第十一章 煙氣分析實(shí)驗(yàn)

第十一章煙氣分析實(shí)驗(yàn)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(cè)定第三節(jié)煙氣總粒相物水分測(cè)定第四節(jié)煙氣總粒相物煙堿測(cè)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(lái)自于燃燒后的煙葉及添加物質(zhì)、輔助材料，因此與煙葉成分有差異，通過(guò)分析煙氣，可以更全面更直接的了解卷煙和煙葉品質(zhì)。2.了解煙氣理化性質(zhì)，有利于評(píng)價(jià)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(jìn)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(cè)流煙氣:煙支陰燃產(chǎn)生的煙氣，包括氣相部分和粒相部分。3.環(huán)境煙氣：吸煙時(shí)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(fù)雜，包括成千上萬(wàn)中化學(xué)物質(zhì)，固液氣三相并存，是典型的復(fù)雜體系。第二節(jié)煙氣總粒相物（TPM）測(cè)定

一、了解幾個(gè)術(shù)語(yǔ)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(nèi)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(yàn)原理抽取卷煙、調(diào)節(jié)水分。在自動(dòng)吸煙機(jī)上抽吸卷煙，同時(shí)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(zhì)量。三、試驗(yàn)儀器：常規(guī)分析用吸煙機(jī)，劍橋?yàn)V片，捕集器，手套（棉質(zhì)或無(wú)滑石粉手套），分析天平，長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x（精確至0.5mm），調(diào)節(jié)箱。四、總粒相物的測(cè)定1取樣:隨機(jī)從實(shí)驗(yàn)室樣品的每個(gè)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(yīng)至少為抽吸煙支數(shù)的2.5倍。2調(diào)節(jié)將所有供試煙支在規(guī)定的調(diào)節(jié)大氣中調(diào)節(jié)（主要是調(diào)節(jié)水分以達(dá)到平衡水分狀態(tài)），調(diào)節(jié)時(shí)間最短48h，最長(zhǎng)10天。2.1調(diào)節(jié)大氣：溫度(22±1)℃,相對(duì)濕度（60±2）%，大氣壓（96±10）kPa.2.2測(cè)試大氣：供測(cè)試大氣環(huán)境必須和調(diào)節(jié)大氣環(huán)境相同，但允許公差略寬。溫度(22±2)℃,相對(duì)濕度（60±5）%注：調(diào)節(jié)大氣是調(diào)節(jié)煙支時(shí)的環(huán)境大氣；測(cè)試大氣是吸煙機(jī)工作的環(huán)境大氣。3煙支的挑選3.1重量挑選：將調(diào)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(nèi)的煙支為重量合格煙支。3.2吸阻挑選：測(cè)定100支重量合格煙支的平均吸阻，選取平均吸阻±49Pa范圍內(nèi)的煙支為吸阻合格煙支。4煙蒂長(zhǎng)度的標(biāo)記4.1煙蒂長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)煙蒂長(zhǎng)度應(yīng)為下列三種長(zhǎng)度中的最大者：——23mm；——濾嘴長(zhǎng)+8mm；——接裝紙長(zhǎng)+3mm。4.2濾嘴長(zhǎng)度的測(cè)量濾嘴長(zhǎng)度是10支卷煙的平均值，測(cè)定精確至0.5mm，4.3接裝紙長(zhǎng)度的測(cè)量所指接裝紙長(zhǎng)度是10支卷煙的平均值，測(cè)定精確至0.5mm。4.4煙蒂長(zhǎng)度的標(biāo)記在卷煙嘴端標(biāo)準(zhǔn)煙蒂長(zhǎng)度處，用細(xì)軟頭筆或鉛筆劃線，精確至0.5mm。五、煙氣捕集器的準(zhǔn)備在所有操作中，操作者應(yīng)配戴手套以免手指污染。