一种全烟气捕集及在线分析装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种全烟气捕集及在线分析装置。
【背景技术】
[0002] 卷烟主流烟气粒相物与气相物中的许多化学成分对卷烟的香气、吃味以及对人体 的健康有不同影响，文献报道卷烟主流烟气粒相成分主要贡献于卷烟的香气和吃味而气相 成分则对卷烟的刺激性有影响，因此对卷烟烟气进行分析研究有重要意义。目前对卷烟烟 气的分析主要分为粒相物分析和气相物分析，均要通过适当的捕集方式先对烟气粒相物和 气相物进行捕集，后进行适当的前处理，再进行分析，均未实现在线分析。
[0003] 主流烟气捕集常用捕集方法主要有5种：剑桥滤片、静电捕集器、冷阱捕集器、吸 附剂捕集及溶液捕集。剑桥滤片是一种加有有机粘合剂的玻璃纤维滤片，剑桥滤片在烟气 分析中最主要的用途是捕集烟气粒相物。对于一些极性比较强、易溶于水的气相成分来说， 剑桥滤片的分离效果较差。对于卷烟粒相物的捕集，静电沉降是剑桥滤片的一种重要的替 代捕集方法。静电沉降捕集的缺点主要在于其捕集条件过于剧烈，在静电捕集器中的高压 放电和臭氧的形成可能会导致人为产物的生成。对于主流烟气成分的捕集，最理想的状态 是所捕集化学成分的组成与实际烟气气溶胶的组成一致，并且二次反应一定要避免，冷阱 捕集部分满足了以上要求。采用冷阱捕集不需要使用溶剂，也不需要高电压，并且低温降低 了许多化学反应的速度，这些优点最大程度上降低了人为产物生成的可能性。但传统的冷 阱捕集器中通常具有吸收瓶，且吸收瓶中需放置吸收溶液（通常为有机溶剂），在捕集过程 中需要将吸收瓶置于冷源中，例如液氮和异丙醇的混合物（可降温至_78°C左右）、干冰或 液氮或丙三醇的组合物（可降温至-l〇〇°C左右）等，其中冷源的温度需要低于全烟气中组 分全凝的温度。待主流烟气进入冷阱捕集器中并被捕集之后需将该冷阱捕集器从冷源中手 动转移出来，再进行升温、气固分离、浓缩及除杂等后处理，在转移及后处理过程中，其中的 组分已经受热，可能在其中发生化学反应，导致烟气组成改变。可见传统的冷阱捕集器具有 以下缺点：1、需要使用有机溶剂；2、需要手动操作且为间歇操作，无法实现实时在线检测； 3、无法保持恒定低温，可能导致二次反应，使烟气成分损失或分解。固体吸附剂同时具有捕 集和浓缩的作用，烟气成分被吸附剂捕集后通常采用热脱附或溶剂萃取的方法来进行进一 步的处理。吸附剂捕集的主要缺点在于：1、目标化合物吸附/脱附不完全；2、捕集不完全； 3、吸附剂不同批次间重复性较差；4、吸附容量难以评价。溶液捕集法是进行卷烟主流烟气 特殊化合物分析时最常用的捕集方法。溶液捕集通常在捕集烟气气相物时使用，对于全烟 气分析的应用相对较少。溶液捕集和吸附剂捕集还有一个共同的缺点是具有特异性，仅能 捕集与溶液或吸附剂具有亲和力的成分，难以对烟气中所有的气相成分进行全捕集。
[0004] 本实用新型克服了现有方法的不足，采用单孔道抽吸栗对传统卷烟或电子烟等烟 支进行抽吸，利用大体积冷阱捕集器对全烟气进行捕集和冷凝，并在线对捕集的烟气中成 分进行解吸附，后进行气相色谱质谱分析。实现了卷烟全烟气的在线分析。经文献检索，未 见与本实用新型相同的公开报道。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的是提供一种使用方便、测定准确的卷烟主流烟气的全烟气及在 线分析装置，以提高捕集效率并实现全烟气成分的实时在线分析，可用于卷烟烟气成分的 分析与评价。
[0006] 本实用新型涉及一种全烟气捕集及在线分析装置，其包括顺序连接的用于夹持烟 支14的烟支夹持器1、第一气体流量控制器或电磁阀2、气体管路15和抽吸栗4,其中所述 气体管路15与所述烟支14的气流连通与否由所述第一气体流量控制器或电磁阀2控制； 其还包括外部控制单元13、与所述气体管路15通过第一进样口 5连通的冷阱捕集器16和 与所述冷阱捕集器16连通的检测装置22 ;其中所述冷阱捕集器16包括冷凝腔20、通过第 一进气口 17与所述冷凝腔20周围的换热装置连通的液氮瓶10以及位于所述冷凝腔20 - 端的分流放空口 6,其中所述液氮瓶10由第二气体流量控制器或电磁阀18控制；所述检测 装置22包括气化室8、位于所述气化室8内的玻璃衬管7、通过可程序升温的进样口 9与所 述气化室8连通的色谱柱12以及通过第二进气口 21与所述气化室8连通的惰性气体瓶 11，其中所述惰性气体瓶11由第三气体流量控制器或电磁阀19控制。
[0007] 其中所述外部控制单元13对所述冷阱捕集器16的冷凝条件以及所述检测装置22 的检测条件进行控制，包括冷阱捕集器进样条件、冷凝捕集温度以及所述气化室8的温度 及程序升温条件等，并将低温捕集到的烟气用惰性气体送入所述检测装置22中，例如气相 色谱质谱仪，使可挥发性物质等在所述可程序升温的进样口 9附近进行气化，实现对烟气 成分进行完全在线分析。
