专利名称：卷烟气相燃烧产物的分析方法及分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种卷烟气相燃烧产物的分析方法及分析系统。
背景技术：
微炉式裂解器结构简单，炉腔温度分布均勻，性能可靠，使用广泛，被烟草行业大量采用。目前在烟草行业该型号裂解器主要有两类应用第一种为直接连接在气质联用谱仪(GC/MQ的气质联用汽化室前，作为在线裂解分析平台使用，方便可靠，结果重现性好。 但由于普通毛细色谱柱在升温过程中不能接触含氧气氛，因此该系统不能实现有氧裂解， 且进样量比较小。另一种是单独使用，使用冷阱捕集裂解产物，然后用有机溶剂将其洗脱， 再用气质联用上机分析，属于离线裂解。此方法虽然样品量较在线裂解较大，而且可以实现有氧裂解，但通常捕集效率不高，溶剂洗脱不完全，重现性不尽如人意。并且，以上两种方法只能捕集裂解产物全成分(包括粒相和气相)，而无法实现单独对裂解产物气相成分的收集和分析。如图1所示，为SGE微炉式裂解器(PyrojectorII)主体结构示意图，包括进样器、 进气腔10、裂解炉腔7、石英管6，石英管6内塞有石英棉，进样器包括进样杆1，进样杆1穿过进气腔10后与石英管6的一端相连，进气腔10的一侧与三通阀5的第一阀口连通，三通阀5的第二阀口与裂解气入口 3连通，三通阀5的第三阀口与GC载气(一般为惰性气体) 入口 4连通，进气腔10的另一侧与吹扫出口 2连通，石英管6位于裂解炉腔7内，石英管6 的另一端伸出裂解炉腔7后用隔垫8密封，一 GC进样针9的一端穿过隔垫8，裂解产物通过 GC进样针9被导入气质联用谱仪(GC/MQ进行定性分析，该微炉裂解器可加装在气质联用汽化室前用作在线裂解，并且定性分析的裂解产物包括气相和粒相。申请号为200910172481. 3的中国专利“一种对卷烟模拟燃烧产物的离线分析方法及装置”采用CDS热丝型裂解器(可程序升温)，模拟卷烟燃烧实际工况，收集裂解产物全成分(包括气相和粒相成分)，进行分析。目前对于卷烟燃烧产物分析的技术和方法中， 都只是针对裂解产物全成分(包括气相和粒相成分)的收集和分析，还不足以对烟气挥发性有机化合物的生成机理进行研究和探讨。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种捕集烟叶在不同温度下的热裂解产物的气相成分，并对气相成分进行分析的卷烟气相燃烧产物的分析方法及分析系统。本发明的卷烟气相燃烧产物的分析方法，其包括以下步骤1)将卷烟烟叶粉末至于含氧气体氛围下，进行等温裂解；2)将等温裂解产物充分冷却；3)冷却后的裂解产物通过剑桥滤片过滤，剑桥滤片将裂解产物中的粒相部分捕集，裂解产物中的气相部分穿过；4)裂解产物中的气相部分进入吸附采样管，被吸附采样管吸附；
5)吸附采样管经热脱附后进入气质联用谱仪分析。优选地，所述含氧气体为空气含9 %氧气的氮气。优选地，所述剑桥滤片为有机黏合剂固定的玻璃纤维滤片。进一步地，所述剑桥滤片直径为44mm，对直径大于0. 1的颗粒物的捕集效率达到 99. 9%。优选地，所述吸附采样管型号为西格玛奥德里奇公司生产的SUPELCO Carbotrap 349。优选地，步骤1)中的裂解温度为300-900°C，吸附采样管的采样时间为2_5分钟。本发明还提供了一种卷烟气相燃烧产物的分析系统，包括一裂解器和与裂解器联用的配有挥发性有机物专用厚液膜毛细色谱柱的热脱附-气质联用谱仪，所述裂解器包括进样器、进气腔、裂解炉腔、石英管，所述进样器包括进样杆，所述进样杆穿过进气腔后与石英管的一端相连，所述石英管位于裂解炉腔内，所述石英管的另一端伸出裂解炉腔后与烟气捕集器的入口相连，所述烟气捕集器中设有剑桥滤片，所述烟气捕集器的出口与吸附气相的吸附采样管相连，吸附采样管与配有挥发性有机物专用厚液膜毛细色谱柱的联用。优选地，所述石英管的另一端伸出裂解炉腔的长度为15_30mm以上。优选地，所述进气腔的一侧为裂解气入口，所述进气腔的另一侧为吹扫出口。优选地，所述石英管和烟气捕集器之间通过聚四氟乙烯管相连，所述烟气捕集器和吸附采样管之间通过聚四氟乙烯管相连。本发明的卷烟气相燃烧产物的分析方法，收集气相成分，研究气相有害成分形成机理，作为裂解机理研究的一部分。并且，本发明的卷烟气相燃烧产物的分析系统，首次实现了对裂解产物气相成分的捕集，并对气相成分进行初步定性、定量分析，进而探索烟气有害成分形成机理，为卷烟降焦减害研究提供理论依据。
