专利名称：卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法
技术领域：
本发明属于气溶胶的采集与分析领域，具体涉及一种将主流烟气中不同颗粒大小的气溶胶粒子依照设定的粒径区间分别采集的方法，即一种卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法。
背景技术：
现有的自动吸烟机只能采集卷烟主流烟气的总颗粒物。现有的气溶胶分级采样技术的核心是颗粒惯性撞击，主要设备有安德森八级采样器和M0DIS。其基本原理是采样器由预分离器和多个采样板层叠而成。当含颗粒物气体以一定速度由喷嘴喷出后，颗粒粒径越大，惯性越大，惯性大的大颗粒与捕集板碰撞被沉积下来，而惯性较小的颗粒则随气流绕过捕集板进入下一级喷嘴。因下一级喷嘴较上一级小，气流速度提高，因而颗粒动能增加， 惯性较大的颗粒与捕集板碰撞而被沉积，而惯性较小的颗粒继续向下级运动。经过后续称量和分析，可以获得气溶胶的粒径质量分布以及不同粒径颗粒的化学组成等信息。现有的多级采样器都需要保持较大的恒定气流速度才能正常工作状态。比如安德森八级采样器的恒定流速为28. 3L/min, M0UDI 采样器的恒定流速为30L/min或IOL/ min0卷烟的模拟抽吸具有流量小且间歇操作等特点，因此气溶胶分级采样技术无法直接应用到卷烟主流烟气气溶胶的分级采集。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法， 实现吸烟机和气溶胶多级采样器的联用本发明采用以下技术方案一种卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，包括以下步骤(1)卷烟在烟气发生装置上产生主流烟气气溶胶；(2)无颗粒的洁净空气以连续、主路方式被动进入气体流量平衡器，同时，主流烟气气溶胶以间隔、旁路方式主动进入气体流量平衡器；(3)洁净空气或者洁净空气与主流烟气气溶胶的混合气体以恒定气流速度被动进入气溶胶多级采样器；(4)气溶胶多级采样器内设气流速度控制系统，该气流速度控制系统根据采样器的工作指标设定相应的气流速度；(5)主流烟气气溶胶在气溶胶多级采样器中按照粒径区间分级富集。进一步地，所述烟气发生装置包括卷烟固定端口、活塞端口、烟气出口和阀，所述阀分别与卷烟固定端口、活塞端口、和烟气出口连接，所述活塞端口外连一活塞装置，所述烟气出口外连气体流量平衡器。进一步地，所述阀为电磁三通阀。进一步地，所述活塞装置为注射器。
进一步地，当活塞抽气时，主流烟气从卷烟固定端口通过活塞端口进入活塞装置； 当活塞压缩时，主流烟气从活塞装置流出，通过烟气出口进入气流平衡器。进一步地，所述卷烟固定端口与活塞端口之间为最短气路连接；所述活塞端口与烟气出口之间为最短气路连接。进一步地，所述步骤O)中的无颗粒的洁净空气通过过滤器得到。进一步地，所述步骤中的气流速度控制系统包括流量计、限流阀和真空泵，混合气体依次通过流量计、限流阀、真空泵后气流速度达到采样器的工作指标。本发明克服了自动吸烟机和气溶胶多级采样器联用的两个技术障碍气体流量大小差异；连续气流和间歇气流差异。可实现气溶胶多级采样器对主流烟气的分级采集。
图1为本发明涉及的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法中烟气发生装置示意图。图2本发明涉及的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法中改装主流烟气气路示意3本发明涉及的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法中烟气发生装置和气溶胶多级采样器的连接模块示意图。图4为本发明涉及的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集的气路连接示意图。图5为某型号卷烟主流烟气经本发明涉及的方法采集后气溶胶的质量-粒径区间分布。图6为某型号卷烟主流烟气经本发明涉及的方法采集后气溶胶中苯并[a]芘的质量-粒径区间分布。
具体实施例方式结合图4，为本发明涉及的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分集采集的流程图。包括烟气发生装置1、气体流量平衡器3、气溶胶多级采样器4，采集方法为以下步骤(1)卷烟在烟气发生装置1上产生主流烟气气溶胶；(2)无颗粒的洁净空气以连续、主路方式被动进入气体流量平衡器3，同时，主流烟气气溶胶以间隔、旁路方式主动进入气体流量平衡器3 ；(3)洁净空气或者洁净空气与主流烟气气溶胶的混合气体以恒定气流速度被动进入气溶胶多级采样器4;(4)气溶胶多级采样器4内设气流速度控制系统，该气流速度控制系统根据采样器4的采样要求设定相应的气流速度；(5)主流烟气气溶胶在气溶胶多级采样器4中按照粒径区间分级富集。其中，主流烟气为吸气时当空气通过香烟时形成的主流气体。本发明中的主流烟气气溶胶由特别设计的烟气发生装置1产生。见图1-2，所述烟气发生装置1包括卷烟固定端口 11、活塞端口 12、烟气出口 13和阀14，所述阀14分别与卷烟固定端口 11、活塞端口 12、和烟气出口 13连接，所述活塞端口 12外连一活塞装置，所述烟气出口 13外连气体流量平衡器3。优选地，所述阀14为电磁三通阀。所述活塞装置为注射器，也可以是泵装置，能抽吸和释放主流烟气即可。电磁三通阀只能实现卷烟-注射器或注射器-气溶胶多级采样器4两两相通。当活塞抽气时，主流烟气从卷烟固定端口 11通过活塞端口 12进入活塞装置；当活塞压缩时，主流烟气从活塞装置流出，通过烟气出口 13进入气流平衡器3。所述卷烟固定端口 11与活塞端口 12之间为最短气路连接；所述活塞端口 12与烟气出口 13之间为最短气路连接。