一种选择用于测定卷烟烟气粒相物酸碱度的萃取体系的方法
【专利摘要】本发明公开了一种选择用于测定卷烟烟气粒相物酸碱度的萃取体系的方法；该方法是采用各种水/有机萃取体系通过尝试法，测定水/有机溶剂体系的缓冲当量β，再通过β来确定最佳的萃取体系，并且通过验证所选择的萃取体系萃取烟气粒相物后pH值的测定不会受到CO2的影响；即得到用于测定卷烟烟气粒相物酸碱度的最佳萃取体系；该方法简单，可快速得到最佳、最有效的萃取体系用于准确测定烟气粒相物的pH值；以便于建立一种统一的卷烟烟气粒相物溶液pH值的标准检测方法。
【专利说明】一种选择用于测定卷烟烟气粒相物酸碱度的萃取体系的方 法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种选择用于测定卷烟烟气粒相物酸碱度的萃取体系的方法，属于烟 气分析检测领域。
【背景技术】
[0002] 烟气pH值是卷烟整体质量反映的综合指标之一，可综合反映卷烟配方中化学组 成和化学平衡，尤其是可反映烟气中烟碱的存在形态。20世纪50年代，烟草化学家们已开 始注意到烟气pH的重要性。
[0003] pH值的原始定义：水溶液中氢离子活度的一种标度，也就是通常意义上溶液酸碱 程度的衡量标准。通常pH值是一个介于0和14之间的数，当pH大于7的时候，溶液呈碱 性，当pH = 7的时候，溶液呈中性.但在非水溶液或非标准温度和压力的条件下，pH = 7可能并不代表溶液呈中性，这需要通过计算该溶剂在这种条件下的电离常数来决定pH为 中性的值。所以采用不同溶剂pH值来进行比较是没有什么意义的。在纯粹非水溶液和部 分非水溶液中采用pH电极测定溶液pH值对电极的要求也很高，如电极的种类、响应量程等 要相符合。根据大量的文献调研发现，卷烟烟气pH值的测定方法多采用电极法，pH复合电 极在测定溶液pH值上操作简便易行。而在卷烟烟气的样品前处理上大体可以分为三类：一 是采用纯水体系来吸收烟气或萃取粒相物，然后测定水溶液的pH值；二是采用水/有机溶 剂体系来吸收烟气或萃取粒相物，然后再测定此溶液的pH值；三是通过在电极上涂覆一层 缓冲溶液吸收烟气直接测定得到pH值。前面两种方法最普及。根据pH值的定义和pH电 极的特点，采用前面两种方法因萃取体系的不同得到的pH值会有比较大的差别，而且在纯 水的处理上不同的研究者也有不同的方法，有将纯水去C0 2处理，有将纯水调成pH = 7处 理，或将二者联合起来，这是因为水和环境空气中的C02也会影响溶液的酸碱度。这些不同 的处理方法导致采用电极法测定得到的pH值也不同。因此在建立卷烟烟气粒相物溶液pH 值的检测方法时，如何选择萃取体系是关键点之一。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是在于提供一种采用溶液缓冲当量的概念来选择最佳、最有效的用 于萃取烟气粒相物准确测定其pH值的萃取体系的方法，以便于建立一种统一的卷烟烟气 粒相物溶液pH值的标准检测方法。
[0005] 本发明提供了一种选择用于测定卷烟烟气粒相物酸碱度的萃取体系的方法，该方 法包括以下步骤：
[0006] 步骤a):将盐酸溶液以不同的体积量分别加入到若干组相同的水/有机溶剂体系 中后，测定各组水/有机溶剂体系的pH值，将测得的pH值换算成[H+]浓度，以[H+]浓度为 横坐标，各组水/有机溶剂体系中盐酸溶液的摩尔浓度为纵坐标进行一元线性回归，将线 性回归方程的斜率定义为所述水/有机溶剂体系的缓冲当量?Η，其中，i代表水/有机溶 剂体系中水的体积百分含量；
[0007] 步骤b):将i在0?100内取不同的值，重复步骤a)的过程，测得不同的β?值， 作出i值对应的β i关系曲线；在关系曲线上选择i > 50对应的β i，选择β i最小对应 的水/有机溶剂体系即为最佳的萃取体系；
