一種卷煙主流煙氣在線分析方法及其專用的在線分析裝置制造方法
【專利摘要】一種卷煙主流煙氣在線分析方法及其專用在線分析裝置，是利用吸煙機和離子分子反應質譜（IMR-MS）在線分析卷煙主流煙氣中7種有機化合物。其分析裝置包括：單孔道吸煙機、離子分子反應質譜及相應接口。其分析方法是：卷煙抽吸時，主流煙氣經標準恒流孔裝置穩定采樣后通過空心毛細管直接引入到質譜儀進行質譜分析，毛細管伸出質譜系統的部分通過控溫傳輸線加熱保溫，以防止卷煙煙氣在毛細管中因冷凝而吸附。每兩口卷煙煙氣抽吸的間隔期，采用高純氮氣反吹的方式清除采樣通道中的殘留煙氣。與傳統的分析方法相比，本發明裝置簡單、操作方便，可以實現卷煙煙氣樣品的定量采集，從而真正意義上實現卷煙煙氣在線分析測試，靈敏度高，重復性好，結果準確可靠。
【專利說明】一種卷煙主流煙氣在線分析方法及其專用的在線分析裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及卷煙煙氣分析領域，具體是一種卷煙主流煙氣在線分析方法及其專用的在線分析裝置，是利用離子分子反應質譜(MR-MS)在線分析卷煙主流煙氣中部分化合物的方法。
【背景技術】
[0002]卷煙煙氣是卷煙燃燒產生的一種氣溶膠，是一個不斷變化的復雜化學體系，是在卷煙抽吸過程中由煙絲柱體燃燒、裂解、蒸餾而產生的。卷煙煙氣化學成分的分析是一項基礎性研究工作，迄今為止，人們已經從卷煙煙氣中鑒定出5000多種物質，多數物質性質活潑，導致卷煙煙氣為一個高度動態的、不斷變化的氣溶膠混合體系。由于卷煙煙氣的形成是一個動態過程，傳統的離線分析方法通常采用劍橋濾片、冷阱、靜電、溶液吸收等捕集技術收集卷煙煙氣，然后根據需要采用溶劑萃取、固相萃取等前處理過程進行樣品提取、凈化和富集，最后采用色譜、質譜、光譜等儀器進行分析測試。由于，離線分析方法受煙氣樣品捕集、分析目標物的凈化、預濃縮、分離等因素的影響，分析過程復雜且耗時費力，且測試結果所反映的也只是陳化煙氣的特征。由于卷煙煙氣化學成分性質活潑，檢測方法能否真正反映“新鮮”煙氣的化學組成是非常重要的問題。為考察“新鮮”煙氣的化學特征，一些在線分析技術被嘗試用于卷煙煙氣分析研究。
[0003]隨著質譜技術的發展，軟電離技術在21世紀初被應用于煙氣氣相的在線分析檢測，主要質譜技術有離子分子反應質譜(IMR-MS)、多質子吸收激光誘導解離質譜(REMP1-MS)、單光子電離質譜(SP1-MS)等。多種軟電離技術利用離子_分子反應實現樣品分子離子化，使在質譜條件下不易形成分子離子的化合物，通過與反應氣體分子產生的活性反應離子發生離子分子反應，形成與這些離子的加合離子，從而可以根據化合物的分子量及電離能進行混合物的分析。而對于同分異構體等結構差異甚微的物質，利用分子離子反應可以獲得不同的質譜結果，從而完成分析。
[0004]近年來，對卷煙煙氣的在線分析研究日益受到研究者的關注和重視，離子分子反應和真空紫外光電離兩種技術已成為卷煙煙氣在線實時分析的有效手段。頂R-MS采用離子分子反應技術，利用低離子能的Hg+、Xe+、Kr+等把待分析化合物分子離子化后經過四極桿質量分析器后得到分子計數，由軟件系統來采集并處理、保存、傳輸數據，進行實時監控。不需要樣品預處理，直接采樣即時分析；對極性、非極性化合物等均可分析。然而，由于卷煙煙氣粒相物質容易在吸煙機管道和分析儀器沉積，從文獻資料報道來看，受吸煙機與相關儀器的接口技術限制，目前的在線分析技術大多是針對卷煙煙氣氣相部分進行分析，在取樣方面多采用六通閥取樣或者是直接通過分析系統的負壓環境進行取樣分析，這就會帶來取樣重復性難以保證和采樣通道污染等問題。因此，該技術在對卷煙煙氣組分進行定性和定量分析時均受到一定的限制。