第十一章 煙氣分析實驗

第十一章煙氣分析實驗第一節(jié)煙氣分析的意義及煙氣主要成分第二節(jié)煙氣總粒相物（TPM）測定第三節(jié)煙氣總粒相物水分測定第四節(jié)煙氣總粒相物煙堿測定

第一節(jié)煙氣分析的意義及煙氣主要成分一、分析意義1.卷煙煙氣成分來自于燃燒后的煙葉及添加物質、輔助材料，因此與煙葉成分有差異，通過分析煙氣，可以更全面更直接的了解卷煙和煙葉品質。2.了解煙氣理化性質，有利于評價和提高煙草及煙制品的安全性。二、煙氣主要成分卷煙煙氣包括：1.主流煙氣：進入吸煙者呼吸系統(tǒng)的煙氣，包括氣相部分和粒相部分。2.測流煙氣:煙支陰燃產生的煙氣，包括氣相部分和粒相部分。3.環(huán)境煙氣：吸煙時釋放的周圍環(huán)境中的所有煙氣總和。也氣相部分和粒相部分。煙氣成分復雜，包括成千上萬中化學物質，固液氣三相并存，是典型的復雜體系。第二節(jié)煙氣總粒相物（TPM）測定

一、了解幾個術語1總粒相物（TPM）：totalparticulatematter：又叫總凝聚物，總顆粒物。定義為被阻留及沉積于捕集器中玻璃纖維濾膜片內表面的主流煙氣組分。主要包括：焦油，生物堿和水分，以mg表示。2干粒相物（DPM）dryparticulatematter：除去水分的總粒相物，以mg表示。3焦油（NFDPM）nicotine-freedryparticulatematter：除去煙堿的水分的總顆粒物，以mg表示。二、試驗原理抽取卷煙、調節(jié)水分。在自動吸煙機上抽吸卷煙，同時用玻璃纖維濾片煙氣捕集器收集總粒相物，稱取總粒相物的質量。三、試驗儀器：常規(guī)分析用吸煙機，劍橋濾片，捕集器，手套（棉質或無滑石粉手套），分析天平，長度測量儀（精確至0.5mm），調節(jié)箱。四、總粒相物的測定1取樣:隨機從實驗室樣品的每個包裝中抽取盡量相等數(shù)量的卷煙，剔除有明顯缺陷的煙支，抽取卷煙的總數(shù)應至少為抽吸煙支數(shù)的2.5倍。2調節(jié)將所有供試煙支在規(guī)定的調節(jié)大氣中調節(jié)（主要是調節(jié)水分以達到平衡水分狀態(tài)），調節(jié)時間最短48h，最長10天。2.1調節(jié)大氣：溫度(22±1)℃,相對濕度（60±2）%，大氣壓（96±10）kPa.2.2測試大氣：供測試大氣環(huán)境必須和調節(jié)大氣環(huán)境相同，但允許公差略寬。溫度(22±2)℃,相對濕度（60±5）%注：調節(jié)大氣是調節(jié)煙支時的環(huán)境大氣；測試大氣是吸煙機工作的環(huán)境大氣。3煙支的挑選3.1重量挑選：將調節(jié)好水分的煙支取100支稱重，求出煙支平均重量，用重量分選儀選出平均重量±0.02g范圍內的煙支為重量合格煙支。3.2吸阻挑選：測定100支重量合格煙支的平均吸阻，選取平均吸阻±49Pa范圍內的煙支為吸阻合格煙支。