专利名称：热重分析仪与剑桥滤片—吸收瓶联用装置及捕集逸出气体的方法
技术领域：
本发明涉及一种分析化学前处理手段。具体讲是运用剑桥滤片一吸收瓶联用装置以捕集热重逸出气体，以实现对物质热解逸出气体中的挥发性物质进行定性和半定量分析。
背景技术：
目前，对卷烟燃烧过程进行模拟的各种技术中，较为典型的一种为在线裂解气相色谱/质谱(Py-GC/MS)联用技术。在线裂解气相色谱/质谱(Py-GC/MS)联用技术虽已广泛应用于单体添加剂、烟草中主要化学组分等的裂解机理、转移规律的研究，但在热裂解仪分析样品的高温裂解行为时，由于样品用量非常小，且只能提供样品在特定温度点下的裂解信息，热裂解仪分析结果不能反映样品在整个升温过程中逸出产物的连续变化情况。热重分析仪是一种在程序升温下测量样品质量与温度变化关系的一种热分析技术，具有仪器操作简便快速、准确度和灵敏度高、试样微量化等优点，已广泛应用于无机、有机、化工、食品等诸多领域。热重分析仪在惰性氛围下加热可模拟卷烟燃烧的无氧环境，程序升温过程则可部分模拟卷烟的燃烧过程。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有热重分析仪及其联用技术不能有效地对热解逸出产物进行分离分析的问题，发明一种将剑桥滤片一吸收瓶联用装置，并将该装置应用于热重逸出气体的捕集，实现对逸出气体中的物质进行定性和半定量分析。本发明的目的还在于，提高热重逸出气体中挥发性物质的捕集效率。剑桥滤片对烟气粒相物具有较好的捕集效果，而吸收液则对烟气气相物具有较好的捕集效果，将剑桥滤片与吸收瓶串联起来使用，可全面捕集热重逸出气中的挥发性物质。本发明的目的还在于，捕集后的物质，可针对其不同的性质而采用不同的仪器进行分析，与采用固有的分析仪器的联用装置(如Py-GC/MS)相比，具有明显的优势。本发明可通过以下技术方案来实现一种热重分析仪与剑桥滤片一吸收瓶联用装置，其特征在于所述装置包括热重分析仪及其自带的外部控温单元(4)、载气流量计、玻璃管(5)、剑桥滤片单元(6)、吸收瓶(7)，在热重分析仪炉体的出口处先连接一根玻璃管 (5)，以将陶瓷管引出，在玻璃管(5)的另一端依次接有一个剑桥滤片单元(6)和一个吸收瓶(7)，形成串联结构剑桥滤片一吸收瓶联用装置，其中，剑桥滤片单元(6)由两支微型注射器壳体当中放直径为IOmm的剑桥滤片或1/4块直径为44mm的剑桥滤片，两端用铁夹将两壳体夹紧构成。所述吸收瓶(7)中使用的吸收液(8)则依据被捕集物质的性质而选择。将拟检测物质放置于热重分析仪中的热重钼坩埚样品架(3)上，在惰性氛围下进行程序升温裂解，在热重分析仪的炉体出口处先连接一根玻璃管(5)，以将陶瓷管引出，在玻璃管(5)的另一端依序接一个剑桥滤片单元(6)和一个吸收瓶(7)，形成串联连接的剑桥滤片一吸收液联用结构，拟检测物质受热分解释放出的挥发性物质，经过剑桥滤片一次捕集后，再通过吸收液进行二次捕集，来同时捕集热重逸出气体中的挥发性物质，并将捕集气体中的挥发性物质，进行常规检测分折，获得准确数据。所述惰性氛围为氮气。本发明热重分析和剑桥滤片-吸收瓶联用装置中采用剑桥滤片和吸收液两种捕集方式串联使用的目的在于剑桥滤片仅对烟气中的粒相物具有较好的捕集效果，而吸收液则对烟气中的挥发性物质具有较好的捕集效果，故将两种捕集方式结合起来使用，可有效提高捕集效率。本发明装置具有以下特点1.不同的捕集方式对不同的挥发性物质的的捕集效果不同，将两种捕集方式串联使用，可弥补单一的捕集方式不能对挥发性物质完全捕集的缺陷。2.该联用装置，还可用于烟丝热重逸出气体中挥发性物质的半定量研究，为降低卷烟烟气中挥发酚物质的生成量的研究提供新的研究方法。3.本发明装置简单、操作方便，且处理后的萃取液或吸收液可采用不同的分析仪器进行检测。
