一种卷烟主流烟气在线分析方法及其专用的在线分析装置制造方法
【专利摘要】一种卷烟主流烟气在线分析方法及其专用在线分析装置，是利用吸烟机和离子分子反应质谱（IMR-MS）在线分析卷烟主流烟气中7种有机化合物。其分析装置包括：单孔道吸烟机、离子分子反应质谱及相应接口。其分析方法是：卷烟抽吸时，主流烟气经标准恒流孔装置稳定采样后通过空心毛细管直接引入到质谱仪进行质谱分析，毛细管伸出质谱系统的部分通过控温传输线加热保温，以防止卷烟烟气在毛细管中因冷凝而吸附。每两口卷烟烟气抽吸的间隔期，采用高纯氮气反吹的方式清除采样通道中的残留烟气。与传统的分析方法相比，本发明装置简单、操作方便，可以实现卷烟烟气样品的定量采集，从而真正意义上实现卷烟烟气在线分析测试，灵敏度高，重复性好，结果准确可靠。
【专利说明】一种卷烟主流烟气在线分析方法及其专用的在线分析装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及卷烟烟气分析领域，具体是一种卷烟主流烟气在线分析方法及其专用的在线分析装置，是利用离子分子反应质谱(MR-MS)在线分析卷烟主流烟气中部分化合物的方法。
【背景技术】
[0002]卷烟烟气是卷烟燃烧产生的一种气溶胶，是一个不断变化的复杂化学体系，是在卷烟抽吸过程中由烟丝柱体燃烧、裂解、蒸馏而产生的。卷烟烟气化学成分的分析是一项基础性研究工作，迄今为止，人们已经从卷烟烟气中鉴定出5000多种物质，多数物质性质活泼，导致卷烟烟气为一个高度动态的、不断变化的气溶胶混合体系。由于卷烟烟气的形成是一个动态过程，传统的离线分析方法通常采用剑桥滤片、冷阱、静电、溶液吸收等捕集技术收集卷烟烟气，然后根据需要采用溶剂萃取、固相萃取等前处理过程进行样品提取、净化和富集，最后采用色谱、质谱、光谱等仪器进行分析测试。由于，离线分析方法受烟气样品捕集、分析目标物的净化、预浓缩、分离等因素的影响，分析过程复杂且耗时费力，且测试结果所反映的也只是陈化烟气的特征。由于卷烟烟气化学成分性质活泼，检测方法能否真正反映“新鲜”烟气的化学组成是非常重要的问题。为考察“新鲜”烟气的化学特征，一些在线分析技术被尝试用于卷烟烟气分析研究。
[0003]随着质谱技术的发展，软电离技术在21世纪初被应用于烟气气相的在线分析检测，主要质谱技术有离子分子反应质谱(IMR-MS)、多质子吸收激光诱导解离质谱(REMP1-MS)、单光子电离质谱(SP1-MS)等。多种软电离技术利用离子_分子反应实现样品分子离子化，使在质谱条件下不易形成分子离子的化合物，通过与反应气体分子产生的活性反应离子发生离子分子反应，形成与这些离子的加合离子，从而可以根据化合物的分子量及电离能进行混合物的分析。而对于同分异构体等结构差异甚微的物质，利用分子离子反应可以获得不同的质谱结果，从而完成分析。
[0004]近年来，对卷烟烟气的在线分析研究日益受到研究者的关注和重视，离子分子反应和真空紫外光电离两种技术已成为卷烟烟气在线实时分析的有效手段。頂R-MS采用离子分子反应技术，利用低离子能的Hg+、Xe+、Kr+等把待分析化合物分子离子化后经过四极杆质量分析器后得到分子计数，由软件系统来采集并处理、保存、传输数据，进行实时监控。不需要样品预处理，直接采样即时分析；对极性、非极性化合物等均可分析。然而，由于卷烟烟气粒相物质容易在吸烟机管道和分析仪器沉积，从文献资料报道来看，受吸烟机与相关仪器的接口技术限制，目前的在线分析技术大多是针对卷烟烟气气相部分进行分析，在取样方面多采用六通阀取样或者是直接通过分析系统的负压环境进行取样分析，这就会带来取样重复性难以保证和采样通道污染等问题。因此，该技术在对卷烟烟气组分进行定性和定量分析时均受到一定的限制。