第十一章 烟气分析实验

第十一章烟气分析实验第一节烟气分析的意义及烟气主要成分第二节烟气总粒相物（TPM）测定第三节烟气总粒相物水分测定第四节烟气总粒相物烟碱测定

第一节烟气分析的意义及烟气主要成分一、分析意义1.卷烟烟气成分来自于燃烧后的烟叶及添加物质、辅助材料，因此与烟叶成分有差异，通过分析烟气，可以更全面更直接的了解卷烟和烟叶品质。2.了解烟气理化性质，有利于评价和提高烟草及烟制品的安全性。二、烟气主要成分卷烟烟气包括：1.主流烟气：进入吸烟者呼吸系统的烟气，包括气相部分和粒相部分。2.测流烟气:烟支阴燃产生的烟气，包括气相部分和粒相部分。3.环境烟气：吸烟时释放的周围环境中的所有烟气总和。也气相部分和粒相部分。烟气成分复杂，包括成千上万中化学物质，固液气三相并存，是典型的复杂体系。第二节烟气总粒相物（TPM）测定

一、了解几个术语1总粒相物（TPM）：totalparticulatematter：又叫总凝聚物，总颗粒物。定义为被阻留及沉积于捕集器中玻璃纤维滤膜片内表面的主流烟气组分。主要包括：焦油，生物碱和水分，以mg表示。2干粒相物（DPM）dryparticulatematter：除去水分的总粒相物，以mg表示。3焦油（NFDPM）nicotine-freedryparticulatematter：除去烟碱的水分的总颗粒物，以mg表示。二、试验原理抽取卷烟、调节水分。在自动吸烟机上抽吸卷烟，同时用玻璃纤维滤片烟气捕集器收集总粒相物，称取总粒相物的质量。三、试验仪器：常规分析用吸烟机，剑桥滤片，捕集器，手套（棉质或无滑石粉手套），分析天平，长度测量仪（精确至0.5mm），调节箱。四、总粒相物的测定1取样:随机从实验室样品的每个包装中抽取尽量相等数量的卷烟，剔除有明显缺陷的烟支，抽取卷烟的总数应至少为抽吸烟支数的2.5倍。2调节将所有供试烟支在规定的调节大气中调节（主要是调节水分以达到平衡水分状态），调节时间最短48h，最长10天。2.1调节大气：温度(22±1)℃,相对湿度（60±2）%，大气压（96±10）kPa.2.2测试大气：供测试大气环境必须和调节大气环境相同，但允许公差略宽。温度(22±2)℃,相对湿度（60±5）%注：调节大气是调节烟支时的环境大气；测试大气是吸烟机工作的环境大气。3烟支的挑选3.1重量挑选：将调节好水分的烟支取100支称重，求出烟支平均重量，用重量分选仪选出平均重量±0.02g范围内的烟支为重量合格烟支。3.2吸阻挑选：测定100支重量合格烟支的平均吸阻，选取平均吸阻±49Pa范围内的烟支为吸阻合格烟支。4烟蒂长度的标记4.1烟蒂长度标准烟蒂长度应为下列三种长度中的最大者：——23mm；——滤嘴长+8mm；——接装纸长+3mm。