图1为本发明的热重分析仪和剑桥滤片_吸收瓶联用装置示意图。图1中序号1_载气；2-天平臂；3-样品架；4-炉体加热单元；5-玻璃管；6_剑桥滤片单元；7-吸收瓶；8-吸收液。图2为烟丝的热重、微商热重曲线图。图3为七种挥发酚标准溶液的高效液相色谱图。图4为吸收液捕集烟丝热解逸出产物中七种挥发酚的HPLC谱图。图5为剑桥滤片捕集烟丝热解逸出产物中七种挥发酚的HPLC谱图。图6为吸收液捕集纤维素热解逸出产物的GC//MS总离子流色谱图。图7为剑桥滤片捕集纤维素热解逸出产物的GC/MS总离子流色谱图。
具体实施例方式本发明利用剑桥滤片和吸收液两种捕集方式来捕集热重程序升温过程中逸出的挥发性物质。热重炉体出口加热带温度由热分析仪自带的外部温度控制单元调节。在炉体出口处首先连接一根玻璃管，将炉体出口处陶瓷管引出，连接处用石墨压环进行密封。然后用橡皮管将玻璃管、剑桥滤片单元、串联吸收瓶依次相连，以此来捕集热重逸出气体中的挥发性物质。本发明的装置包括热重分析仪、载气流量计、玻璃管、剑桥滤片单元、吸收瓶。其中，剑桥滤片单元构成为两支微型注射器壳体当中放直径为IOmm的剑桥滤片或1/4块直径为44mm的剑桥滤片，两端用铁夹将两壳体夹紧。吸收瓶中盛有的吸收液根据被捕集物质的性质而选取。所述的惰性氛围为氮气。样品在热重分析仪程序升温条件下进行热解，逸出组分是在载气流量计控制的载气带动下一起从排出口排出。
样品热解行为的热重分析和剑桥滤片_吸收瓶联用装置的使用方法，其特征主要包括以下几个方面将样品放入热重分析仪中的样品坩埚中，取相同型号的空坩埚作为参比。设定合适的实验条件，包括升温速率、样品量、载气流量等。结合待分析的物质，选择合适的吸收液，如的醋酸水溶液、乙醇等。将剑桥滤片单元前面的玻璃管通过橡皮管直接插到剑桥滤片上，以避免逸出气体中的挥发性物质富集到橡皮管上。捕集完成后，根据捕集物质的性质，选取相应的萃取液对剑桥滤片和玻璃管进行前处理。分别取上述适量的萃取液以及吸收液过膜后进液相色谱或气相色谱/质谱进行分离分析。本发明以下将结合实施例(附图)，对依据本发明提出的热重分析仪和剑桥滤片_吸收瓶联用装置的应用及实施方案作进一步的描述实施例1 采用热重分析仪和剑桥滤片_吸收瓶联用装置结合高效液相色谱在惰性氛围下对烟丝样品热解逸出气中的七种挥发酚物质进行捕集以及定性和半定量研究。具体步骤如下取20支卷烟，将烟丝取出，置于40 士 1 °C烘箱内干燥2小时后粉碎过40目筛，装入封口袋中备用。实验前，先将热重分析仪在空气流速300mL/min下升温至1000°C并保持lOmin， 以排除炉体内的杂质。待样品坩埚温度降至室温以下后，准确称取32mg烟丝样品放入热重样品钼坩埚内，从室温开始，在300mL/min氮气流量下，以10°C /min的升温速率升温至 600 "C。得到的热分析数据如图2所示，结合图中的TG和DTG曲线可以看出，随着温度的升高，烟丝的热解过程大致经历了 4个阶段从室温 125°C、125 220°C、220 390°C、 390 600°C，当温度超过600°C时，烟丝的热失重几乎不再发生变化。由此得到了该烟丝样品的热失重过程主要发生在室温 600°C之间，然后利用热重分析仪和剑桥滤片-吸收瓶联用装置对烟丝逸出气体中的七种挥发酚物质进行捕集。本发明中的剑桥滤片采用英国Whatman公司的44mm直径的剑桥滤片，使用时将其均分为4等分，吸收瓶中的吸收液为12mL 的醋酸水溶液。捕集完成后，将剑桥滤片装置前端的玻璃管以及剑桥滤片取出置于25mL锥形瓶中，用移液管移取IOmL 1 %的醋酸水溶液至锥形瓶，将剑桥滤片浸没，于室温下超声 20min,静置5min，取适量上层萃取液过0. 45 μ m微孔滤膜后装入液相色谱小瓶。同时将捕集有挥发酚物质的吸收液摇勻，取适量过0. 45 μ m微孔滤膜后装入色谱小瓶。利用HPLC对含有七种挥发酚物质的混标溶液进行分析，结果如图3所示，同时对以上得到的两只液相色谱瓶中的溶液进行分析，结果如图4和图5所示。对比图3、4、5可以看出，剑桥滤片对对_苯二酚、间_苯二酚、邻_苯二酚这三种物质具有较好的捕集，而吸收液则对苯酚、间，对-甲酚、邻-甲酚具有较好的捕集。这说明热重分析仪和剑桥滤片-吸收瓶该联用装置中采用两种捕集方式的必要性。图中1-对-苯二酚；2-间-苯二酚；3-邻-苯二酚；4-苯酚；5-对，间-甲酚；6-邻-甲酚。