將已經(jīng)在測(cè)試大氣中調(diào)節(jié)至少12小時(shí)的濾片放入濾片夾持器中，濾片粗糙的一面應(yīng)面向進(jìn)入的煙氣，合上濾片夾持器，稱取裝配好的煙氣捕集器的質(zhì)量，精確至0.1mg。六、吸煙機(jī)的準(zhǔn)備1開(kāi)機(jī)，置于自動(dòng)抽吸狀態(tài)預(yù)熱至少20min。2抽吸持續(xù)時(shí)間校正將抽吸持續(xù)時(shí)間校正到2秒±0.05秒。3抽吸頻率校正將抽吸頻率調(diào)整到58秒±0.5秒。抽吸頻率：連續(xù)兩口抽吸動(dòng)作之間間隔的時(shí)間。4抽吸容量校正利用皂膜流量計(jì)皂膜的位移校正每個(gè)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(diào)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(nèi)的有孔墊片，點(diǎn)火開(kāi)始吸煙。當(dāng)燃燒到煙蒂標(biāo)記處時(shí)，用剪刀剪斷燃燒錐。一次抽吸過(guò)程結(jié)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(dòng)煙灰，以免干擾卷煙燃燒，應(yīng)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(fù)抽吸過(guò)程，直至將預(yù)定數(shù)量的卷煙抽吸完畢。6總粒相物的測(cè)定6.1全部卷煙抽吸結(jié)束后，立即從吸煙機(jī)上取下煙氣捕集器（帶手套）。放入干燥器內(nèi)密封，送到天平室稱量煙氣捕集器的質(zhì)量，精確至0.1mg。6.1取出劍橋?yàn)V片，檢查每個(gè)濾片背后是否有因穿濾或破損造成的黃斑，若有應(yīng)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(jì)算每通道總粒相物的質(zhì)量mTPM，以每支卷煙的毫克數(shù)表示，按下列公式計(jì)算：式中：m0-抽吸前煙氣捕集器的質(zhì)量，單位毫克（mg）；m1-抽吸后煙氣捕集器的質(zhì)量，單位毫克(mg)；q-吸入每個(gè)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(gè)煙氣捕集器，取下煙氣捕集器密封裝置（必須戴手套）。打開(kāi)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(nèi)壁，放入三角瓶中，移取溶劑（含有煙堿和水分測(cè)定內(nèi)標(biāo)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(dòng)振蕩器上輕輕振蕩30min，確保不要將濾片振碎?？梢哉{(diào)整振蕩時(shí)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(cè)定的空白煙氣捕集器。第三節(jié)煙氣總粒相物水分測(cè)定

卷煙主流煙氣總粒相物中水分測(cè)定方法有兩種：氣相色譜法和卡爾·費(fèi)修法。注：國(guó)標(biāo)法規(guī)定使用氣相色譜法，如果沒(méi)有條件，則可以使用卡爾費(fèi)休法測(cè)定總粒相物中的水分?？枴べM(fèi)休法測(cè)出的水分結(jié)果同樣有效，但應(yīng)在結(jié)果中注解說(shuō)明。氣相色譜法測(cè)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(nèi)標(biāo)物的萃取劑中，用氣相色譜法測(cè)定萃取液的水分含量，計(jì)算出總粒相物中的水分含量。2.試劑使用分析純級(jí)試劑。2.1載氣：氦氣（高純度氮?dú)庖残?，但最好是氦氣）?.2異丙醇，水分含量不高于1.0mg/mL。2.3內(nèi)標(biāo)物，乙醇或甲醇（最低純度99%）。2.4萃取劑，含有合適濃度內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的異丙醇,一般為5mL/L（二者體積比為1：200）。若萃取劑儲(chǔ)存時(shí)溫度未經(jīng)控制，使用前應(yīng)將其溫度平衡至（22±2）℃。2.5標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，蒸餾水或去離子水。2.6標(biāo)準(zhǔn)溶液：加入一定量的水于萃取劑（2.4）中，制備至少4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度應(yīng)覆蓋預(yù)計(jì)在樣品溶液中檢測(cè)到的水分濃度（一般最高濃度為4mg/mL），其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液不加水（溶劑空白）。