见图2，气路都为直路连接，或者以直角形式改变方向。烟气发生装置1中的气路由软管组成，在这里主流烟气浓度和温度都很高，颗粒之间很容易发生碰并凝集，从而改变颗粒的大小和数浓度，最短气路使碰并凝集的影响降至最小。步骤O)中，气体流量平衡器3由两个入口 31、32，见图3，一个入口 31让无颗粒的洁净空气以连续、主路方式被动进入，也就是说气溶胶采样器4的气流主要从气体流量平衡器3主路路径而来，可以通过在该入口 31设泵装置，以抽吸的方式将洁净空气以连续不断的大流量方式进入到气体流量平衡器3，能保证气体流量平衡器3持续提供给气溶胶采样器4大流量的气体。另一个入口 32让主流烟气气溶胶以间隔、旁路(支路)方式主动进入，主流烟气的气流是断断续续的，且浓度大而流量小。当以平衡器3为主路，主流烟气为旁路可避免主流烟气通道关闭时对气溶胶采样器系统气压和流量的干扰。由于主流烟气是旁路通道，通道中没有负压，主流烟气依靠注射器的压缩作用送入平衡器3。气体流量平衡器3在保证提供源源不断的气体的同时(即气流流量得到保证)，又为主流烟气提供了缓冲的条件。气体流量平衡器3采用一般的容器即可，其作用包括缓冲、防止颗粒凝聚，可以在气体流量平衡器3接收洁净空气的入口 31处设高效颗粒物过滤器2，空气先进入过滤器 2进行过滤，得到无颗粒的洁净空气，再进入气体流量平衡器3。当旁路无主流烟气，气体流量平衡器3中充满洁净空气；当旁路经过主流烟气，气体流量平衡器3中充满洁净空气与主流烟气气溶胶的混合气体。洁净空气或混合气体从气体流量平衡器3输出后，先会经过一次气体流速调控， 满足进入气溶胶采样器4的流量要求。气溶胶采样器4内还设气流速度控制系统，包括流量计5、限流阀6和真空泵7，混合气体依次通过流量计5、限流阀6、真空泵7后气流速度达到采样器4的工作指标。气溶胶多级采样器4可采用商业多级采样器。由于多级采样器4都需要保持有较大的恒定气流输入(速度)才能在正常工作状态，而以一般方法产生的主流烟气由于间歇式而不恒定，无法达到采样器4的工作要求，致使最终采样器4得不到(无法绘出)主流烟气的粒径分布情况。本发明对烟气发生装置进行了改造，让主流烟气以旁路的方式先进入气流平衡器3，得到缓冲，再连同主路上的洁净空气一同进入采样器4进行采样。图5、6分别是烟气发生装置与安德森八级采样器如图方式连接布置后的实验结果。
权利要求
1.一种卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，其特征是包括以下步骤(1)卷烟在烟气发生装置上产生主流烟气气溶胶；(2)无颗粒的洁净空气以连续、主路方式被动进入气体流量平衡器，同时，主流烟气气溶胶以间隔、旁路方式主动进入气体流量平衡器；(3)洁净空气或者洁净空气与主流烟气气溶胶的混合气体以恒定气流速度被动进入气溶胶多级采样器；(4)气溶胶多级采样器内设气流速度控制系统，该气流速度控制系统根据采样器的工作指标设定相应的气流速度；(5)主流烟气气溶胶在气溶胶多级采样器中按照粒径区间分级富集。
2.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，其特征是所述烟气发生装置包括卷烟固定端口、活塞端口、烟气出口和阀，所述阀分别与卷烟固定端口、 活塞端口、和烟气出口连接，所述活塞端口外连一活塞装置，所述烟气出口外连气体流量平衡器。
3.根据权利要求2所述的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，其特征是所述阀为电磁三通阀。
4.根据权利要求2所述的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，其特征是所述活塞装置为注射器。
5.根据权利要求2所述的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，其特征是当活塞抽气时，主流烟气从卷烟固定端口通过活塞端口进入活塞装置；当活塞压缩时，主流烟气从活塞装置流出，通过烟气出口进入气流平衡器。
6.根据权利要求2所述的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，其特征是所述卷烟固定端口与活塞端口之间为最短气路连接；所述活塞端口与烟气出口之间为最短气路连接。
7.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，其特征是所述步骤O)中的无颗粒的洁净空气通过过滤器得到。
8.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，其特征是所述步骤中的气流速度控制系统包括流量计、限流阀和真空泵，混合气体依次通过流量计、 限流阀、真空泵后气流速度达到采样器的工作指标。
全文摘要
本发明公开了一种卷烟主流烟气气溶胶的粒径分级采集方法，包括以下步骤(1)卷烟在烟气发生装置上产生主流烟气气溶胶；(2)无颗粒的洁净空气以连续、主路方式被动进入气体流量平衡器，同时，主流烟气气溶胶以间隔、旁路方式主动进入气体流量平衡器；(3)洁净空气或者洁净空气与主流烟气气溶胶的混合气体以恒定气流速度被动进入气溶胶多级采样器；(4)气溶胶多级采样器内设气流速度控制系统，该气流速度控制系统根据采样器的工作指标设定相应的气流速度；(5)主流烟气气溶胶在气溶胶多级采样器中按照粒径区间分级富集。本发明克服了自动吸烟机和气溶胶多级采样器联用的两个技术障碍气体流量大小差异；连续气流和间歇气流差异。可实现气溶胶多级采样器对主流烟气的分级采集。
文档编号G01N1/18GK102419272SQ20111023682
公开日2012年4月18日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者刘百战, 王亮, 郑赛晶, 陈敏 申请人:上海烟草集团有限责任公司