4.2滤嘴长度的测量滤嘴长度是10支卷烟的平均值，测定精确至0.5mm，4.3接装纸长度的测量所指接装纸长度是10支卷烟的平均值，测定精确至0.5mm。4.4烟蒂长度的标记在卷烟嘴端标准烟蒂长度处，用细软头笔或铅笔划线，精确至0.5mm。五、烟气捕集器的准备在所有操作中，操作者应配戴手套以免手指污染。将已经在测试大气中调节至少12小时的滤片放入滤片夹持器中，滤片粗糙的一面应面向进入的烟气，合上滤片夹持器，称取装配好的烟气捕集器的质量，精确至0.1mg。六、吸烟机的准备1开机，置于自动抽吸状态预热至少20min。2抽吸持续时间校正将抽吸持续时间校正到2秒±0.05秒。3抽吸频率校正将抽吸频率调整到58秒±0.5秒。抽吸频率：连续两口抽吸动作之间间隔的时间。4抽吸容量校正利用皂膜流量计皂膜的位移校正每个烟道的抽吸容量。将抽吸容量校正到35.0mL±0.3mL。5吸烟步骤5.1将调节好的抽吸卷烟插入卷烟夹持器，使烟蒂末端正好接触捕集器内的有孔垫片，点火开始吸烟。当燃烧到烟蒂标记处时，用剪刀剪断燃烧锥。一次抽吸过程结束后，保持烟蒂在原位置停留至少30s，使烟气捕集器中残留的烟气沉积。5.2避免人为移动烟灰，以免干扰卷烟燃烧，应让烟灰自然落到烟灰盘上。5.3一支烟抽完后，取出烟蒂，立即插入新的卷烟，重复抽吸过程，直至将预定数量的卷烟抽吸完毕。6总粒相物的测定6.1全部卷烟抽吸结束后，立即从吸烟机上取下烟气捕集器（带手套）。放入干燥器内密封，送到天平室称量烟气捕集器的质量，精确至0.1mg。6.1取出剑桥滤片，检查每个滤片背后是否有因穿滤或破损造成的黄斑，若有应弃去。注：直径44mm的玻璃纤维滤片可承载150mg总粒相物，直径92mm的玻璃纤维滤片可承载600mg总粒相物7总粒相物的计算每通道总粒相物的质量mTPM，以每支卷烟的毫克数表示，按下列公式计算：式中：m0-抽吸前烟气捕集器的质量，单位毫克（mg）；m1-抽吸后烟气捕集器的质量，单位毫克(mg)；q-吸入每个捕集器的烟支数。8总粒相物的处理8.1萃取步骤选取总粒相物最接近平均值的两个烟气捕集器，取下烟气捕集器密封装置（必须戴手套）。打开烟气捕集器，用镊子取出滤片，总粒相物向里折两次，要小心镊子和手指只接触滤片边缘。将折好的滤片放入干燥的三角瓶中（44mm直径的滤片最大用150ml的三角瓶，92mm直径的滤片最大用250ml的三角瓶）。每次用一块四分之一滤片，擦拭捕集器前盖内壁，放入三角瓶中，移取溶剂（含有烟碱和水分测定内标物的异丙醇，44mm直径的滤片20ml，92mm直径的滤片50ml）于三角瓶中。立即盖上瓶盖，在电动振荡器上轻轻振荡30min，确保不要将滤片振碎。可以调整振荡时间以保证总粒相物中的烟碱和水分萃取完全。按同样方法处理水分测定的空白烟气捕集器。第三节烟气总粒相物水分测定

