼直後のたばこの煙をそのまま分析できるシ
ステムを提供する。 【構成】たばこ煙分析システムは、喫煙器６８と、たば
こ煙導入装置５２と、ガスクロマトグラフ型たばこ煙分
析装置１２、１４とを具備する。たばこ煙導入装置５２
は、キャリアガスラインと、これと置換可能な喫煙ライ
ンとを有する。上記キャリアガスラインの一方のポート
には不活性キャリアガス源５４が接続され、他方のポー
トにはたばこ煙分析装置１２、１４が接続される。上記
喫煙ラインの一方のポートにはたばこ試料６２が接続さ
れ、他方のポートには喫煙器６８が接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はたばこ煙の分析装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】たばこの煙成分は蒸気相成分から中高沸
点成分、不揮発性成分に至るまで非常に広範囲にわたっ
ている。

【０００３】現在、たばこの煙成分の内不揮発性成分以
外をガスクロマトグラフで分析するには、蒸気相成分と
中高沸点成分とに分けて、夫々分析している。何故な
ら、必要とされるガスクロマトグラフの分析用カラムの
設定条件が上記成分間で大きく異なるからである。例え
ば、中高沸点成分用に設定されたカラムで全たばこ煙を
分析した場合には、蒸気相成分に含まれる各成分間の分
離が不十分となり、これらの分析結果がリテンションタ
イムの初期においてピークが重複した状態で得られる
為、確実な分析を行うことができない。他方、蒸気相成
分用に設定されたカラムに全たばこ煙を通すと中高沸点
成分がカラム内に付着して、カラムを再使用不能として
しまう。

【０００４】上述のような理由から、蒸気相成分はガラ
ス繊維フィルターを通過した煙をガスサンプラで直接ガ
スクロマトグラフに導入して分析している。また中高沸
点成分はガラス繊維フィルター上に捕集した煙凝集物を
有機溶剤等で抽出した後、ガスクロマトグラフで分析す
る方法が一般的に行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の分析
方法にあっては、ガラス繊維フィルターを通過する蒸気
相成分の中でも比較的沸点の高いものは、そのかなりの
量がフィルターに捕集されてしまう問題がある。一方、
中高沸点成分の分析では、これをガラス繊維フィルター
に捕集する為、不安定である煙成分が変化する問題があ
る。

【０００６】たばこの煙の分析においては、実際に喫煙
者の口中に入る状態の煙を、即ち燃焼直後の新鮮な状態
で分析するのが望ましいが、これまでこれを実現できる
分析システムはなかった。

【０００７】本発明はかかる観点に鑑みてなされたもの
であり、燃焼直後のたばこの煙をそのまま分析できる分
析システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為、
本発明たばこ煙分析システムにあっては、喫煙器と、た
ばこ煙導入装置と、ガスクロマトグラフ型たばこ煙分析
装置と、を具備するシステムであって、上記たばこ煙導
入装置は、キャリアガスラインと、上記キャリアガスラ
インと置換可能な喫煙ラインとを有することと、上記キ
ャリアガスラインの一方のポートには不活性キャリアガ
ス源が接続され、他方のポートには上記たばこ煙分析装
置が接続されることと、上記喫煙ラインの一方のポート
にはたばこ試料が接続され、他方のポートには喫煙器が
接続されることと、を特徴とする。

【０００９】望ましい態様において、上記たばこ煙分析
装置は、不活性ガスをキャリアガスとしてたばこ煙を通
過させる第１サンプルガスラインと、第１サンプルガス
ラインに配設された中高沸点成分ガスクロマトグラフ分
析用第１カラムと、第１カラムの下流で第１サンプルガ
スラインに接続された第２サンプルガスラインと、上記
第２サンプルガスラインに配設された第１ディテクタ
と、上記第１ディテクタよりも上流で上記第２サンプル
ガスラインに接続された不活性ガス供給第１切替えライ
ンと、上記第２サンプルガスライン接続位置よりも下流
で上記第１サンプルガスラインに接続された不活性ガス
供給第２切替えラインと、第２切替えライン接続位置よ
りも下流で上記第１サンプルガスラインに配設された蒸
気相成分ガスクロマトグラフ分析用第２カラムと、上記
第２カラムの下流で上記第１サンプルガスラインに配設
された第２ディテクタと、を具備する。