4煙蒂長度的標記4.1煙蒂長度標準煙蒂長度應為下列三種長度中的最大者：——23mm；——濾嘴長+8mm；——接裝紙長+3mm。4.2濾嘴長度的測量濾嘴長度是10支卷煙的平均值，測定精確至0.5mm，4.3接裝紙長度的測量所指接裝紙長度是10支卷煙的平均值，測定精確至0.5mm。4.4煙蒂長度的標記在卷煙嘴端標準煙蒂長度處，用細軟頭筆或鉛筆劃線，精確至0.5mm。五、煙氣捕集器的準備在所有操作中，操作者應配戴手套以免手指污染。將已經(jīng)在測試大氣中調節(jié)至少12小時的濾片放入濾片夾持器中，濾片粗糙的一面應面向進入的煙氣，合上濾片夾持器，稱取裝配好的煙氣捕集器的質量，精確至0.1mg。六、吸煙機的準備1開機，置于自動抽吸狀態(tài)預熱至少20min。2抽吸持續(xù)時間校正將抽吸持續(xù)時間校正到2秒±0.05秒。3抽吸頻率校正將抽吸頻率調整到58秒±0.5秒。抽吸頻率：連續(xù)兩口抽吸動作之間間隔的時間。4抽吸容量校正利用皂膜流量計皂膜的位移校正每個煙道的抽吸容量。將抽吸容量校正到35.0mL±0.3mL。5吸煙步驟5.1將調節(jié)好的抽吸卷煙插入卷煙夾持器，使煙蒂末端正好接觸捕集器內的有孔墊片，點火開始吸煙。當燃燒到煙蒂標記處時，用剪刀剪斷燃燒錐。一次抽吸過程結束后，保持煙蒂在原位置停留至少30s，使煙氣捕集器中殘留的煙氣沉積。5.2避免人為移動煙灰，以免干擾卷煙燃燒，應讓煙灰自然落到煙灰盤上。5.3一支煙抽完后，取出煙蒂，立即插入新的卷煙，重復抽吸過程，直至將預定數(shù)量的卷煙抽吸完畢。6總粒相物的測定6.1全部卷煙抽吸結束后，立即從吸煙機上取下煙氣捕集器（帶手套）。放入干燥器內密封，送到天平室稱量煙氣捕集器的質量，精確至0.1mg。6.1取出劍橋濾片，檢查每個濾片背后是否有因穿濾或破損造成的黃斑，若有應棄去。注：直徑44mm的玻璃纖維濾片可承載150mg總粒相物，直徑92mm的玻璃纖維濾片可承載600mg總粒相物7總粒相物的計算每通道總粒相物的質量mTPM，以每支卷煙的毫克數(shù)表示，按下列公式計算：式中：m0-抽吸前煙氣捕集器的質量，單位毫克（mg）；m1-抽吸后煙氣捕集器的質量，單位毫克(mg)；q-吸入每個捕集器的煙支數(shù)。8總粒相物的處理8.1萃取步驟選取總粒相物最接近平均值的兩個煙氣捕集器，取下煙氣捕集器密封裝置（必須戴手套）。打開煙氣捕集器，用鑷子取出濾片，總粒相物向里折兩次，要小心鑷子和手指只接觸濾片邊緣。將折好的濾片放入干燥的三角瓶中（44mm直徑的濾片最大用150ml的三角瓶，92mm直徑的濾片最大用250ml的三角瓶）。每次用一塊四分之一濾片，擦拭捕集器前蓋內壁，放入三角瓶中，移取溶劑（含有煙堿和水分測定內標物的異丙醇，44mm直徑的濾片20ml，92mm直徑的濾片50ml）于三角瓶中。立即蓋上瓶蓋，在電動振蕩器上輕輕振蕩30min，確保不要將濾片振碎?？梢哉{整振蕩時間以保證總粒相物中的煙堿和水分萃取完全。按同樣方法處理水分測定的空白煙氣捕集器。第三節(jié)煙氣總粒相物水分測定

