卷煙煙氣的基本形成(ppt 53頁(yè)).ppt

1、第十章卷煙煙氣的形成及其理化性質(zhì),第一節(jié) 煙支的燃燒 第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)吸煙條件和煙氣的收集 第三節(jié) 煙氣氣溶膠的物理特性 第四節(jié) 卷煙煙氣的主要化學(xué)成分 第五節(jié) 煙氣化學(xué)成分與煙葉化學(xué)成分的關(guān)系,第一節(jié) 煙支的燃燒,一、主流煙氣和側(cè)流煙氣 二、煙支燃燒時(shí)的溫度分布 三、煙支燃燒特性 四、主要化學(xué)反應(yīng) 五、煙氣氣溶膠的形成,一、主流煙氣和側(cè)流煙氣,1 主流煙氣MS：吸燃時(shí)產(chǎn)生的煙氣，進(jìn)入口腔，產(chǎn)生生理強(qiáng)度。 評(píng)吸卷煙時(shí)，主要是評(píng)吸MS,來(lái)判斷卷煙的香味，雜氣，刺激性，余味等的優(yōu)劣。 2 側(cè)流煙氣SS：陰燃時(shí)產(chǎn)生的煙氣，不進(jìn)入口腔,3 吸燃：動(dòng)態(tài)抽吸供氧不充分，發(fā)生不完全燃燒，所以產(chǎn)物復(fù)雜，不僅僅是二

2、氧化碳和水。因?yàn)槲紩r(shí)形成的碳化層阻止了空氣的進(jìn)入。 4 陰燃：靜態(tài)抽吸供氧較充分，是在富氧條件下燃燒，氧化反應(yīng)是主要的。 空氣主要從碳線附近的旁通區(qū)進(jìn)入，燃燒也主要發(fā)生在旁通區(qū)，所以燃燒較完全,5 旁通區(qū)：燃燒錐底部周圍的高溫燃燒區(qū)，該區(qū)燃燒溫度最高，燃燒所需的空氣大部分從這個(gè)地方通過(guò)，所以叫旁通區(qū)。 6 堵塞效應(yīng)（du se）：燃燒錐的中間部分，形成了一個(gè)致密不透氣的碳化體，氣流不易從這里通過(guò)，所以成為堵塞效應(yīng)。是相對(duì)于旁通區(qū)而言的,二、煙支燃燒時(shí)的溫度分布,溫度和氧氣是我們抽煙時(shí)不可缺少的條件，溫度和氧氣在很大程度上決定著煙氣的化學(xué)組成。 吸煙時(shí)的最高溫度是900，煙支被點(diǎn)燃的溫度是60

3、0 ，卷煙中的揮發(fā)性物質(zhì)開(kāi)始揮發(fā)進(jìn)入煙氣的溫度是300 。進(jìn)入口腔的煙氣的溫度僅30-50,煙支燃燒時(shí)的溫度分布1,煙支燃燒時(shí)的溫度分布2,煙支燃燒時(shí)O2，CO ，CO2 濃度變化,煙支燃燒時(shí)O2，CO ，CO2 濃度變化,煙支燃燒時(shí)的空氣供應(yīng)情況： 陰燃比吸燃供氧充足。 吸燃時(shí)氧氣主要是從碳線周圍的旁通區(qū)進(jìn)入，燃燒錐中心部分因?yàn)樘蓟?，形成一個(gè)相對(duì)缺氧的區(qū)域,三、煙支燃燒特性,依據(jù)煙支燃燒時(shí)的溫度分布和不同溫度區(qū)內(nèi)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，一般把一支燃燒著的煙分為3個(gè)主要的反應(yīng)區(qū) ： 高溫區(qū)，熱解蒸餾區(qū)和低溫區(qū),四、主要化學(xué)反應(yīng),1水分：煙支燃吸過(guò)程中，100時(shí)，自由水揮發(fā)出來(lái)，進(jìn)入煙氣；150時(shí)吸附

4、水釋放出來(lái)，進(jìn)入煙氣。 2含雜原子的有機(jī)物 分子中碳和雜原子（O S N）等形成的鍵比CC和CH鍵弱，高溫時(shí)先斷裂，因此含氧化合物先在裂解時(shí)釋放出來(lái)，如CO2 CO H2O，其次是H2S和NH3,3 芳香族化合物 芳環(huán)熱穩(wěn)定性較高，在熱解區(qū)，側(cè)鏈和官能團(tuán)比較不溫度先從苯環(huán)上斷裂下來(lái)，進(jìn)一步分解成氣體或揮發(fā)產(chǎn)物，冷凝后液化；芳核彼此縮合或聚合形成稠環(huán)化合物。 4自由基反應(yīng) 在煙支抽吸過(guò)程中存在自由基反應(yīng),五、煙氣氣溶膠的形成,一）氣溶膠形成過(guò)程 煙氣氣溶膠是一個(gè)十分復(fù)雜的三相體系，有固、液、氣三相構(gòu)成，每一相都是混合物，也就是說(shuō)，氣相是由多種氣體構(gòu)成的，固相和液相也分別是由多種氣體構(gòu)成的混合物。