【００１０】ある態様において、上記たばこ煙分析装置
は、上記不活性ガス供給第１切替えラインの接続位置よ
りも下流で且つ上記第１ディテクタよりも上流で、上記
第２サンプルガスラインに配設された上記第２カラムと
圧損が等しい第３カラムを更に有する。

【００１１】別の態様において、上記たばこ煙分析装置
は、上記不活性ガス供給第１切替えラインの接続位置よ
りも下流で且つ上記第１ディテクタよりも上流で、上記
第２サンプルガスラインに配設された中高沸点成分ガス
クロマトグラフ分析用第３カラムを更に有する。

【００１２】

【作用】本発明に係るたばこ煙分析システムによれば、
たばこ煙はキャリアガスによって運ばれ、サンプルガス
としてたばこ煙分析装置内に導入される。

【００１３】これに先立ち、第１切替えラインを開放
し、不活性ガスを導入させる。サンプルガスが第１カラ
ムで各成分に分離され、先ず蒸気相成分が第１カラムか
ら出てくる。この時点で、第２切替えラインは閉鎖され
ており、蒸気相成分はそのまま第１サンプルガスライン
を通って第２カラムに送られ、第２カラムで更に分離さ
れ、その分析結果が第２ディテクタで得られる。

【００１４】第１カラムから中高沸点成分が出てくる時
点で、第１切替えラインは閉鎖され、第２切替えライン
から不活性ガスが導入される。従って、サンプルガスは
第２サンプルガスライン側に流れを変え、第１カラムで
分離された、或いは第３カラムで更に分離された中高沸
点成分の分析結果が第１ディテクタで得られる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明に係るたばこ煙分析システムの
全体を示すダイアグラムである。たばこ煙分析装置は、
図２図示の如く、夫々公知の所定の機能（例えば加熱及
び温度制御機構等）を備えた２つのガスクロマトグラフ
（以下ＧＣと省略する）１２、１４を具備し、両者は夫
々のライン２２を繋ぐコネクタ１６により接続される。

【００１６】第１ＧＣ１２には、不活性キャリアガス
（本実施例ではＨｅ）と共にたばこ煙をサンプルガスと
して導入するスプリット／スプリットレス用インジェク
ションブロック１８が配設される。インジェクションブ
ロック１８から器内に第１サンプルガスライン２２が延
設され、ここに先ず第１カラム２４が配設される。第１
カラム２４は中高沸点成分分析用に設定され、第１ＧＣ
は器内の温度制御機構（図示せず）を有する。

【００１７】第１カラム２４の下流で第１ライン２２に
は第２サンプルガスライン２６が接続される。第２ライ
ン２６には圧力制御部材である第３カラム２８が配設さ
れ、更に第３カラム２８の下流で第２ライン２６に第１
ディテクタ３２が配設される。

【００１８】第３カラム２８は、分析用ではなく、後述
の態様でサンプルガスの流れを切替えた際に系内の流速
を一定に維持する為のものとすることができる。この場
合、第３カラム２８は、後述の第２カラム３８と圧損が
等しくなるように設定される。従って、図示のようなカ
ラムではなく、代わりに抵抗ライン部材（ミキシングが
起こらない）のような部材を使用することも可能であ
る。

【００１９】第３カラム２８はまた、中高沸点成分を更
に分離してその分析を容易にするためのものとすること
ができる。この場合第３カラム２８としては中高沸点成
分ガスクロマトグラフ分析用カラムが使用される。

【００２０】第３カラム２８よりも上流で第２ライン２
６には不活性ガス（Ｈｅ）供給第１切替えライン３４が
接続される。ライン３４は所定のガス源（図示せず）に
接続され、ここに電磁バルブＶ３が介設される。