[0008] 步骤c):抽吸若干组相同的卷烟，分别用剑桥滤片收集后，分别以和步骤a)中相 同的若干组水/有机溶剂体系作为萃取液超声萃取30. Omin?35. Omin ;将盐酸溶液以不 同的体积量分别加入到所述各组萃取液中后，测定各组萃取液的pH值，将pH值换算成[H+] 浓度，以[H+]浓度为横坐标，各组萃取液中的盐酸溶液的摩尔浓度为纵坐标进行一元线性 回归，将线性回归方程的斜率定义为所述萃取液的缓冲当量βΕ?，其中，i代表萃取液中水 的体积百分含量；
[0009] 步骤d):比较步骤C)得到的各个不同的βΕ?与步骤b)测得的β i的大小，βΕ? 远远大于β i，表明萃取了烟气粒相物的萃取液缓冲能力很大，萃取体系和环境中的co2不 会影响萃取液的pH值，因此可排除C0 2对步骤b)选出的最佳体系萃取卷烟烟气粒相物后 对pH值测定的干扰。
[0010] 所述的有机溶剂为萃取常用的有机溶剂。
[0011] 所述的方法中，β i越小，表明体系的缓冲能力越弱，该体系越容易受到外加物质 的影响而引起pH的变化，β i越大，表明体系的缓冲能力越强，该体系越不容易受到外加物 质的影响而引起pH的变化。
[0012] 本发明方法选择的萃取体系用于萃取烟气粒相物，通过pH复合电极测定卷烟烟 气粒相物酸碱度。
[0013] 本发明的方法中测pH值的复合电极是基于水溶液的基础上进行测定的，i〈50的 水/有机溶剂体系为有机相为主的溶液，不适合用复合电极测定pH值；所以本发明选择以 i > 50对应的β i，选择β i最小对应的水/有机溶剂体系即为最佳的萃取体系。
[0014] 本发明的有益效果为：通过本发明的方法能快速准确地从大量的萃取体系中选择 出最适合萃取卷烟烟气粒相物的萃取体系，能准确测定卷烟烟气粒相物酸碱性；以便于建 立一种统一的卷烟烟气粒相物溶液pH值的标准检测方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 【图1】为实施例1的水/异丙醇萃取体系中[H+]浓度对应的缓冲当量β i曲线。
[0016] 【图2】为实施例2的水/乙醇萃取体系中[H+]浓度对应的缓冲当量β i曲线。
[0017] 【图3】为实施例3的水/甲醇萃取体系中[H+]浓度对应的缓冲当量β i曲线。
[0018] 【图4】为实施例4的水/异丙醇萃取体系萃取烟气粒相物后，其[H+]浓度对应的 缓冲当量PEi曲线。
【具体实施方式】
[0019] 以下实施例旨在进一步说明本
【发明内容】
，而不是限制本发明的保护范围。
[0020] 实施例1
[0021] 以75 %纯水-25 %异丙醇体系（体积分数，v/v)为例，事先配制好0. lmol/L的 盐酸溶液，分别加入 〇、1 μ L、5y L、10y L、50y L、80y L、100y L、200y L 到 20. OmL 的 75% 纯水-25%异丙醇体系中，分别测定其pH值换算得到不同的[H+]浓度，以得到的[H+]浓 度做X轴，加入的盐酸溶液的浓度（加入的盐酸的物质的量除以20mL得到的浓度，以mol/ L计）为纵坐标进行一元线性回归，回归方程的斜率定义为该体系的缓冲当量(其中i =〇, 1，2……100, i代表水-异丙醇体积比中水的百分含量）。计算得到β 75，这就是75% 水-25%异丙醇体系的缓冲当量值。根据上述步骤，分别测量纯水体系、65%水-35%异 丙醇体系、50 %水-50%异丙醇体系、35 %水-65 %异丙醇体系、15 %水-85 %异丙醇体系、 10%水-90%异丙醇体系、纯异丙醇体系的β i值。以体系的含水量对β i作图得到图1， 就是水-异丙醇体系含水量与缓冲当量β的关系图。由图1可知，15%以下的水-异丙醇 体系的缓冲当量最小，其次为纯水，说明它们的抗酸碱能力比较弱，随着体系中含水量的增 力口，缓冲当量β慢慢增大，在35%水-65%异丙醇（ν/ν)时β 35最大。