国内，上海烟草集团公司采用20孔道转盘吸烟机代替单孔道吸烟机，利用其旋转抽吸的特点，用下一孔道的空吸进行记忆效应的消除，从一定程度上解决了抽吸通道烟气残留造成的影响，但是质谱采样通道的污染仍无法消除，同时系统采样的重复性也有待进一步提闻。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有卷烟烟气实时在线分析技术存在的不足之处而发明的一种卷烟主流烟气在线分析方法及装置，是利用吸烟机和离子分子反应质谱在线分析卷烟主流烟气中的部分化合物的方法。提供一种结构简单、操作方便，可以实现在各种抽吸条件下，对单口卷烟烟气中的多种组分进行实时在线分析，为研究“新鲜”烟气的化学特征提供一种好的技术手段。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种卷烟主流烟气在线分析方法，是通过单孔道吸烟机和离子分子反应质谱在线分析卷烟主流烟气中的部分化合物的方法，主流烟气的采样通通过标准恒流孔装置实现，部分主流烟气由标准恒流孔装置采样后通过空心毛细管直接引入到MR-MS，且在毛细管伸出质谱系统的部分设置有加热保温设施，在每两口卷烟烟气分析之间采用高纯氮气反吹清除采样通道中的残留烟气，采样通道与吸烟机接口处温度为180 °C，采样通道温度为250 V,采样通道与MR-MS的接口处温度为250 °C，采样压力为采样压力为20 mbar。
[0007]所述IMR-MS的条件如下:
离子源:汞(Hg) 10.44 eV;也可以根据目标化合物的不同而选择其它离子源，如氙(Xe) 12.13 eV、氪(Kr) 14.00 eV 等;
质量扫面范围:3、00 amu ；
分辨率:1 amu ；
测定时间:50 ms ；
定量离子:根据分析目标化合物确定。
[0008]实现上述在线分析方法所用的专用在线分析装置构造如下:包括卷烟夹持器与卷烟夹持器通过软管连接的单孔道吸烟机以及离子分子反应质谱MR-MS，在卷烟夹持器与单孔道吸烟机之间连接有一个两位三通电磁阀，在该两位三通电磁阀的另一出口通过恒流装置和毛细管采样管与頂R-MS串连，在毛细管采样管与IMR-MS之间也设置有一个两位三通电磁阀，此两位三通电磁阀的另一出口连接有氮气反吹装置，在毛细管采样管上设置有加热保温层。
[0009]所述毛细管内径0.32_。
[0010]所述主流烟气采样是通过标准恒流孔装置即标准恒流孔实现的，可以保证采样过程的重复性。标准恒流孔装置可以方便的拆装，控制流量可以根据实际需要进行确定，一般为f1 mL/s。通过流量和采样时间(抽吸持续时间)的准确控制，可以保证每口抽吸过程中的采样重复性。
[0011]所述主流烟气的采样通道内部均经过惰性化处理。
[0012]所述采样通道为空心毛细管，外设有加热保温装置，可以采用加热部件对整个采样通道进行加热。本设计是为了防止烟气在采样通道冷凝而影响样品分析。
[0013]本发明的在线分析卷烟主流烟气中的部分化合物，具体包括如下步骤:
打开MR-MS并与热48小时以下上，采用动态标准气体发生器，产生不同浓度的标准气体并对IMR-MS的质谱系统进行定量校正，校正时一般采用标准气体单点校正法进行。
[0014]打开吸烟机预热20分钟以上，根据测试需要对吸烟机参数进行设定。