【００２１】第２ライン２６接続位置よりも下流で第１
ライン２２には不活性ガス（Ｈｅ）供給第２切替えライ
ン３６が接続される。ライン３６は所定のガス源（図示
せず）に接続され、ここに電磁バルブＶ４が介設され
る。

【００２２】第２切替えライン３６接続位置よりも下流
で、第１ＧＣ１２のライン２２は、コネクタ１６によっ
て第２ＧＣ１４のライン２２と連結される。

【００２３】第２ＧＣ１４には第２カラム３８が配設さ
れる。第２カラム３８は蒸気相成分分析用に設定され、
第２ＧＣ１４は器内の温度制御機構（図示せず）を有す
る。更に、第２カラム３８の下流で第１ライン２２には
第２ディテクタ４２が配設される。

【００２４】第１ＧＣ１２のインジェクションブロック
１８には、機器外部に、たばこ煙導入装置５２がライン
５６を介して接続される。図３は導入装置５２を示す縦
断側面図であり、図４はその平面図である。

【００２５】導入装置５２は、フレーム８２に取付けら
れた円筒状の外筒８４と、外筒８４内に保持された回転
子８６とを含む。外筒８４の上部及び下部は、外筒８４
に捩子止めされた天板８８、底板９２により夫々閉鎖さ
れる。天板８８及び底板９２と、外筒８４及び回転子８
６との間にはシール用のパッキング９４が配設される。

【００２６】外筒８４には、１８０°角度がずれた位置
に夫々ヒータ１０２及び温度センサ１０４が内蔵され
る。ヒータ１０２及び温度センサ１０４は、図１図示の
如く、導入装置５２外の温度調整器５８に接続される。

【００２７】回転子８６には軸方向に延びる２つの同寸
法の貫通孔９６、９８が形成される。両孔９６、９８
は、回転子８６において同一半径上で且つ９０°角度が
ずれた位置に配置される。また天板８８及びこれに隣接
するパッキング９４には、通常時貫通孔９６に整一する
ポート９６ｓと貫通孔９８に整一するポート９８ｓとが
形成される。他方、底板９２及びこれに隣接するパッキ
ング９４には、通常時貫通孔９６に整一するポート９６
ｄと貫通孔９８に整一するポート９８ｄとが形成され
る。

【００２８】天板８８のポート９６ｓはキャリアガスラ
イン５４ｂに接続され、底板９２のポート９６ｄは第１
ＧＣ１２のインジェクションブロック１８に連通するラ
イン５６に接続される。キャリアガス（本実施例ではＨ
ｅ）は、図１図示の如く、ガス源からライン５４によっ
て引かれ、３方電磁バルブＶ１において、ライン５４
ａ、５４ｂに分岐される。ライン５４ａはインジェクシ
ョンブロック１８に直接接続され、他方ライン５４ｂは
上述の如くポート９６ｓに接続される。

【００２９】天板８８のポート９８ｓは吸入ホルダ６４
に接続され、底板９８ｄは喫煙器６８に連通するライン
６６に接続される。ホルダ６４には、図１図示の如く、
たばこ試料６２が取付けられる。

【００３０】回転子８６の軸シャフト７２は上部側にお
いて、空圧式アクチュエータ７４の回転シャフトと一体
化される。アクチュエータ７４に対しては、公知の態様
で加圧エアライン７６ａ、７６ｂが接続され、ラインの
いずれかを使用することによりシャフトの回転方向を選
択できるようになっている。本実施例において、アクチ
ュエータ７４は、下記の態様で９０°の角度範囲におい
て導入装置５２の回転子８６を両方向に回転させる。加
圧エアは、エア源からライン７６により引かれ、３方電
磁バルブＶ２において、ライン７６ａ、７６ｂに分岐さ
れる。