卷烟主流烟气总粒相物中水分测定方法有两种：气相色谱法和卡尔·费修法。注：国标法规定使用气相色谱法，如果没有条件，则可以使用卡尔费休法测定总粒相物中的水分。卡尔·费休法测出的水分结果同样有效，但应在结果中注解说明。气相色谱法测总粒相物中水分含量1.原理：将主流烟气的总粒相物溶解于含有内标物的萃取剂中，用气相色谱法测定萃取液的水分含量，计算出总粒相物中的水分含量。2.试剂使用分析纯级试剂。2.1载气：氦气（高纯度氮气也行，但最好是氦气）。2.2异丙醇，水分含量不高于1.0mg/mL。2.3内标物，乙醇或甲醇（最低纯度99%）。2.4萃取剂，含有合适浓度内标物质的异丙醇,一般为5mL/L（二者体积比为1：200）。若萃取剂储存时温度未经控制，使用前应将其温度平衡至（22±2）℃。2.5标准物质，蒸馏水或去离子水。2.6标准溶液：加入一定量的水于萃取剂（2.4）中，制备至少4个标准溶液，其浓度应覆盖预计在样品溶液中检测到的水分浓度（一般最高浓度为4mg/mL），其中一个标准溶液不加水（溶剂空白）。可以配制浓度梯度为0，1，2，3，4mg/mL水的异丙醇溶液作为标准溶液。3仪器设备3.1气相色谱仪，配有热导池检测器，记录仪和积分仪或其它合适的数据处理装置。3.2色谱柱，内径2mm～4mm，长度1.5m～2m。固定相：150um（100目）～190um（80目）的PorapakQ。色谱柱最好使用去活的不锈钢柱，其它材料如玻璃或镍色谱柱也可以使用。也可以使用PorapakQS或Chromosorb102固定相。3.3加液器，最好是自动的，可以取需要体积的萃取剂（2.4）。加液器在加液前应至少放出50mL萃取剂冲洗。玻璃器皿和色谱瓶盖应储存于干燥器中直至使用。4操作步骤4.1制备待测液将吸烟机抽吸卷烟得到的总粒相物用一定体积的萃取剂（2.4）溶解，44mm玻璃纤维滤片用萃取剂20mL，92mm滤片用萃取剂50mL，应确保萃取剂浸没滤片。只要能够有效萃取总粒相物，也可以调整萃取液的体积以得到适合于标准曲线（请见4.3）的萃取液水分浓度。标准的卷烟抽吸请见YC/T29。4.2仪器准备按照制造商说明调整和操作气相色谱仪（3.1），应确保水分峰、内标峰和溶剂峰完全分离，分析时间大约4min，分析之前应注入2μL萃取剂调节仪器。合适的操作条件如下：—柱箱温度：170℃（等温线）—进样口温度：250℃—检测器温度：250℃—载气：氦气，流量大约30mL/min—进样体积：2μL注若检测器灵敏度足够高，也可以使用氮气。4.3标准曲线制做将一定体积（2μL）标准溶液（2.6）注入气相色谱仪，记录水分和内标物（2.3）的峰面积（或峰高），此操作至少进行2次。计算水分与内标物的峰面积比（或峰高比），做出水分浓度与峰面积比的关系曲线或计算出回归方程。4.4空白实验由于烟气捕集器和溶剂吸收水分，必须测定样品空白。用另外的装有滤片的捕集器（每100支卷烟至少2个）按与收集烟气的捕集器相同的方法制备样品空白。吸烟过程中将空白捕集器放在吸烟机旁边，与样品同样萃取、分析。4.5测定将样品溶液（4.3）和空白溶液（4.4）注入气相色谱仪，计算峰面积比（或峰高比）。在同样的条件下重复测定2次，计算平行测定的平均峰面积比（或峰高比）。注：若测定结果是由几个通道的结果平均得到，且采用自动进样器，可不进行平行测定。