可以配制濃度梯度為0，1，2，3，4mg/mL水的異丙醇溶液作為標(biāo)準(zhǔn)溶液。3儀器設(shè)備3.1氣相色譜儀，配有熱導(dǎo)池檢測(cè)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(nèi)徑2mm～4mm，長(zhǎng)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(dòng)的，可以取需要體積的萃取劑（2.4）。加液器在加液前應(yīng)至少放出50mL萃取劑沖洗。玻璃器皿和色譜瓶蓋應(yīng)儲(chǔ)存于干燥器中直至使用。4操作步驟4.1制備待測(cè)液將吸煙機(jī)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(yīng)確保萃取劑浸沒(méi)濾片。只要能夠有效萃取總粒相物，也可以調(diào)整萃取液的體積以得到適合于標(biāo)準(zhǔn)曲線（請(qǐng)見(jiàn)4.3）的萃取液水分濃度。標(biāo)準(zhǔn)的卷煙抽吸請(qǐng)見(jiàn)YC/T29。4.2儀器準(zhǔn)備按照制造商說(shuō)明調(diào)整和操作氣相色譜儀（3.1），應(yīng)確保水分峰、內(nèi)標(biāo)峰和溶劑峰完全分離，分析時(shí)間大約4min，分析之前應(yīng)注入2μL萃取劑調(diào)節(jié)儀器。合適的操作條件如下：—柱箱溫度：170℃（等溫線）—進(jìn)樣口溫度：250℃—檢測(cè)器溫度：250℃—載氣：氦氣，流量大約30mL/min—進(jìn)樣體積：2μL注若檢測(cè)器靈敏度足夠高，也可以使用氮?dú)狻?.3標(biāo)準(zhǔn)曲線制做將一定體積（2μL）標(biāo)準(zhǔn)溶液（2.6）注入氣相色譜儀，記錄水分和內(nèi)標(biāo)物（2.3）的峰面積（或峰高），此操作至少進(jìn)行2次。計(jì)算水分與內(nèi)標(biāo)物的峰面積比（或峰高比），做出水分濃度與峰面積比的關(guān)系曲線或計(jì)算出回歸方程。4.4空白實(shí)驗(yàn)由于煙氣捕集器和溶劑吸收水分，必須測(cè)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(gè)）按與收集煙氣的捕集器相同的方法制備樣品空白。吸煙過(guò)程中將空白捕集器放在吸煙機(jī)旁邊，與樣品同樣萃取、分析。4.5測(cè)定將樣品溶液（4.3）和空白溶液（4.4）注入氣相色譜儀，計(jì)算峰面積比（或峰高比）。在同樣的條件下重復(fù)測(cè)定2次，計(jì)算平行測(cè)定的平均峰面積比（或峰高比）。注：若測(cè)定結(jié)果是由幾個(gè)通道的結(jié)果平均得到，且采用自動(dòng)進(jìn)樣器，可不進(jìn)行平行測(cè)定。

5結(jié)果的表述用4.3條制做的標(biāo)準(zhǔn)曲線或回歸方程計(jì)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(gè)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(cè)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(nèi)標(biāo)物的萃取劑中，用氣相色譜法測(cè)定萃取液的煙堿含量，計(jì)算出總粒相物中的煙堿含量。2試劑使用分析純級(jí)試劑2.1載氣，高純氮?dú)饣蚝狻?.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(nèi)標(biāo)物，正十七碳烷或喹哪啶（最低純度99%）。2.5萃取劑：含有適當(dāng)濃度內(nèi)標(biāo)物（2.4）的異丙醇，一般為0.2mg/mL~0.5mg/mL。若萃取劑存放時(shí)未控制溫度，使用之前應(yīng)平衡至（22±2）℃。2.6標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：按照YC/T34驗(yàn)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(yàn)證的已知純度的水楊酸煙堿鹽。2.7標(biāo)準(zhǔn)溶液：將煙堿（2.6）溶解于萃取劑中制備至少4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度范圍應(yīng)覆蓋預(yù)計(jì)在樣品中檢到的濃度（一般0.02mg/mL～2.0mg/mL）。