【００３１】例えば、図４図示の状態において、ライン
７６ａを介して加圧エアがアクチュエータ７４に供給さ
れると、アクチュエータ７４は回転子８６を図４中矢印
Ａ方向に回転させる。従って、回転子８６の貫通孔９８
はポート９６ｓ、９６ｄと整一し、これらポート９６
ｓ、９６ｄに接続されたライン５４ｂ、５６と連通す
る。この操作により、ホルダ６４及び喫煙器ライン６６
と整一していた前段階で貫通孔９８に充満したたばこ煙
は、ライン５４ｂ、５６を通るキャリアガス（Ｈｅ）と
共に第１ＧＣ１２のインジェクションブロック１８に導
入される。またこの状態から逆に、ライン７６ｂを介し
て加圧エアがアクチュエータ７４に供給されると、アク
チュエータ７４は回転子８６を図４中矢印Ｂ方向に回転
させ、元の位置に復帰させる。

【００３２】バルブＶ１、Ｖ２及び喫煙器６８の制御
は、コントローラ４４のイベントプログラムによって行
なわれ、その動作信号はリレーボックス４６を介して送
信される。またバルブＶ３、Ｖ４の制御はＧＣ１２に内
蔵された制御機構のイベントプログラムにより行われ
る。ＧＣ１２、１４の制御機構はコントローラ４４と連
動する。

【００３３】次に上記システムの作動の概要を説明す
る。

【００３４】先ず、ＧＣ１２、１４の昇温プログラムを
スタートさせる（初期設定温度（例えば４０℃）が得ら
れていることを条件として）。また、たばこ試料６２
は、導入装置５２を通さない状態で、喫煙器６８（或い
は別設の喫煙器）に取付け、喫煙器を始動すると共に、
たばこ試料６２に着火する。

【００３５】たばこ試料６２は、所定のパフ回数目（例
えば５回目）の喫煙時に先立ち、導入装置５２上部のホ
ルダ６４に移設し、図１図示の状態とする。そして、喫
煙器６８によって、所定の回数目の喫煙の煙のみを導入
装置５２の貫通孔９８内に充満させるようにする。

【００３６】他方、キャリアガス（Ｈｅ）は、最初は導
入装置５２を通さず、ライン５４ａを介して直接インジ
ェクションブロック１８に流しておく。そして上述の如
く、たばこ試料６２の所定の回数目の喫煙時に先立ち、
バルブＶ１を切替え、キャリアガスをライン５４ｂか
ら、導入装置５２の貫通孔９６、ライン５６を介してイ
ンジェクションブロック１８に流す。

【００３７】また、上記バルブＶ１の切替えと同時期
に、バルブＶ３を開放、バルブＶ４を閉鎖状態とし、ラ
イン３４から第１ＧＣ１２の第１ライン２２内に、Ｈｅ
ガスを導入する。これによって、サンプルガスが第２Ｇ
Ｃ１４内の第２カラム３８まで流れるように設定され
る。

【００３８】ここで、所定の回数目の喫煙を行い、導入
装置５２の貫通孔９８をたばこ煙で充満させる。そし
て、バルブＶ２を切替え、アクチュエータ７４によっ
て、導入装置５２の回転子８６を、図４中矢印Ａ方向に
回転させる。これによって、貫通孔９８がキャリアガス
のライン５４ｂと連通し、貫通孔９８内部のたばこ煙が
キャリアガスに運ばれて第１ＧＣ１２の第１ライン２２
内に導入される。この時の各ガスの流れを、図２中に白
抜きの矢印で示す。

【００３９】所定量のたばこ煙が第１ＧＣ１２内に導入
された後、バルブＶ１を切替え、キャリアガスが再びラ
イン５４ａを介して直接インジェクションブロック１８
に流れるようにする。この直後にバルブＶ２を切替え、
アクチュエータ７４によって回転子８６を図４中矢印Ｂ
方向に回転させ、回転子８６を図４図示の元の位置に復
帰させる。

【００４０】続いて、ホルダ６４にたばこを取付けるこ
となく、喫煙器６８によって空喫煙を行い、回転子８６
のたばこ煙用の貫通孔９８の洗浄を行う。

【００４１】第１ＧＣ１２内において、サンプルガス
は、中高沸点成分分析用の第１カラム２４によって分離
され、先ず、その蒸気相成分がカラム２４から出てく
る。この蒸気相成分は、第２ＧＣ１４内において、第２
カラム３８で更に明確に分離され、その分析結果が第２
ディテクタ４２によって得られる。

