[发明专利]一种卷烟主流烟气在线分析装置及方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及气体在线分析领域，具体地讲，是一种卷烟主流烟气在线分析装置及方法，是利用吸烟机和大气压化学电离（APCI）质谱在线分析卷烟主流烟气中有机化合物的方法。

背景技术

卷烟烟气是烟草在燃吸期间不完全燃烧产生的气溶胶，是一个不断变化着的极为复杂的化学体系，它是在卷烟抽吸过程中由烟草燃烧、裂解和蒸馏而产生的。卷烟烟气根据形成特征可分为主流烟气、侧流烟气以及环境烟气（ETS）。主流烟气是指当吸烟者抽吸卷烟时，从卷烟的嘴端或烟蒂末端吸出的那部分烟气；侧流烟气是指从烟支的点燃端尤其是两次抽吸之间阴燃产生的烟气，在抽吸期间经过卷烟纸扩散出来的烟气也属于侧流烟气的范畴。环境烟气由侧流烟气、呼出的主流烟气以及周围的空气混合而成的，是被环境空气高度稀释了的烟气。

通常，为了研究方便，人们采用剑桥滤片（一种玻璃纤维制成的滤片，它能滤除直径大于0.3 μm的微粒99.5%以上）将烟气分为粒相物质和气相物质两部分，其中室温条件下可以通过剑桥滤片的烟气部分称为气相物质。能够被剑桥滤片截取的部分被称为粒相物质。气相物质所占烟气总量的比重达92%，主要有氮气、氧气、二氧化碳、一氧化碳和氢，此外还包括挥发性烃类、酯类、呋喃类、腈类、醛酮、醇类等等；粒相物质约占烟气总量的不到8%，主要由水、烟碱和焦油组成，其中焦油又是由多种烃类及烃的氧化物、硫化物和氮化物等组成的复杂混合物；另外，还有一类中间类型的物质，如一些半挥发性酸类物质和醛类物质等，它们在烟气的气、粒两相中同时存在。烟气中化合物的含量大部分都在痕量水平。

卷烟主流烟气化学成分的分析是一项十分重要的基础性研究工作，迄今为止，人们已经从卷烟烟气中鉴定出几千种物质，有些物质的性质非常活泼，导致卷烟烟气是一个高度动态的、不断变化的混合体系。传统的分析方法常利用剑桥滤片、冷阱捕集、静电捕集等多种技术捕集卷烟烟气成分，然后根据需要采用溶剂萃取、同时蒸馏萃取技术、固相微萃取技术等前处理过程进行样品的提取、分离和富集，再用色谱或者色谱-质谱联用仪器进行分析。然而，离线式分析方法要受到烟气样品采集、样品转移、分析物的解析和预浓缩色谱分离、检测和数据处理等因素的影响，分析结果忽略了烟气动力学和烟气化学成分的形成机理，并且需要耗费大量时间。所以，要想从化学的组成的角度对卷烟烟气质量、风格特征以及香气成分和有害成分进行剖析和评价的一个科学的方法就是对单口卷烟烟气进行在线和实时分析。

从目前文献资料的报道来看，对卷烟烟气气相组分进行分析是各类在线分析研究的重点，傅里叶变换-红外光谱法（FT-IR）和光电离质谱技术（SPI/REMPI -TOFMS）等技术手段已经应用于该类分析。FT-IR法是一种快速、无损的分析方法，自从1956年Philippe和Hobbs首次将红外光谱法应用于卷烟烟气分析以来，该方法在研究新鲜烟气中的化学反应和烟气气相组分的分析中得到了广泛的应用。但是，由于红外光谱法是依据化合物的特定吸收波长对组分进行定性，因而对于复杂的烟气体系而言，该方法只能对其中少数特定的目标物质进行分析，而且其定量分析结果的可靠性也不理想。光电离技术是近年来发展起来的一种新的软电离技术，不产生分子碎片。该技术提供了一个很好的实时在线分析卷烟主流烟气中多种痕量化学成分的方法，也适合于逐口抽吸主流烟气的分析，具有良好的时间分辨率和较低的检测限。但是，由于实验设备昂贵、操作复杂，在对卷烟烟气组分进行定性和定量分析时也要受到限制。

发明内容

本发明的目的是针对现有卷烟烟气实时在线分析技术存在的不足之处而发明的一种卷烟主流烟气的在线分析装置及方法, 是吸烟机和大气压化学电离质谱在线分析卷烟主流烟气中有机化合物的方法。

本发明的一种卷烟主流烟气在线分析装置，包括单孔道吸烟机和大气压化学电离串联质谱仪，其特征在于：所述单孔道吸烟机由卷烟夹持器、主流烟气采集瓶、取样泵组成，主流烟气采集瓶通过两通阀、流量控制阀分别与卷烟夹持器和取样泵相连接，主流烟气采集瓶上端连接有气体样品进样阀；所述大气压化学电离串联质谱仪离子源的毛细管喷嘴为一根长32-55cm的毛细管，该毛细管与气体样品进样阀直接相连，毛细管伸出离子源部分通过控温传输线加热保温，主流烟气样品通过毛细管直接被引入到质谱仪离子源内进行质谱分析。

所述主流烟气采样瓶为两端连通，瓶体中部有一出气孔与主流烟气进样阀直接相连，可以很容易从吸烟机上拆卸下来，瓶体容积可以根据需要确定，一般为8~25 mL。