[0015]抽吸卷烟并进行卷烟主流烟气中目标化合物的在线分析时，在标准条件下抽吸卷烟，部分主流烟气(3.5 mL)经标准恒流孔装置定量引入到MR-MS进行在线分析，而剩余的大部分卷烟烟气随吸烟机抽吸通道排出。其具体分析过程如下:设定好卷烟抽吸模式后点燃卷烟，在卷烟的2 s抽吸过程中，部分(3.5 mL)卷烟主流烟气通过标准恒流孔(恒流孔装置的两端之间存在一定的压力差，当压力差大于某一个值时，气体以恒定的流速通过恒流孔，从而实现采样分析)进入IMR-MS的采样通道，经带加热装置的空心毛细管直接引入到IMR-MS离子源内并同时被离子化，从而实现卷烟烟气的在线分析。每口抽吸结束后，通过电磁阀的自动切换。利用高纯氮气对整个烟气通道进行反吹以消除前一口烟气残留对后续分析测试的影响。
[0016]本发明可以实现卷烟主流烟气的逐口抽吸在线分析，烟气样品的引入通过标准恒流孔装置实现，操作简单方便，重复性好。可以同时检测卷烟主流烟气中不同类型的化合物，本方法灵敏度高，重复性好，定量准确可靠。在卷烟每口抽吸之间采用高纯氮气反吹的方式清洗烟气通道，能有效消除卷烟主流烟气逐口分析过程中因两口抽吸之间的烟气残留而引起的实验误差。利用本发明对卷烟主流烟气中1，3_ 丁二烯，异戊二烯，苯，甲苯，乙醛、丙酮、2- 丁酮等7种化合物进行在线逐口分析。采用参比卷烟，对方法进行了日内、日间重复性考察，具体结果如表1和表2所示。从结果来看:各目标化合物无论是前7 口的单口释放量还是整支卷烟释放量的相对偏差均小于15%，最后一口释放量的差异较大，主要是因为不同烟支燃烧速率存在差异，导致最后一口抽吸为不完整抽吸而造成的差异。将参比卷烟1R5F和3R4F的测试结果与传统分析方法检测结果进行比较分析，如图3和图4所示，结果显示本发明对参比卷烟的整支卷烟烟气释放量的测试结果与传统方法所得结果基本一致。
[0017]表1 7种目标化合物的方法日内重复性(RSD，单位％) (n=10)
【权利要求】
1.一种卷烟主流烟气在线分析方法，其特征在于:是通过单孔道吸烟机和离子分子反应质谱在线分析卷烟主流烟气中的部分化合物的方法，主流烟气的采样通过标准恒流孔装置实现，部分主流烟气经标准恒流孔装置采样后通过空心毛细管直接引入到MR-MS，且在毛细管伸出质谱系统的部分设置有加热保温设施，在每两口卷烟烟气分析之间采用高纯氮气反吹清除采样通道中的残留烟气，采样通道与吸烟机接口处温度为180 °C，采样通道温度为250 °C，采样通道与MR-MS的接口处温度为250 °C，采样压力为采样压力为20 mbar。
2.根据权利要求1所述的卷烟主流烟气在线分析方法，其特征在于:所述IMR-MS的条件如下: 离子源:汞(Hg) 10.44 eV ;或根据目标化合物的不同而选择其它离子源，如氙(Xe)12.1 3eV、氪(Kr) 14.00 eV ； 质量扫面范围:3、00 amu ； 分辨率:1 amu ； 测定时间:50 ms ； 定量离子:根据分析目标化合物确定。
3.—种如权利要求1所述的卷烟主流烟气在线分析方法所用的专用在线分析装置，其特征在于:包括卷烟夹持器与卷烟夹持器通过软管连接的单孔道吸烟机以及离子分子反应质谱MR-MS，在卷烟夹持器与单孔道吸烟机之间连接有一个两位三通电磁阀，在该两位三通电磁阀的另一出口通过一恒流装置和毛细管采样管与IMR-MS连接，在毛细管采样管与IMR-MS之间也设置有一个两位三通电磁阀，此两位三通电磁阀的另一出口连接有氮气反吹装置，在毛细管采样管上设置有加热保温层。
4.根据权利要求3所述的专用在线分析装置，其特征在于:所述标准恒流孔装置的控制流量可以根据实际需要进行确定，一般为广10 mL/s。
【文档编号】G01N1/22GK104198573SQ201410481672
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月20日 优先权日:2014年9月20日
【发明者】庞永强, 陈再根, 罗彦波, 姜兴益, 李雪, 朱风鹏, 侯宏卫 申请人:国家烟草质量监督检验中心