卷煙主流煙氣總粒相物中水分測定方法有兩種：氣相色譜法和卡爾·費修法。注：國標法規(guī)定使用氣相色譜法，如果沒有條件，則可以使用卡爾費休法測定總粒相物中的水分?？枴べM休法測出的水分結果同樣有效，但應在結果中注解說明。氣相色譜法測總粒相物中水分含量1.原理：將主流煙氣的總粒相物溶解于含有內標物的萃取劑中，用氣相色譜法測定萃取液的水分含量，計算出總粒相物中的水分含量。2.試劑使用分析純級試劑。2.1載氣：氦氣（高純度氮氣也行，但最好是氦氣）。2.2異丙醇，水分含量不高于1.0mg/mL。2.3內標物，乙醇或甲醇（最低純度99%）。2.4萃取劑，含有合適濃度內標物質的異丙醇,一般為5mL/L（二者體積比為1：200）。若萃取劑儲存時溫度未經(jīng)控制，使用前應將其溫度平衡至（22±2）℃。2.5標準物質，蒸餾水或去離子水。2.6標準溶液：加入一定量的水于萃取劑（2.4）中，制備至少4個標準溶液，其濃度應覆蓋預計在樣品溶液中檢測到的水分濃度（一般最高濃度為4mg/mL），其中一個標準溶液不加水（溶劑空白）?？梢耘渲茲舛忍荻葹?，1，2，3，4mg/mL水的異丙醇溶液作為標準溶液。3儀器設備3.1氣相色譜儀，配有熱導池檢測器，記錄儀和積分儀或其它合適的數(shù)據(jù)處理裝置。3.2色譜柱，內徑2mm～4mm，長度1.5m～2m。固定相：150um（100目）～190um（80目）的PorapakQ。色譜柱最好使用去活的不銹鋼柱，其它材料如玻璃或鎳色譜柱也可以使用。也可以使用PorapakQS或Chromosorb102固定相。3.3加液器，最好是自動的，可以取需要體積的萃取劑（2.4）。加液器在加液前應至少放出50mL萃取劑沖洗。玻璃器皿和色譜瓶蓋應儲存于干燥器中直至使用。4操作步驟4.1制備待測液將吸煙機抽吸卷煙得到的總粒相物用一定體積的萃取劑（2.4）溶解，44mm玻璃纖維濾片用萃取劑20mL，92mm濾片用萃取劑50mL，應確保萃取劑浸沒濾片。只要能夠有效萃取總粒相物，也可以調整萃取液的體積以得到適合于標準曲線（請見4.3）的萃取液水分濃度。標準的卷煙抽吸請見YC/T29。4.2儀器準備按照制造商說明調整和操作氣相色譜儀（3.1），應確保水分峰、內標峰和溶劑峰完全分離，分析時間大約4min，分析之前應注入2μL萃取劑調節(jié)儀器。合適的操作條件如下：—柱箱溫度：170℃（等溫線）—進樣口溫度：250℃—檢測器溫度：250℃—載氣：氦氣，流量大約30mL/min—進樣體積：2μL注若檢測器靈敏度足夠高，也可以使用氮氣。4.3標準曲線制做將一定體積（2μL）標準溶液（2.6）注入氣相色譜儀，記錄水分和內標物（2.3）的峰面積（或峰高），此操作至少進行2次。計算水分與內標物的峰面積比（或峰高比），做出水分濃度與峰面積比的關系曲線或計算出回歸方程。4.4空白實驗由于煙氣捕集器和溶劑吸收水分，必須測定樣品空白。用另外的裝有濾片的捕集器（每100支卷煙至少2個）按與收集煙氣的捕集器相同的方法制備樣品空白。吸煙過程中將空白捕集器放在吸煙機旁邊，與樣品同樣萃取、分析。4.5測定將樣品溶液（4.3）和空白溶液（4.4）注入氣相色譜儀，計算峰面積比（或峰高比）。在同樣的條件下重復測定2次，計算平行測定的平均峰面積比（或峰高比）。注：若測定結果是由幾個通道的結果平均得到，且采用自動進樣器，可不進行平行測定。

5結果的表述用4.3條制做的標準曲線或回歸方程計算樣品萃取液和空白萃取液的水分濃度。

總粒相物的水分含量mW，以每支卷煙所含的mg數(shù)表示，由下式得出：ρWS樣品溶液的水分濃度，mg/mL；ρWB空白溶液的水分濃度，mg/mL；q吸入每個捕集器的煙支數(shù)；VES萃取劑體積。第四節(jié)煙氣總粒相物煙堿測定