5、其中，氣相是分散介質(zhì)，粒相和固相是分散質(zhì)，所以稱之為煙氣氣溶膠,二）氣溶膠形成機(jī)制,1主流煙氣氣溶膠形成機(jī)制： ）冷凝作用 ）晶核作用 3）聚合作用,冷凝作用：發(fā)生在煙絲上的冷凝作用。主流煙氣進(jìn)入低溫冷凝區(qū)后，被稀釋空氣冷卻，或者被較冷的煙絲冷卻，煙氣中沸點(diǎn)高，揮發(fā)性低的物質(zhì)在煙絲上冷卻，從氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)形成氣溶膠的微粒,晶核作用：發(fā)生在固體顆粒上的冷凝作用叫晶核作用。高溫燃燒過(guò)程會(huì)使一些物質(zhì)以固體顆粒的形式直接進(jìn)入煙氣氣流中，這些固體顆粒就形成了煙氣的冷凝核心（又叫晶核）。 3）聚合作用：在高溫條件下，若干個(gè)小分子物質(zhì)之間相互聚合形成更大分子量的大分子物質(zhì)的反應(yīng)。未飽和有機(jī)物和苯環(huán)較易發(fā)生聚

6、合作用,2 側(cè)流煙氣氣溶膠的形成機(jī)制 ： 側(cè)流煙氣微粒來(lái)源于熱解蒸餾區(qū)中形成的濃聚蒸汽，這種蒸汽通過(guò)局部蝕解的卷煙紙向煙支外擴(kuò)散；蒸汽一旦離開(kāi)燃燒錐便受到驟然降溫和稀釋作用，從而冷凝為側(cè)流煙氣中氣溶膠微粒,三）氣溶膠的組成,卷煙煙氣氣溶膠包括氣相和粒相兩部分，其中，粒相又包括固體顆粒和液態(tài)顆粒。 粒相部分：又叫總凝聚物（TPM），包括水分， 煙堿和焦油。 焦油DAR（干焦油DRY DAR）：TPM水分煙堿 濕焦油（WPM）或粗焦油（CPM）：TPM煙堿,氣相部分：包括來(lái)自空氣的一些氣體；直接由煙葉中揮發(fā)進(jìn)入煙氣的物質(zhì)；煙葉燃燒后產(chǎn)生的氣態(tài)分子；水蒸汽,第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)吸煙條件和煙氣的收集,一 標(biāo)準(zhǔn)

7、吸煙條件 二 主流煙氣的收集 三 側(cè)流煙氣的收集,一 標(biāo)準(zhǔn)吸煙條件,一）對(duì)吸煙機(jī)的要求 （二）大氣環(huán)境要求,一）對(duì)吸煙機(jī)的要求,吸煙機(jī)壓降： 壓降：煙支抽吸時(shí)，外界1個(gè)大氣壓的空氣流經(jīng)煙支時(shí)，由于燃吸阻力而會(huì)使卷煙氣流的壓力下降，壓力下降的程度就叫壓降。吸煙機(jī)的壓降不超過(guò)300Pa,2.抽吸頻率和持續(xù)抽吸時(shí)間 每口抽吸持續(xù)時(shí)間為2.00.05 抽吸頻率：每抽吸1口（2），停頓58，然后再抽下一口，也就是說(shuō)，1min完成一次循環(huán)：包括抽吸2，陰燃58,3抽吸容量：在標(biāo)準(zhǔn)的吸煙環(huán)境里，1KPa降裝置，每口抽吸標(biāo)準(zhǔn)容量為35mL0.15mL。 4抽吸流量圖：未點(diǎn)燃卷煙在標(biāo)準(zhǔn)吸煙機(jī)上的抽吸流量圖應(yīng)為鐘

8、形，最大流量在8-1.2s之間,二）大氣環(huán)境要求,1調(diào)節(jié)大氣：調(diào)節(jié)卷煙平衡的大氣調(diào)節(jié)。一般規(guī)定為：溫度：221，濕度：602，大氣壓：9610KPa（接近大氣壓） 2測(cè)試大氣：吸煙機(jī)吸煙時(shí)的大氣環(huán)境，即吸煙機(jī)所在房間的大氣環(huán)境。要求和調(diào)節(jié)卷煙平衡的調(diào)節(jié)大氣環(huán)境相一致，但允許誤差范圍要大一些。222 ，濕度：605,3調(diào)節(jié)時(shí)間：抽吸前調(diào)節(jié)卷煙主要是調(diào)節(jié)煙支的平衡水分。一般48的調(diào)節(jié)時(shí)間足夠達(dá)到水分平衡。平衡標(biāo)準(zhǔn)：試樣質(zhì)量3內(nèi)的相對(duì)變化不大于0.2,二 主流煙氣的收集,一)劍橋?yàn)V片 劍橋?yàn)V片（Cambridge filter）是用有機(jī)黏合劑（聚丙烯酸酯）固定起來(lái)的玻璃纖維濾片。在標(biāo)準(zhǔn)吸煙條件下劍橋