國內，上海煙草集團公司采用20孔道轉盤吸煙機代替單孔道吸煙機，利用其旋轉抽吸的特點，用下一孔道的空吸進行記憶效應的消除，從一定程度上解決了抽吸通道煙氣殘留造成的影響，但是質譜采樣通道的污染仍無法消除，同時系統采樣的重復性也有待進一步提聞。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有卷煙煙氣實時在線分析技術存在的不足之處而發明的一種卷煙主流煙氣在線分析方法及裝置，是利用吸煙機和離子分子反應質譜在線分析卷煙主流煙氣中的部分化合物的方法。提供一種結構簡單、操作方便，可以實現在各種抽吸條件下，對單口卷煙煙氣中的多種組分進行實時在線分析，為研究“新鮮”煙氣的化學特征提供一種好的技術手段。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:
一種卷煙主流煙氣在線分析方法，是通過單孔道吸煙機和離子分子反應質譜在線分析卷煙主流煙氣中的部分化合物的方法，主流煙氣的采樣通通過標準恒流孔裝置實現，部分主流煙氣由標準恒流孔裝置采樣后通過空心毛細管直接引入到MR-MS，且在毛細管伸出質譜系統的部分設置有加熱保溫設施，在每兩口卷煙煙氣分析之間采用高純氮氣反吹清除采樣通道中的殘留煙氣，采樣通道與吸煙機接口處溫度為180 °C，采樣通道溫度為250 V,采樣通道與MR-MS的接口處溫度為250 °C，采樣壓力為采樣壓力為20 mbar。
[0007]所述IMR-MS的條件如下:
離子源:汞(Hg) 10.44 eV;也可以根據目標化合物的不同而選擇其它離子源，如氙(Xe) 12.13 eV、氪(Kr) 14.00 eV 等;
質量掃面范圍:3、00 amu ；
分辨率:1 amu ；
測定時間:50 ms ；
定量離子:根據分析目標化合物確定。
[0008]實現上述在線分析方法所用的專用在線分析裝置構造如下:包括卷煙夾持器與卷煙夾持器通過軟管連接的單孔道吸煙機以及離子分子反應質譜MR-MS，在卷煙夾持器與單孔道吸煙機之間連接有一個兩位三通電磁閥，在該兩位三通電磁閥的另一出口通過恒流裝置和毛細管采樣管與頂R-MS串連，在毛細管采樣管與IMR-MS之間也設置有一個兩位三通電磁閥，此兩位三通電磁閥的另一出口連接有氮氣反吹裝置，在毛細管采樣管上設置有加熱保溫層。
[0009]所述毛細管內徑0.32_。
[0010]所述主流煙氣采樣是通過標準恒流孔裝置即標準恒流孔實現的，可以保證采樣過程的重復性。標準恒流孔裝置可以方便的拆裝，控制流量可以根據實際需要進行確定，一般為f1 mL/s。通過流量和采樣時間(抽吸持續時間)的準確控制，可以保證每口抽吸過程中的采樣重復性。
[0011]所述主流煙氣的采樣通道內部均經過惰性化處理。
[0012]所述采樣通道為空心毛細管，外設有加熱保溫裝置，可以采用加熱部件對整個采樣通道進行加熱。本設計是為了防止煙氣在采樣通道冷凝而影響樣品分析。
[0013]本發明的在線分析卷煙主流煙氣中的部分化合物，具體包括如下步驟:
打開MR-MS并與熱48小時以下上，采用動態標準氣體發生器，產生不同濃度的標準氣體并對IMR-MS的質譜系統進行定量校正，校正時一般采用標準氣體單點校正法進行。
[0014]打開吸煙機預熱20分鐘以上，根據測試需要對吸煙機參數進行設定。
[0015]抽吸卷煙并進行卷煙主流煙氣中目標化合物的在線分析時，在標準條件下抽吸卷煙，部分主流煙氣(3.5 mL)經標準恒流孔裝置定量引入到MR-MS進行在線分析，而剩余的大部分卷煙煙氣隨吸煙機抽吸通道排出。其具體分析過程如下:設定好卷煙抽吸模式后點燃卷煙，在卷煙的2 s抽吸過程中，部分(3.5 mL)卷煙主流煙氣通過標準恒流孔(恒流孔裝置的兩端之間存在一定的壓力差，當壓力差大于某一個值時，氣體以恒定的流速通過恒流孔，從而實現采樣分析)進入IMR-MS的采樣通道，經帶加熱裝置的空心毛細管直接引入到IMR-MS離子源內并同時被離子化，從而實現卷煙煙氣的在線分析。每口抽吸結束后，通過電磁閥的自動切換。利用高純氮氣對整個煙氣通道進行反吹以消除前一口煙氣殘留對后續分析測試的影響。