图1为现有技术中SGE微炉式裂解器的主体结构示意图。图2为本发明的SGE微炉式裂解器的主体结构示意图。图3为不同捕集时间对捕集效率的影响。图4为不同吸附采样管捕集效率比较。图5为烤烟样品裂解产物主要气相成分TIC图(裂解温度700°C )。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的方案进一步说明。如图2所示，本发明的卷烟气相燃烧产物的分析系统，包括一裂解器和与裂解器联用的配有挥发性有机物(VOC)专用厚液膜毛细色谱柱的热脱附-气质联用谱仪(ATD-GC/ MS)，该裂解器主体采用SGE微炉式裂解器(Pyrojectorll)，对其进行了改造，其包括进样器、进气腔10、裂解炉腔7、石英管6，进样器包括进样杆1，进样杆1穿过进气腔10后与石英管6的一端相连，石英管6位于裂解炉腔7内，石英管6的另一端伸出裂解炉腔7后与烟气捕集器4的入口相连，烟气捕集器4中设有剑桥滤片5，用以过滤裂解产物粒相成分，使得裂解产物中的气相成分通过，烟气捕集器4的出口与吸附气相的吸附采样管9相连，吸附采样管9与配有VOC专用厚液膜毛细色谱柱的热脱附-气质联用谱仪联用。并且，石英管 6的另一端伸出裂解炉腔7的长度为15-30mm以上，便于裂解气流的冷却。进气腔10的一侧为裂解气入口 3，进气腔10的另一侧为吹扫出口 2，其去掉原配的三通阀，改为一路气，使得裂解气同时充当载气的作用。其中石英管6和烟气捕集器4之间通过聚四氟乙烯管(PTFE) 81相连，烟气捕集器 4和吸附采样管9之间通过聚四氟乙烯管(PTFE)82相连，最大可能地避免对裂解产物尤其是其中气相成分的吸附。 本发明的SGE微炉式裂解器，去除原有的GC进样针，将石英裂解管加长，伸出裂解炉腔一定的长度，便于裂解气流的冷却，并且去掉原配的三通阀，改为一路气，使得裂解气同时充当载气的作用，石英管伸出炉腔15 30mm以上，避免裂解气流不能充分冷却而损坏剑桥滤片，进而降低粒相过滤效率。本发明的剑桥滤片为直径44mm的有机黏合剂固定的玻璃纤维滤片，对于直径大于0. 1 μ m的颗粒其捕集效率达99. 9%，因此裂解产物经剑桥滤片之后基本为气相成分。 该剑桥滤片的介绍参考文献——《烟草——生产，化学和技术》，D. Layten Davis和Mark Τ. Nielsen, pp381。本发明的吸附采样管为西格玛奥德里奇(Sigma Aldrich)公司生产的 SUPELCOCarbotrap 系列市售商用不锈钢吸附采样管，具体选用carbotrap 349，对n_C3及以上的挥发性有机化合物有着较好的吸附效果。本发明对商用SGE微炉式裂解器进行改造，首次实现了对裂解产物气相成分的捕集，目前国内外尚无相关报道。改造后的SGE微炉式裂解器与配有VOC专用厚液膜毛细色谱柱的热脱附-气质联用谱仪(ATD-GC/MS)联用，可对不同温度下(300 900°C )烟叶粉末的裂解产物气相成分进行定性、定量分析。该套系统及其分析方法的建立，将有助于进一步了解烟叶成分与烟气挥发性成分之间的关联，为深入研究卷烟烟气有害成分形成机理、 推进降焦减害工作的开展提供必要的数据支撑。本发明还提供了一种卷烟气相燃烧产物的分析方法，其包括以下步骤1)打开与裂解器入口 3相连的空气钢瓶，调整减压阀和流量计使裂解气气流量稳定在 60 100ml/min ；2)准确称取(2. 0 士0. l)mg烟叶粉末至进样器；3)将裂解炉腔7内的裂解温度调整到700°C ；4)当裂解温度稳定后，压下进样杆1，使得卷烟烟叶粉末进入石英管6内，置于含氧气体(空气或含9%氧气的氮气)的氛围下，进行等温裂解；5)裂解产物经过加长的石英管6充分冷却；6)冷却后的裂解产物通过剑桥滤片5过滤，剑桥滤片5将裂解产物中99. 9%的的粒相部分捕集，裂解产物中的气相部分穿过；7)裂解产物中的气相部分进入吸附采样管9，被吸附采样管9吸附；8)从压下进样器推杆开始计时，经过一定时间如2-5分钟后，拔去吸附采样管9 ；9)吸附采样管9与配有VOC (挥发性有机物)专用厚液膜毛细色谱柱的热脱附-气质联用谱仪联用，经热脱附后进入GC/MS分析。