本发明属于卷烟烟气分析检测
技术领域：
，具体涉及一种用于卷烟烟气分粒径颗粒的质量表征方法，该方法将压电式石英晶体盘固定于电低压冲击式采样器的粒径分级碰撞器上，对进样烟气进行收集，利用压电式石英晶体盘的压电效应测试石英晶体盘表面沉积的不同粒径烟气颗粒，以完成烟气分粒径颗粒的质量表征。
背景技术：
卷烟燃烧过程中，烟草组分经过燃烧、热解、蒸馏等复杂过程生成几千种烟气成分。由于烟气燃烧锥内存在较大的温度梯度，烟气成分随着温度的降低可凝结成气溶胶。研究烟气气溶胶在不同粒径下的质量分布，对于研究卷烟燃烧过程，揭示燃烧机理具有重要作用。烟气气溶胶的粒径较小，“新鲜”烟气的平均空气动力学粒径通常在50~500nm范围内，粒数浓度在1×109个/cm3—1×1010个/cm3。烟气气溶胶的测试结果与烟气陈化时间、稀释时间和倍数、仪器方法密切相关。电低压冲击采样器是一种用于气溶胶在线测量的仪器，已有用于单口烟气气溶胶在线测量的相关报道。该仪器主要包括：电晕充电器、串级冲击式碰撞器、检测计。电晕充电器可使气溶胶粒子带上一定量的电荷，带电粒子被引入采样器并根据粒子的空气动力学直径可分为12个粒径范围，由检测计对每级撞击盘的电信号进行记录，可获得每级撞击盘（对应粒径范围）的粒子数浓度，根据空气动力学直径计算，可得烟气颗粒在不同粒径范围的质量分布情况。然而，该方法在用于卷烟烟气分粒径颗粒的质量表征时存在以下问题：（1）电低压冲击式采样器并不能直接测得气溶胶的质量，而是根据检测计的电信号、气溶胶的有效密度、气溶胶带电效率等理论值计算获得，该过程中有效密度和带电效率实际值偏差会影响气溶胶质量分布的准确表征；（2）电低压冲击式采样器在测量过程中，气溶胶在碰撞器表面沉积时会发生粒子反弹和吹走现象，并伴随粒子电荷的转移，从而使测得的电信号无法反映气溶胶的粒数浓度，也影响气溶胶质量分布的准确表征；（3）将电低压冲击采样器的碰撞器表面磨砂处理，直接用于不同粒径烟气气溶胶的收集，并对收集的烟气进行称量，可获得部分粒径范围内的气溶胶的质量分布。然而，卷烟单口烟气气溶胶的质量较小，且烟气粒径分布为正态分布，其在小粒径区域和大粒径区域的气溶胶粒子数相对较少，则收集的粒子质量较小，无法对其进行准确测量。技术实现要素：本发明的目的正是针对卷烟单口烟气分粒径颗粒的质量表征的需要，提供了一种用于卷烟烟气分粒径颗粒的质量表征方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于卷烟烟气分粒径颗粒的质量表征方法，首先对电低压冲击式采样器的粒径分级碰撞器进行改造，将粒径分级碰撞器的每一级撞击盘中心上表面加工切除0.1~0.2mm厚度，然后将0.1~0.2mm厚度的压电式石英晶体盘置于每一级撞击盘上表面，并通过金属压环固定；卷烟烟气进样测量时，粒径分级碰撞器对不同粒径烟气进行分级收集，收集结束后，由石英晶体微天平测试系统测量各级压电式石英晶体盘表面沉积的不同粒径烟气颗粒质量，完成烟气分粒径颗粒的质量表征；方法具体为：1）在0.1~0.2mm厚度的压电式石英晶体盘表面涂覆一层润滑油，由石英晶体微天平测试系统测量该石英晶体盘的共振频率；2）将压电式石英晶体盘置于粒径分级碰撞器的各级撞击盘中心上表面，并通过金属压环固定；3）将固定有石英晶体盘的粒径分级碰撞器安装于电低压冲击式采样器；4）将卷烟烟气引入电低压冲击式采样器，基于空气动力学直径对烟气进行分离，使不同粒径烟气颗粒沉积于粒径分级碰撞器的各级石英晶体盘上；5）将收集烟气后的各级石英晶体盘置于石英晶体微天平测试系统，分别测量各石英晶体盘的共振频率，计算沉积烟气颗粒的质量。