[0022] 实施例2
[0023] 以75 %纯水-25%乙醇体系（体积分数，ν/ν)为例，事先配制好0. lmol/L的盐 酸溶液，分别加入〇、1111-54 1^、1(^1^、5(^1^、8(^1^、10(^1^、20(^1^到20.〇1^的75%纯 水-25%乙醇体系中，分别测定其pH值换算得到不同的[H+]浓度，以得到的[H+]浓度 做X轴，加入的盐酸溶液的浓度（加入的盐酸的物质的量除以20mL得到的浓度，以mol/ L计）为纵坐标进行一元线性回归，回归方程的斜率定义为该体系的缓冲当量β i (其中i =〇, 1,2……100, i代表水-乙醇体积比中水的百分含量）。计算得到β 75，这就是75% 水-25%乙醇体系的缓冲当量值。根据上述步骤，分别测量纯水体系、65%水-35%乙醇体 系、50 %水-50 %乙醇体系、35 %水-65 %乙醇体系、15 %水-85 %乙醇体系、10 %水-90 %乙 醇体系、纯乙醇体系的β i值。以体系的含水量对β i作图得到图2,就是水-乙醇体系含水 量与缓冲当量β的关系图。由图2可知，纯乙醇体系的缓冲当量最小，其次为纯水，说明它 们的抗酸碱能力比较弱，随着体系中含水量的增加，缓冲当量β慢慢增大，在15%水-85% 乙醇〇八）至35 (%水-65(%乙醇〇八）时0处于最大值。
[0024] 实施例3
[0025] 以75 %纯水-25%甲醇体系（体积分数，ν/ν)为例，事先配制好0. lmol/L的盐 酸溶液，分别加入〇、1111-54 1^、1(^1^、5(^1^、8(^1^、10(^1^、20(^1^到20.〇1^的75% 纯水-25%甲醇体系中，分别测定其pH值换算得到不同的[H+]浓度，以得到的[H+]浓度 做X轴，加入的盐酸溶液的浓度（加入的盐酸的物质的量除以20mL得到的浓度，以mol/ L计）为纵坐标进行一元线性回归，回归方程的斜率定义为该体系的缓冲当量(其中i = 0,1,2……100, i代表水-甲醇体积比中水的百分含量）。计算得到β75，这就是75% 水-25%甲醇体系的缓冲当量值。根据上述步骤，分别测量纯水体系、65%水-35%甲醇体 系、50 %水-50 %甲醇体系、35 %水-65 %甲醇体系、15 %水-85 %甲醇体系、10 %水-90 %甲 醇体系、纯甲醇体系的1值。以体系的含水量对I作图得到图3,就是水-甲醇体系含水 量与缓冲当量β的关系图。由图3可知，15%以下的水-甲醇体系的缓冲当量最小，其次 为纯水，说明它们的抗酸碱能力比较弱，随着体系中含水量的增加，缓冲当量β慢慢增大， 在35 (%水_65(%甲醇〇八）时035最大。
[0026] 实施例4
[0027] 抽吸4支相同的卷烟作为一组样品，抽吸8组，卷烟抽吸完毕后，取下收集有烟 气粒相物的剑桥滤片，分别用20. 0mL75%水-25%异丙醇体系作萃取剂进行超声萃取 30. Omin-35. Omin，测定其pH值。8组萃取液中分别加入不同体积的0. lmol/L的盐酸溶液 (分别为 〇、1μ L、5y L、10y L、50y L、80y L、100y L、200y L)，测定加入了盐酸后的 8 组萃 取液pH值。把得到的pH值换算成为[H+]浓度，以[H+]浓度做X轴，加入的不同盐酸溶液 的量（以mol/L计）为纵坐标进行一元线性回归，回归方程的斜率定义为该萃取液的缓冲 当量β Ei (其中i = 0, 1，2……100, i代表水/异丙醇体积比中水的百分含量）。