標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)于（0～4）℃避光保存。低溫保存的萃取劑和溶液在使用之前應(yīng)平衡至（22±2）℃。3儀器設(shè)備3.1氣相色譜儀，配有火焰離子化檢測(cè)器，記錄儀和積分儀或其它合適的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。3.2色譜柱，內(nèi)徑2mm～4mm，最佳長(zhǎng)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(dān)體上涂漬10%PEG20M+2%氫氧化鉀。4操作步驟4.1制備待測(cè)液將機(jī)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(yīng)確保萃取劑浸沒(méi)濾片。只要能保證萃取效率，萃取劑的體積也可調(diào)整以給出合適的標(biāo)準(zhǔn)曲線煙堿濃度（請(qǐng)見(jiàn)4.3）。應(yīng)盡快進(jìn)行分析，但如果需要存放，應(yīng)于（0～4）℃避光保存。4.2儀器準(zhǔn)備按照制造商的說(shuō)明調(diào)整和操作氣相色譜儀（3.1）。應(yīng)確保溶劑峰、內(nèi)標(biāo)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(shí)會(huì)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(jìn)樣口溫度，250℃；—檢測(cè)器溫度，250℃；—載氣，氦氣或氮?dú)?，流?0mL/min；—進(jìn)樣體積，2μL。采用上述條件，分析時(shí)間大約6min～8min。

4.3標(biāo)準(zhǔn)曲線制做將標(biāo)準(zhǔn)溶液（2.7）分別取2μL注入氣相色譜儀，記錄煙堿和內(nèi)標(biāo)物（2.4）的峰面積（或峰高），至少進(jìn)行兩次測(cè)定。計(jì)算每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液煙堿與內(nèi)標(biāo)物的峰面積比（或峰高比），做出煙堿濃度與峰面積比的關(guān)系曲線或計(jì)算出回歸方程，應(yīng)為直線關(guān)系，且通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。用斜率進(jìn)行計(jì)算。4.4測(cè)定注入一份（2μL）待測(cè)液（4.1）于氣相色譜儀，計(jì)算煙堿與內(nèi)標(biāo)物的峰面積比（或峰高比）。同一試樣重復(fù)測(cè)定兩次。計(jì)算兩次測(cè)定的平均比值。如果最終測(cè)定結(jié)果是取幾個(gè)通道測(cè)定結(jié)果的平均值，且采用自動(dòng)進(jìn)樣器，可不進(jìn)行平行測(cè)定。5結(jié)果的表述用4.3條制做的標(biāo)準(zhǔn)曲線或線性回歸方程計(jì)算待測(cè)液的煙堿濃度，由煙堿濃度計(jì)算總粒相物的煙堿含量，除以抽吸的煙支數(shù)，結(jié)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(shí)加入測(cè)水分和煙堿的內(nèi)標(biāo)物（乙醇和正十七碳烷），一份總粒相物萃取液可以同時(shí)測(cè)煙堿和水分。將總粒相物萃取液分別注射到連接有熱導(dǎo)池檢測(cè)器的水分析柱上和連接有火焰離子化監(jiān)測(cè)器的煙堿分析柱上，分別測(cè)出水分和煙堿的含量。如果使用帶有分流系統(tǒng)的雙進(jìn)樣口氣相色譜儀，配備自動(dòng)進(jìn)樣器，可以實(shí)現(xiàn)煙堿和水分的同時(shí)自動(dòng)分析。同一萃取液順序測(cè)定煙堿和水分時(shí)，應(yīng)先測(cè)定水分，避免樣品吸收水分而影響水分測(cè)定結(jié)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(gè)階段進(jìn)行蒸餾，先用無(wú)機(jī)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(qiáng)堿以蒸餾煙堿，用紫外分光光度計(jì)測(cè)煙堿溶液的吸光值，以計(jì)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?jī)?nèi)。2.2.1mol/L硫酸溶液：比重1.84硫酸56mL，