【００４２】しかし、第２ＧＣ１４の第２カラム３８
は、蒸気相成分用途設定されている為、蒸気相成分に続
いてカラム２４から出てくる中高沸点成分を第２カラム
３８に流すことはできない。これは前述の如く、中高沸
点成分がカラム３８内に付着して、カラムを再使用不能
としてしまうからである。

【００４３】従って、第１カラム２４から中高沸点成分
が出てくる時点（例えば予備テストでトルエンが出てく
る時間を測っておき）で、バルブＶ３を閉鎖、バルブＶ
４を開放状態に切替え、ライン３４に代え、今度はライ
ン３６から第１ライン２２内に、Ｈｅガスを導入する。
この操作により、サンプルガスは、ライン３６からの導
入Ｈｅガスの流れに従って流れを変え、第２ライン２６
に流れるようになる。そして、サンプルガスは第３カラ
ム２８を通り、中高沸点成分の分析結果が第１ディテク
タ３２によって得られる。この時の各ガスの流れを図２
中に黒塗りの矢印で示す。

【００４４】なお、第１ディテクタ３２によって得られ
る中高沸点成分の分析結果は、第３カラム２８が圧力制
御専用として設定されている場合は、第１カラム２４で
分離されたままの状態のものであり、また第３カラム２
８が中高沸点成分分析用として設定されている場合は、
第３カラム２８で更に明確に分離された状態のものとな
る。 ［具体例１］図１に示すシステムを、以下に述べる諸条
件に設定し、たばこ煙の分析実験を行った。使用したガ
スクロマトグラフは島津製作所製ＧＣ−１４Ａ（ＦＩＤ
付）で、これを第１及び第２ＧＣ１２、１４として、表
１及び表２に示す条件に設定した。

【００４５】バルブＶ１、Ｖ２及び喫煙器６８の制御
は、コントローラ４４のイベントプログラムによって行
い、その動作信号はリレーボックス４６を介して送信し
た。他方、バルブＶ３、Ｖ４の制御はＧＣ１２に内蔵さ
れた制御機構のイベントプログラムにより行った。導入
装置５２は予め２００℃に温度設定した。

【００４６】喫煙器６８としては、少なくとも標準喫煙
条件の１分間隔で、２秒間、３５ｍｌ／回の周期で喫煙
を繰返すことのできる機構を有するものを使用した。

【００４７】使用したコントローラ４４は島津製作所製
Ｃ−Ｒ４Ａで、ＧＣ１２及び１４から得られたデータを
処理、記憶する機能を有し、イベントプログラムによ
り、たばこ煙分析システムを制御するものである。

【００４８】また表３に、第５回目の喫煙時で、２秒間
の後半のたばこ煙の一部を第１及び第２ＧＣ１２、１４
へ導入して分析した時のタイムプログラムを示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】 ［具体例２］表４及び表５に示す相違点を除き、具体例
１と同一仕様で図１に示すシステムを設定し、たばこ煙
の分析実験を行った。タイムプログラムは具体例１と同
じで表３に示す通りである。

【００５２】

【表４】

【００５３】

【表５】

【００５４】

【発明の効果】本発明に係るたばこ煙分析システムによ
れば、燃焼直後のたばこの煙の蒸気相成分と中高沸点成
分とを同時に、実際に喫煙者の口中に入る新鮮な状態で
ＧＣを用いてそのまま分析できる。ここで、従来のよう
にたばこ煙をガラス繊維フィルターで濾過し、中高沸点
成分をフィルター上に捕集すると共に、蒸気相成分を通
過させることにより、成分分離を行う必要はなくなる。
従って、これらに伴う面倒な手続きは不要となり、ま
た、フィルター上に蒸気相成分が一部捕集されること及
び中高沸点成分の再揮発時の変質等による分析精度の低
下も防止することができるようになる。