在本发明中，石英晶体盘表面涂覆一层润滑油用于烟气颗粒的吸附，其运动粘度（40℃）为5~15mm2/s，厚度为10~100μm。石英晶体盘的直径为20~30mm，中心电极为圆形金膜，其直径为10~25mm，厚度为10~100nm。步骤5）中，在第i级粒径范围内，石英晶体微天平测试系统根据sauerbrey方程，计算石英晶体盘表面收集烟气颗粒的质量为：其中，δmi(g)为收集烟气颗粒的质量；δf(hz)为石英晶体盘沉积烟气颗粒前后的共振频率变化；a（cm2）为石英晶体盘的金电极面积，f(hz)为石英晶体盘的共振频率。分别对粒径分级碰撞器的各级石英晶体盘收集烟气的质量进行计算，可获得烟气气溶胶在不同粒径下的质量分布，即烟气分粒径颗粒的质量分布。本发明方法的优点在于：针对卷烟烟气分粒径颗粒的质量表征的需要，提供了一种用于卷烟烟气分粒径颗粒的质量表征方法。该方法可对以不同粒径分别收集的烟气气溶胶进行测量，获得烟气分粒径颗粒的质量分布。本发明的质量表征方法与现有方法相比，提高了微量不同粒径烟气颗粒的质量测试精度，有利于准确表征烟气颗粒在不同粒径下的质量分布，可用于卷烟燃烧机理的研究。附图说明图1.本发明设有石英晶体盘的粒径分级碰撞器；图中：1.石英晶体盘，2.金属压环，3.粒径分级碰撞器，4.撞击盘。具体实施方式本发明以下将结合实施例说明：本发明所采用的粒径分级碰撞器3的每一级撞击盘4的中心圆形区域直径为25.8mm，厚度为5mm；将撞击盘4的中心上表面加工切除0.2mm厚度。定制用于烟气气溶胶收集的压电式石英晶体盘1，该石英晶体盘1的直径为25.8mm，厚度为0.2mm，其中心电极为圆形金膜，直径为20mm，厚度为20nm。在石英晶体盘1表面涂覆润滑油，涂覆厚度约为25μm~50μm，所选润滑油的运动粘度（40℃）为10mm2/s。将涂覆有润滑油的石英晶体盘1置于石英晶体微天平测试系统，测量其共振频率。将涂覆有润滑油的石英晶体盘1置于碰撞器3的撞击盘4的中心上表面，采用金属压环2对其进行固定。然后，将粒径分级碰撞器3安装于电低压冲击式采样器。对单支卷烟进行抽吸，卷烟烟气在电低压冲击式采样器的负压（100mpa）作用下被抽吸至进样口，气溶胶颗粒基于空气动力学直径在惯性作用下碰撞至不同粒径的分级碰撞器3，并由涂覆有润滑油的石英晶体盘1捕集。单支卷烟抽吸结束后，将不同粒径分级的石英晶体盘1置于石英晶体微天平测试系统，测量石英晶体盘1的共振频率。在第i级粒径范围内，石英晶体盘1表面收集烟气颗粒的质量为：其中，δmi(g)为收集烟气颗粒的质量；δf(hz)为石英晶体盘的频率变化；a（cm2）为石英晶体盘的金电极面积，f(hz)为石英晶体盘的测试频率。分别计算不同粒径范围的烟气气溶胶质量，可获得单支卷烟烟气分粒径颗粒的质量分布。将某卷烟的单口烟气进样至本发明设置有石英晶体盘的低压冲击式采样器，采用本方法测得单口烟气分粒径的质量如下表1所示。表1.某卷烟单口烟气分粒径的质量结果粒径段序号中位值粒径nm质量μg126.836238.745370514144665261114643119877227281166519185149102927461159594412938836当前第1页12