5结果的表述用4.3条制做的标准曲线或回归方程计算样品萃取液和空白萃取液的水分浓度。

总粒相物的水分含量mW，以每支卷烟所含的mg数表示，由下式得出：ρWS样品溶液的水分浓度，mg/mL；ρWB空白溶液的水分浓度，mg/mL；q吸入每个捕集器的烟支数；VES萃取剂体积。第四节烟气总粒相物烟碱测定

一、气相色谱法二、紫外分光光度法一、气相色谱法

1原理：将主流烟气的总粒相物溶解于含有内标物的萃取剂中，用气相色谱法测定萃取液的烟碱含量，计算出总粒相物中的烟碱含量。2试剂使用分析纯级试剂2.1载气，高纯氮气或氦气。2.2辅助气体，空气、高纯氢气。2.3异丙醇，水分含量不高于1.0mg/mL。2.4内标物，正十七碳烷或喹哪啶（最低纯度99%）。2.5萃取剂：含有适当浓度内标物（2.4）的异丙醇，一般为0.2mg/mL~0.5mg/mL。若萃取剂存放时未控制温度，使用之前应平衡至（22±2）℃。2.6标准物质：按照YC/T34验证的已知纯度的烟碱，于（0～4）℃避光保存。也可以使用按照YC/T34验证的已知纯度的水杨酸烟碱盐。2.7标准溶液：将烟碱（2.6）溶解于萃取剂中制备至少4个标准溶液，其浓度范围应覆盖预计在样品中检到的浓度（一般0.02mg/mL～2.0mg/mL）。标准溶液应于（0～4）℃避光保存。低温保存的萃取剂和溶液在使用之前应平衡至（22±2）℃。3仪器设备3.1气相色谱仪，配有火焰离子化检测器，记录仪和积分仪或其它合适的数据处理设备。3.2色谱柱，内径2mm～4mm，最佳长度1.5m～2m。色谱柱最好是玻璃的，其它材料如不锈钢或镍制成的色谱柱也可使用。固定相：150um（100目）～190um（80目）酸洗的硅烷化担体上涂渍10%PEG20M+2%氢氧化钾。4操作步骤4.1制备待测液将机器抽吸卷烟得到的烟气冷凝物溶解于一定体积的萃取剂（2.5）中，44mm玻璃纤维滤片用20mL萃取剂，92mm玻璃纤维滤片用萃取剂50mL，应确保萃取剂浸没滤片。只要能保证萃取效率，萃取剂的体积也可调整以给出合适的标准曲线烟碱浓度（请见4.3）。应尽快进行分析，但如果需要存放，应于（0～4）℃避光保存。4.2仪器准备按照制造商的说明调整和操作气相色谱仪（3.1）。应确保溶剂峰、内标物峰、烟碱峰及其它烟气组分的峰完全分离，尤其是与新植二烯的峰分离完全（它的峰有时会在烟碱峰尾部出现）。合适的操作条件如下：—柱箱温度，170℃（等温线）；—进样口温度，250℃；—检测器温度，250℃；—载气，氦气或氮气，流量30mL/min；—进样体积，2μL。采用上述条件，分析时间大约6min～8min。

4.3标准曲线制做将标准溶液（2.7）分别取2μL注入气相色谱仪，记录烟碱和内标物（2.4）的峰面积（或峰高），至少进行两次测定。计算每个标准溶液烟碱与内标物的峰面积比（或峰高比），做出烟碱浓度与峰面积比的关系曲线或计算出回归方程，应为直线关系，且通过坐标原点。用斜率进行计算。4.4测定注入一份（2μL）待测液（4.1）于气相色谱仪，计算烟碱与内标物的峰面积比（或峰高比）。同一试样重复测定两次。计算两次测定的平均比值。如果最终测定结果是取几个通道测定结果的平均值，且采用自动进样器，可不进行平行测定。5结果的表述用4.3条制做的标准曲线或线性回归方程计算待测液的烟碱浓度，由烟碱浓度计算总粒相物的烟碱含量，除以抽吸的烟支数，结果mN以每支卷烟的mg数表示，每通道精确至0.01mg，平均值精确至0.1mg。注：如果在萃取剂中同时加入测水分和烟碱的内标物（乙醇和正十七碳烷），一份总粒相物萃取液可以同时测烟碱和水分。将总粒相物萃取液分别注射到连接有热导池检测器的水分析柱上和连接有火焰离子化监测器的烟碱分析柱上，分别测出水分和烟碱的含量。如果使用带有分流系统的双进样口气相色谱仪，配备自动进样器，可以实现烟碱和水分的同时自动分析。同一萃取液顺序测定烟碱和水分时，应先测定水分，避免样品吸收水分而影响水分测定结果。二、紫外分光光度法1原理：将捕集器中收集的总凝聚物溶于甲醇溶液中，分两个阶段进行蒸馏，先用无机酸将溶液酸化，蒸馏除去中性和酸性组分挥发物，再在同一溶液中加入强碱以蒸馏烟碱，用紫外分光光度计测烟碱溶液的吸光值，以计算烟碱含量。2试剂和仪器：2.1.8mol/LNaOH溶液：秤取320g分析纯NaOH，溶于蒸馏水中，冷却后稀释到1000mL容量瓶内。2.2.1mol/L硫酸溶液：比重1.84硫酸56mL，