按照上述方法，对某烤烟样品进行了分析，通过捕集烟叶在不同温度有氧条件下的热裂解产物气相成分，对其进行初步定性、定量分析，进而探索烟气有害成分形成机理， 为卷烟降焦减害研究提供理论依据。上述方法中，首先对捕集时间以及吸附采样管9进行了优化，具体如下1、捕集时间对捕集效率的影响见图3所示，不同捕集时间下的峰面积值，由图3可知，2min的捕集时间已经能够完全捕集裂解产物的气相成分，因此本发明方法中的捕集采样时间定为aiiin。2、吸附采样管的选择根据装填吸附剂的种类和方式，可将吸附采样管分为单一型和复合型两种。吸附剂比表面积越大，其吸附能力越强。由于裂解产物气相成分复杂，被测物质的沸程范围很宽，所以采用三段复合型吸附采样管进行捕集。目前已商品化的三段复合型吸附采样管主要有carbotrap300，carbotrap317和carbotrap 349等型号，各自组成和比表面积如下表 1所示。表1吸附采样管比表面积和吸附剂组成
权利要求
1.一种卷烟气相燃烧产物的分析方法，其特征是包括以下步骤1)将卷烟烟叶粉末置于含氧气体氛围下，进行等温裂解；2)将等温裂解产物充分冷却；3)冷却后的裂解产物通过剑桥滤片过滤，剑桥滤片将裂解产物中的粒相部分捕集，裂解产物中的气相部分穿过；4)裂解产物中的气相部分进入吸附采样管，被吸附采样管吸附；5)吸附采样管经热脱附后进入气质联用谱仪分析。
2.根据权利要求1所述的卷烟气相燃烧产物的分析方法，其特征是空气或含9%氧气的氮气。
3.根据权利要求1所述的卷烟气相燃烧产物的分析方法，其特征是有机黏合剂固定的玻璃纤维滤片。
4.根据权利要求3所述的卷烟气相燃烧产物的分析方法，其特征是径为44mm，对直径大于0. 1 μ m的颗粒物的捕集效率达到99. 9%。
5.根据权利要求1所述的卷烟气相燃烧产物的分析方法，其特征是型号为西格玛奥德里奇公司生产的SUPELCO Carbotrap 349。
6.根据权利要求1所述的卷烟气相燃烧产物的分析方法，其特征是步骤1)中的裂解温度为300-900°C，吸附采样管的采样时间为2-5分钟。
7.一种卷烟气相燃烧产物的分析系统，包括一裂解器和与裂解器联用的配有挥发性有机物专用厚液膜毛细色谱柱的热脱附-气质联用谱仪，所述裂解器包括进样器、进气腔 (10)、裂解炉腔(7)、石英管(6)，所述进样器包括进样杆(1)，所述进样杆(1)穿过进气腔 (10)后与石英管(6)的一端相连，所述石英管(6)位于裂解炉腔(7)内，其特征是所述石英管(6)的另一端伸出裂解炉腔(7)后与烟气捕集器(4)的入口相连，所述烟气捕集器(4) 中设有剑桥滤片(5)，所述烟气捕集器⑷的出口与吸附气相的吸附采样管(9)相连，吸附采样管(9)与配有挥发性有机物专用厚液膜毛细色谱柱的热脱附-气质联用谱仪联用。
8.根据权利要求7所述的卷烟气相燃烧产物的分析系统，其特征是所述石英管(6) 的另一端伸出裂解炉腔(7)的长度为15-30mm以上。
9.根据权利要求7所述的卷烟气相燃烧产物的分析系统，其特征是所述进气腔(10) 的一侧为裂解气入口(3)，所述进气腔(10)的另一侧为吹扫出口 O)。
10.根据权利要求7所述的卷烟气相燃烧产物的分析系统，其特征是所述石英管(6) 和烟气捕集器(4)之间通过聚四氟乙烯管(81)相连，所述烟气捕集器(4)和吸附采样管 (9)之间通过聚四氟乙烯管(82)相连。所述含氧气体为 所述剑桥滤片为 所述剑桥滤片直 所述吸附采样管
全文摘要
本发明提供一种卷烟气相燃烧产物的分析方法及分析系统，其分析方法是通过将烟叶粉末置于含氧气体氛围下进行等温裂解，当裂解产物充分冷却后经过剑桥滤片过滤掉粒相成分，然后吸附采样管将气相成分吸附，之后将吸附采样管经热脱附后进入气质联用谱仪分析。对应于该分析方法，本发明还对商用SGE微炉式裂解器进行了改造，首次实现了对裂解产物气相成分的捕集，然后对气相成分进行定性、定量分析。本发明的分析方法和分析系统，可探索烟气有害成分形成机理，为卷烟降焦减害研究提供理论依据。
文档编号G01N1/22GK102288698SQ20111019313
公开日2011年12月21日 申请日期2011年7月11日 优先权日2011年7月11日
发明者刘百战, 王晔, 郑赛晶 申请人:上海烟草集团有限责任公司