由图4和图5可以看出，采用该发明热重分析仪和剑桥滤片_吸收瓶联用装置，能够对卷烟进行模拟燃烧实验，能够实现对烟丝热解逸出气体中的七种挥发酚进行捕集以及定性和半定量分析。实施例2 采用热重分析仪和剑桥滤片_吸收瓶联用装置结合GC/MS对纤维素热解逸出产物的热解行为进行研究。准确称取30士0. 05mg纤维素样品放入热重样品坩埚内，从室温开始，在400mL/ min氮气流量下，以10°C /min的升温速率升温至600°C。捕集完成后，取下剑桥滤片，同时用适量蘸有乙醇的剑桥滤片擦拭玻璃管内壁，将两者放入GC/MS进样瓶中，加入约1. OmL乙醇(以浸没剑桥滤片为准)，超声萃取20min。吸收液为8mL的乙醇溶液。结果参见GC/MS谱图(图6、图7)本发明现将其运用于烟草热解条件的模拟，同时结合自行设计的捕集装置，对热重逸出气体中的物质进行捕集以及定性和半定量分析，从而弥补了 Py-GC/MS的不足。另外，热重分析还具有减少了二次反应的发生的优点，因而其在研究物质的机理方面具有显著优势。
权利要求
1.一种热重分析仪与剑桥滤片一吸收瓶联用装置，其特征在于所述装置包括热重分析仪及其自带的外部控温单元(4)、载气流量计、玻璃管(5)、剑桥滤片单元(6)、吸收瓶 (7)，在热重分析仪炉体的出口处先连接一根玻璃管(5)，以将陶瓷管引出，在玻璃管(5)的另一端依次接有一个剑桥滤片单元(6)和一个吸收瓶(7)，形成串联结构剑桥滤片一吸收瓶联用装置，其中，剑桥滤片单元(6)由两支微型注射器壳体当中放直径为IOmm的剑桥滤片或1/4块直径为44mm的剑桥滤片，两端用铁夹将两壳体夹紧构成。
2.根据权利要求1所述的联用装置，其特征在于所述吸收瓶(7)中使用的吸收液(8) 则依据被捕集物质的性质而选择。
3.使用权利要求1所述热重分析仪与剑桥滤片一吸收瓶联用装置捕集逸出气体的方法，其特征在于将拟检测物质放置于热重分析仪中的热重钼坩埚样品架(3)上，在惰性氛围下进行程序升温裂解，在热重分析仪的炉体出口处先连接一根玻璃管(5)，以将陶瓷管引出，在玻璃管(5)的另一端依序接一个剑桥滤片单元(6)和一个吸收瓶(7)，形成串联连接的剑桥滤片一吸收液联用结构，拟检测物质受热分解释放出的挥发性物质，经过剑桥滤片一次捕集后，再通过吸收液进行二次捕集，来同时捕集热重逸出气体中的挥发性物质，并将捕集气体中的挥发性物质，进行常规检测分折，获得准确数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述惰性氛围为氮气。
全文摘要
本发明公开了热重分析仪和剑桥滤片-吸收瓶联用装置及其使用方法，其特征在于将物质置于热重分析仪的样品坩埚中，在惰性氛围下程序升温，将物质受热分解释放出的挥发性物质经过剑桥滤片捕集后，再通过吸收液进行二次捕集。本发明具有以下三个特点1.不同的捕集方式对不同的挥发性物质的捕集效果不同，将两种捕集方式串联使用，可弥补单一的捕集方式不能对挥发性物质完全捕集的缺陷。2.该联用装置，还可用于烟丝热重逸出气体中挥发性物质的半定量研究，为降低卷烟烟气中挥发性物质的生成量的研究提供新的研究方法。3.本发明装置简单、操作方便，且处理后的萃取液或吸收液可采用不同的分析仪器进行检测。
文档编号G01N1/22GK102507270SQ20111034461
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月3日 优先权日2011年11月3日
发明者伊奥尔, 卢岚, 吴亿勤, 孟昭宇, 杨柳 申请人:红塔烟草(集团)有限责任公司