计算得 到βΕ75，这就是75%水-25%异丙醇体系作萃取剂得到的萃取液的缓冲当量值。根据上述 步骤分别测量纯水体系、65%纯水-35%异丙醇体系、50%纯水-50%异丙醇体系、35%纯 水-65 %异丙醇体系、15 %纯水-85 %异丙醇体系、10 %纯水-90 %异丙醇体系、纯异丙醇体 系作萃取剂的βΕ?值。图4为水/异丙醇体系萃取烟气粒相物后的萃取液缓冲当量与水/ 异丙醇体系缓冲当量对比图。由图4可以看出，不同水/异丙醇萃取体系萃取烟气粒相物 后的萃取液加入盐酸后，盐酸浓度和[Η+]浓度并不成线性关系，从其趋势来看，各体系萃 取液的缓冲当量要比纯水体系大得多，比35%水-65%异丙醇（ν/ν)体系的缓冲当量也大 得多。同样水-乙醇体系和水-甲醇体系的萃取液缓冲当量也比纯水体系大得多。因此可 以说明水中和环境中的C0 2对测定结果的影响是很小的，是可以忽略不计的。
[0028] 因为使用的pH计是用缓冲水溶液标定的，当它用于测定非水溶液pH值时，酸或碱 的电离常数，介质的常数，液接界电势（可能产生约1个pH单位的误差），玻璃电极的氢离 子响应值均会发生变化，在这种情况下测得的值只能称为表观pH值。所以根据pH电极的 特点，以有机相为主的体系是不符合我们的要求的，因此选择纯水为最佳的萃取体系来评 价卷烟烟气粒相物的酸碱性。
【权利要求】
1. 一种选择用于测定卷烟烟气粒相物酸碱度的萃取体系的方法，其特征在于，包括以 下步骤： 步骤a):将盐酸溶液以不同的体积量分别加入到若干组相同的水/有机溶剂体系中 后，测定各组水/有机溶剂体系的pH值，将测得的pH值换算成[H+]浓度，以[H+]浓度为横 坐标，各组水/有机溶剂体系中盐酸溶液的摩尔浓度为纵坐标进行一元线性回归，将线性 回归方程的斜率定义为所述水/有机溶剂体系的缓冲当量β?，其中，i代表水/有机溶剂 体系中水的体积百分含量； 步骤b):将i在0?100内取不同的值，重复步骤a)的过程，测得不同的β?值，作出 i值对应的β i关系曲线；在关系曲线上选择i > 50对应的β i，选择β i最小对应的水/ 有机溶剂体系即为最佳的萃取体系； 步骤c):抽吸若干组相同的卷烟，分别用剑桥滤片收集后，分别以和步骤a)中相同的 若干组水/有机溶剂体系作为萃取液超声萃取30. Omin?35. Omin ;将盐酸溶液以不同的 体积量分别加入到所述各组萃取液中后，测定各组萃取液的pH值，将pH值换算成[H+]浓 度，以[H+]浓度为横坐标，各组萃取液中的盐酸溶液的摩尔浓度为纵坐标进行一元线性回 归，将线性回归方程的斜率定义为所述萃取液的缓冲当量βΕ?，其中，i代表萃取液中水的 体积百分含量； 步骤d):比较步骤c)得到的各个不同的βΕ?与步骤b)测得的β i的大小，βΕ?远远 大于β i，表明萃取了烟气粒相物的萃取液缓冲能力很大，萃取体系和环境中的C02不会影 响萃取液的pH值，因此可排除C0 2对步骤b)选出的最佳体系萃取卷烟烟气粒相物后对pH 值测定的干扰。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为萃取常用的有机溶剂。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，β?越小，表明体系的缓冲能力越弱，该体系 越容易受到外加物质的影响而引起pH的变化，β i越大，表明体系的缓冲能力越强，该体系 越不容易受到外加物质的影响而引起pH的变化。
【文档编号】G01N9/36GK104122171SQ201410288965
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】练文柳, 唐丽云, 刘巍, 王志国, 杜文 申请人:湖南中烟工业有限责任公司