[0016]本發明可以實現卷煙主流煙氣的逐口抽吸在線分析，煙氣樣品的引入通過標準恒流孔裝置實現，操作簡單方便，重復性好。可以同時檢測卷煙主流煙氣中不同類型的化合物，本方法靈敏度高，重復性好，定量準確可靠。在卷煙每口抽吸之間采用高純氮氣反吹的方式清洗煙氣通道，能有效消除卷煙主流煙氣逐口分析過程中因兩口抽吸之間的煙氣殘留而引起的實驗誤差。利用本發明對卷煙主流煙氣中1，3_ 丁二烯，異戊二烯，苯，甲苯，乙醛、丙酮、2- 丁酮等7種化合物進行在線逐口分析。采用參比卷煙，對方法進行了日內、日間重復性考察，具體結果如表1和表2所示。從結果來看:各目標化合物無論是前7 口的單口釋放量還是整支卷煙釋放量的相對偏差均小于15%，最后一口釋放量的差異較大，主要是因為不同煙支燃燒速率存在差異，導致最后一口抽吸為不完整抽吸而造成的差異。將參比卷煙1R5F和3R4F的測試結果與傳統分析方法檢測結果進行比較分析，如圖3和圖4所示，結果顯示本發明對參比卷煙的整支卷煙煙氣釋放量的測試結果與傳統方法所得結果基本一致。
[0017]表1 7種目標化合物的方法日內重復性(RSD，單位％) (n=10)
【權利要求】
1.一種卷煙主流煙氣在線分析方法，其特征在于:是通過單孔道吸煙機和離子分子反應質譜在線分析卷煙主流煙氣中的部分化合物的方法，主流煙氣的采樣通過標準恒流孔裝置實現，部分主流煙氣經標準恒流孔裝置采樣后通過空心毛細管直接引入到MR-MS，且在毛細管伸出質譜系統的部分設置有加熱保溫設施，在每兩口卷煙煙氣分析之間采用高純氮氣反吹清除采樣通道中的殘留煙氣，采樣通道與吸煙機接口處溫度為180 °C，采樣通道溫度為250 °C，采樣通道與MR-MS的接口處溫度為250 °C，采樣壓力為采樣壓力為20 mbar。
2.根據權利要求1所述的卷煙主流煙氣在線分析方法，其特征在于:所述IMR-MS的條件如下: 離子源:汞(Hg) 10.44 eV ;或根據目標化合物的不同而選擇其它離子源，如氙(Xe)12.1 3eV、氪(Kr) 14.00 eV ； 質量掃面范圍:3、00 amu ； 分辨率:1 amu ； 測定時間:50 ms ； 定量離子:根據分析目標化合物確定。
3.—種如權利要求1所述的卷煙主流煙氣在線分析方法所用的專用在線分析裝置，其特征在于:包括卷煙夾持器與卷煙夾持器通過軟管連接的單孔道吸煙機以及離子分子反應質譜MR-MS，在卷煙夾持器與單孔道吸煙機之間連接有一個兩位三通電磁閥，在該兩位三通電磁閥的另一出口通過一恒流裝置和毛細管采樣管與IMR-MS連接，在毛細管采樣管與IMR-MS之間也設置有一個兩位三通電磁閥，此兩位三通電磁閥的另一出口連接有氮氣反吹裝置，在毛細管采樣管上設置有加熱保溫層。
4.根據權利要求3所述的專用在線分析裝置，其特征在于:所述標準恒流孔裝置的控制流量可以根據實際需要進行確定，一般為廣10 mL/s。
【文檔編號】G01N1/22GK104198573SQ201410481672
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月20日 優先權日:2014年9月20日
【發明者】龐永強, 陳再根, 羅彥波, 姜興益, 李雪, 朱風鵬, 侯宏衛 申請人:國家煙草質量監督檢驗中心
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