一、氣相色譜法二、紫外分光光度法一、氣相色譜法

1原理：將主流煙氣的總粒相物溶解于含有內標物的萃取劑中，用氣相色譜法測定萃取液的煙堿含量，計算出總粒相物中的煙堿含量。2試劑使用分析純級試劑2.1載氣，高純氮氣或氦氣。2.2輔助氣體，空氣、高純氫氣。2.3異丙醇，水分含量不高于1.0mg/mL。2.4內標物，正十七碳烷或喹哪啶（最低純度99%）。2.5萃取劑：含有適當濃度內標物（2.4）的異丙醇，一般為0.2mg/mL~0.5mg/mL。若萃取劑存放時未控制溫度，使用之前應平衡至（22±2）℃。2.6標準物質：按照YC/T34驗證的已知純度的煙堿，于（0～4）℃避光保存。也可以使用按照YC/T34驗證的已知純度的水楊酸煙堿鹽。2.7標準溶液：將煙堿（2.6）溶解于萃取劑中制備至少4個標準溶液，其濃度范圍應覆蓋預計在樣品中檢到的濃度（一般0.02mg/mL～2.0mg/mL）。標準溶液應于（0～4）℃避光保存。低溫保存的萃取劑和溶液在使用之前應平衡至（22±2）℃。3儀器設備3.1氣相色譜儀，配有火焰離子化檢測器，記錄儀和積分儀或其它合適的數(shù)據(jù)處理設備。3.2色譜柱，內徑2mm～4mm，最佳長度1.5m～2m。色譜柱最好是玻璃的，其它材料如不銹鋼或鎳制成的色譜柱也可使用。固定相：150um（100目）～190um（80目）酸洗的硅烷化擔體上涂漬10%PEG20M+2%氫氧化鉀。4操作步驟4.1制備待測液將機器抽吸卷煙得到的煙氣冷凝物溶解于一定體積的萃取劑（2.5）中，44mm玻璃纖維濾片用20mL萃取劑，92mm玻璃纖維濾片用萃取劑50mL，應確保萃取劑浸沒濾片。只要能保證萃取效率，萃取劑的體積也可調整以給出合適的標準曲線煙堿濃度（請見4.3）。應盡快進行分析，但如果需要存放，應于（0～4）℃避光保存。4.2儀器準備按照制造商的說明調整和操作氣相色譜儀（3.1）。應確保溶劑峰、內標物峰、煙堿峰及其它煙氣組分的峰完全分離，尤其是與新植二烯的峰分離完全（它的峰有時會在煙堿峰尾部出現(xiàn)）。合適的操作條件如下：—柱箱溫度，170℃（等溫線）；—進樣口溫度，250℃；—檢測器溫度，250℃；—載氣，氦氣或氮氣，流量30mL/min；—進樣體積，2μL。采用上述條件，分析時間大約6min～8min。

4.3標準曲線制做將標準溶液（2.7）分別取2μL注入氣相色譜儀，記錄煙堿和內標物（2.4）的峰面積（或峰高），至少進行兩次測定。計算每個標準溶液煙堿與內標物的峰面積比（或峰高比），做出煙堿濃度與峰面積比的關系曲線或計算出回歸方程，應為直線關系，且通過坐標原點。用斜率進行計算。4.4測定注入一份（2μL）待測液（4.1）于氣相色譜儀，計算煙堿與內標物的峰面積比（或峰高比）。同一試樣重復測定兩次。計算兩次測定的平均比值。如果最終測定結果是取幾個通道測定結果的平均值，且采用自動進樣器，可不進行平行測定。5結果的表述用4.3條制做的標準曲線或線性回歸方程計算待測液的煙堿濃度，由煙堿濃度計算總粒相物的煙堿含量，除以抽吸的煙支數(shù)，結果mN以每支卷煙的mg數(shù)表示，每通道精確至0.01mg，平均值精確至0.1mg。注：如果在萃取劑中同時加入測水分和煙堿的內標物（乙醇和正十七碳烷），一份總粒相物萃取液可以同時測煙堿和水分。將總粒相物萃取液分別注射到連接有熱導池檢測器的水分析柱上和連接有火焰離子化監(jiān)測器的煙堿分析柱上，分別測出水分和煙堿的含量。如果使用帶有分流系統(tǒng)的雙進樣口氣相色譜儀，配備自動進樣器，可以實現(xiàn)煙堿和水分的同時自動分析。同一萃取液順序測定煙堿和水分時，應先測定水分，避免樣品吸收水分而影響水分測定結果。二、紫外分光光度法1原理：將捕集器中收集的總凝聚物溶于甲醇溶液中，分兩個階段進行蒸餾，先用無機酸將溶液酸化，蒸餾除去中性和酸性組分揮發(fā)物，再在同一溶液中加入強堿以蒸餾煙堿，用紫外分光光度計測煙堿溶液的吸光值，以計算煙堿含量。2試劑和儀器：2.1.8mol/LNaOH溶液：秤取320g分析純NaOH，溶于蒸餾水中，冷卻后稀釋到1000mL容量瓶內。2.2.1mol/L硫酸溶液：比重1.84硫酸56mL，