9、濾片能保留99.7%的煙堿,二)靜電沉積器 它由一個(gè)中心的正電極圍以圓柱形的負(fù)電極所組成。電壓可高達(dá)25kV的正極產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，帶電荷的煙氣氣溶膠穿過(guò)這個(gè)電場(chǎng)，帶正電荷的微粒就被收集在負(fù)極上。氣相組分通過(guò)捕集器需用其他方法加以收集,1.卷煙嘴；2.中央電極（正極）；3.出口至減壓區(qū)；4.高壓進(jìn)口 （本圖選自第36屆化學(xué)家研究討論會(huì)論文選） （Golay, P., A. Guardet, and R. Regamey., 1959,三)噴射撞擊捕集器 這種裝置是根據(jù)噴射撞擊原理工作的，煙氣氣溶膠在高速下通過(guò)微孔使其撞擊在距離很近的一塊平面上,四)冷阱,五)固體吸附劑,用于煙氣分析的固體吸附劑 (

10、F. Dabe., and C. R. Green., 1985,六)溶劑捕集器,溶劑捕集器舉例 (F. Dabe., and C. R. Green., 1985,三 側(cè)流煙氣的收集,一)收集裝置,二)捕集裝置,見(jiàn)下圖,收集裝置,收集裝置,裝配好的捕集器 捕集器的切面圖,攪拌式捕集器 （本圖選自第36屆國(guó)際煙草化學(xué)家研究討論會(huì)論文選） （Harris, J. L. 等，1978,捕集裝置,第三節(jié) 煙氣氣溶膠的物理特性,一、粒子大小(平均直徑0.20.6m,某些煙氣中的微粒直徑 （F. Dabe., and C. R. Green., 1985,二、粒數(shù)濃度 在一給定體積的氣溶膠中的粒子數(shù)稱為

11、粒數(shù)濃度。卷煙煙氣的平均粒數(shù)濃度為1.3310 10個(gè)/cm3，這意味著新鮮的卷煙煙氣粒子與其最接近的粒子間的平均距離為4.2m，或者粒子與相鄰粒子之間的距離約為20個(gè)粒子的直徑,三、粒子電荷,煙氣被認(rèn)為是輕度帶電荷的氣溶膠，而從整體來(lái)說(shuō)是呈電中性的。粒子所帶的電荷數(shù)與粒子大小和煙氣的陳化有關(guān),第四節(jié) 卷煙煙氣的主要化學(xué)成分,粒相物質(zhì)包括非揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)，一般稱為總粒相物（TPM）。因其含有水分，也稱為濕焦油或粗焦油（WPM或CPM）?？偭Ｏ辔餃p去其中的水分，稱為干粒相物（DPM）；再減去其中的煙堿，即為焦油或干焦油（TAR或 DRY TAR）。 焦油：卷煙在特定的條件下燃吸后捕集在一個(gè)

12、標(biāo)準(zhǔn)的劍橋?yàn)V片上的主流煙氣部分，從中減去水分和煙堿，剩下的就是焦油，單位以mg/支來(lái)表示,一、主流煙氣的化學(xué)成分,二、氣相組分的化學(xué)成分,三、粒相組分的化學(xué)成分,三、粒相組分的化學(xué)成分(續(xù),四、側(cè)流煙氣和主流煙氣中化學(xué)成分的比較,第五節(jié) 煙氣化學(xué)成分與煙葉化學(xué)成分的關(guān)系,1煙葉主要成分在高溫下的變化 (1)糖類 除微量的單糖能在煙氣中發(fā)現(xiàn)外，其余的低聚糖、淀粉、纖維素、果膠質(zhì)等，大部分氧化成二氧化碳和一氧化碳，小部分熱解合成為醛類、酮類、呋喃、芳烴、稠環(huán)芳烴等化合物。糖類還是煙氣中酚類的主要來(lái)源,2)含氮化合物 煙葉中的蛋白質(zhì)和氨基酸等含氮化合物，高溫裂解主要轉(zhuǎn)化為含氮雜環(huán)化合物如吡啶類、吡咯類、喹啉類，還可生成氨、胺類及少量的酚類、含氧雜環(huán)化合物,3)煙堿 煙堿的裂解產(chǎn)物大多數(shù)是含氮雜環(huán)化合物，如吡啶、吡咯、喹啉及其衍生物，其