[0008] 在本实用新型优选的实施方案中，所述第一气体流量控制器或电磁阀2、所述抽吸 栗4和所述第一进样口 5的设置如下：在所述抽吸栗4从所述气体管路15中抽气时，所述 第一气体流量控制器或电磁阀2开启而所述第一进样口 5关闭，在所述抽吸栗4向所述气 体管路15中压气时所述第一气体流量控制器或电磁阀2关闭而所述第一进样口 5开启。
[0009] 在本实用新型优选的实施方案中，所述烟支14包括传统卷烟、电子烟以及加热不 燃烧型卷烟。
[0010] 在本实用新型优选的实施方案中，所述气体管路15的外围设有保温层3 ;其中所 述保温层3由所述外部控制单元13控温。其中通过控制所述外部控制单元13,使所述气体 管路15外面的所述保温层3保持在适宜温度，一方面保证烟气温度的稳定，同时防止烟气 冷凝在所述气体管路15的管壁上。
[0011] 在本实用新型优选的实施方案中，所述抽吸栗4为单孔道抽吸栗。其中，所述抽吸 栗4可以根据不同的烟支类型，例如传统卷烟、电子烟或者加热不燃烧卷烟选择不同的抽 吸模式，包括抽吸口数、抽吸容量、抽吸时间、抽吸间隔时间及抽吸曲线等参数。
[0012] 本实用新型第二方面涉及一种全烟气捕集及在线分析方法，其包括以下步骤：
[0013] 1)设置抽吸参数，通过抽吸栗对烟支进行抽吸；
[0014] 2)使抽吸产生的主流烟气全部进入冷阱捕集器中进行冷凝，并将未冷凝气体与一 部分冷凝液放空，将放空后剩余部分的冷凝液在惰性气体的保护下进行升温气化并随后进 入检测装置中检测。其中，未冷凝气体中包括CO、N2、O2等。
[0015] 在本实用新型优选的实施方案中，所述全烟气捕集及在线分析方法使用如本实用 新型第一方面所述的全烟气捕集及在线分析装置进行，该方法包括以下步骤：
[0016] 1)对所述抽吸栗4设置抽吸参数，并使得在所述抽吸栗4从所述气体管路15中抽 气时，所述第一气体流量控制器或电磁阀2开启而所述第一进样口 5关闭，由此通过所述抽 吸栗4对夹持在所述烟支夹持器1上的所述烟支14进行抽吸，将烟支抽吸过程中产生的主 流烟气全部保留在所述气体管路15中；
[0017] 2)通过所述第二气体流量控制器或电磁阀18开启所述液氮瓶10并通过所述第 一进气口 17向所述冷凝腔20周围的换热装置中通入液氮并使所述冷凝腔20降温；在所述 抽吸栗4向所述气体管路15中压气时所述第一气体流量控制器或电磁阀2关闭而所述第 一进样口 5开启，由此使保留在所述气体管路15中的全部主流烟气通过所述第一进样口 5 进入到所述冷凝腔20中进行冷凝，并将未冷凝气体与一部分冷凝液通过所述分流放空口 6 放空；通过所述第三气体流量控制器或电磁阀19开启所述惰性气体瓶11并通过所述第二 进气口 21向所述气化室8中通入惰性气体，将放空后剩余的冷凝液通入所述气化室8内的 所述玻璃衬管7内气化，再经所述可程序升温的进样口 9进入下游的所述色谱柱12中进行 检测；其中所述冷阱捕集器16的冷凝条件及所述检测装置22的检测条件由所述外部控制 单元13控制。
[0018] 在本实用新型优选的实施方案中，所述检测装置为气相色谱-质谱仪。
[0019] 在本实用新型优选的实施方案中，所述主流烟气冷凝的温度为-160°c~0°C。
[0020] 在本实用新型优选的实施方案中，所述气化室8内的气化温度为100°C_350°C。
[0021] 在本实用新型优选的实施方案中，通过所述抽吸栗4的每一次抽气-压气循环，来 实现对卷烟的逐口抽吸并对每一口中的主流烟气的全部成分进行在线检测。
[0022] 本实用新型具有以下优点：1、将全烟气通过冷阱捕集下来，捕集过程避免了人为 产物的生成，有效避免烟气成分的损失或分解；再将部分冷凝成分气化进行分析，可以对捕 集到的烟气进行逐口分析，实现实时在线分析，避免发生二次反应，并且可以对全烟气中的 粒相物和气相物同时进行分析，无需将两者分离，不会对烟气中成分造成影响，也无任何前 处理过程。2、对卷烟燃烧或电子烟受热等烟支抽吸过程中产生的全烟气中的各种组分包括 极性和非极性物质、气相物和粒相物的捕集更为充分和完全，可用于卷烟全烟气中挥发性 物质及有害物质的定量定性研究，为卷烟开发提供新的研究方法。3、本实用新型装置中的 冷阱捕集器能有效富集烟气样品中的组分，可避免其他捕集方法基体成分和溶剂的干扰， 在烟气成分的检测方面具有一定的优势。4、捕集完成后的解吸附可以根据目标物的性质设 置不同的升温程序，保证了在气相色谱质谱中能检出成分的完全进样。5、本实用新型的装 置为全自动操作，可全自动地逐口抽吸、逐口取样，逐口进样检测，操作简单、重复性好，分 析灵敏度高，可以一次性捕集并分析全烟气中的多种物质，不需要任何前处理，且无需使用 任何有机溶剂，节约分析费用的同时减少了有机溶剂对环境及人体健康的危害。
【附图说明】
[0023] 图1为本实用新型的全烟气捕集及在线分析装置结构示意图；其中箭头指示气体 流