【００５５】蒸気相成分分析用カラムに対するサンプル
ガス流の切替えは、不活性ガス流の切替えによって行っ
ている為、カラム内のサンプルガス流の流速を連続的に
且つ一定に維持することができる。これに対して、サン
プルガス流の切替えを、３方バルブのような手段を用い
て直接行おうとしても、カラム内のサンプルガス流の流
速が変化したり、バルブ内での混合及び吸着がある為、
正確な分析ができなくなる。

【００５６】また、ライン切替え式の導入装置によりた
ばこの煙を導入する為、所定回数目の喫煙時の煙のみ
を、確実に分析できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るたばこ煙分析システムの全体を示
すダイアグラム

【図２】たばこ煙分析装置内におけるガスフローを示す
ダイアグラム

【図３】導入装置を示す縦断側面図

【図４】導入装置を示す平面図

【符号の説明】

１２、１４…ＧＣ、２２、２６…サンプルガスライン、
２４、２８、３８…カラム、３２、４２…ディテクタ、
３４、３６…不活性ガスライン、４４…コントローラ、
４６…リレーボックス、５２…導入装置、５８…温度調
整器、６２…たばこ試料、６８…喫煙器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 幸夫 神奈川県横浜市緑区梅が丘６番地２ 日本 たばこ産業株式会社たばこ中央研究所内 (72)発明者 高橋 秀樹 神奈川県横浜市緑区梅が丘６番地２ 日本 たばこ産業株式会社たばこ中央研究所内 (72)発明者 佐々 剛 神奈川県横浜市緑区梅が丘６番地２ 日本 たばこ産業株式会社たばこ中央研究所内 (72)発明者 齋藤 壽 東京都調布市柴崎１−63−１

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 喫煙器と、たばこ煙導入装置と、ガスク
   ロマトグラフ型たばこ煙分析装置と、を具備するたばこ
   煙分析システムであって、上記たばこ煙導入装置は、キ
   ャリアガスラインと、上記キャリアガスラインと置換可
   能な喫煙ラインとを有することと、上記キャリアガスラ
   インの一方のポートには不活性キャリアガス源が接続さ
   れ、他方のポートには上記たばこ煙分析装置が接続され
   ることと、上記喫煙ラインの一方のポートにはたばこ試
   料が接続され、他方のポートには喫煙器が接続されるこ
   とと、を特徴とするたばこ煙分析システム。
2. 【請求項２】 上記たばこ煙分析装置が、不活性ガスを
   キャリアガスとしてたばこ煙を通過させる第１サンプル
   ガスラインと、第１サンプルガスラインに配設された中
   高沸点成分ガスクロマトグラフ分析用第１カラムと、第
   １カラムの下流で第１サンプルガスラインに接続された
   第２サンプルガスラインと、上記第２サンプルガスライ
   ンに配設された第１ディテクタと、上記第１ディテクタ
   よりも上流で上記第２サンプルガスラインに接続された
   不活性ガス供給第１切替えラインと、上記第２サンプル
   ガスライン接続位置よりも下流で上記第１サンプルガス
   ラインに接続された不活性ガス供給第２切替えライン
   と、第２切替えライン接続位置よりも下流で上記第１サ
   ンプルガスラインに配設された蒸気相成分ガスクロマト
   グラフ分析用第２カラムと、上記第２カラムの下流で上
   記第１サンプルガスラインに配設された第２ディテクタ
   と、を具備する請求項１記載のシステム。
3. 【請求項３】 上記たばこ煙分析装置が、上記不活性ガ
   ス供給第１切替えラインの接続位置よりも下流で且つ上
   記第１ディテクタよりも上流で、上記第２サンプルガス
   ラインに配設された圧力制御部材を更に有する請求項２
   記載のシステム。
4. 【請求項４】 上記圧力制御部材が、上記第２カラムと
   圧損が等しい第３カラムからなる請求項３記載のシステ
   ム。
5. 【請求項５】 上記たばこ煙分析装置が、上記不活性ガ
   ス供給第１切替えラインの接続位置よりも下流で且つ上
   記第１ディテクタよりも上流で、上記第２サンプルガス
   ラインに配設された中高沸点成分ガスクロマトグラフ分
   析用第３カラムを更に有する請求項２記載のシステム。