一种卷烟烟气在线分析方法与流程

1.本发明属于卷烟烟气分析技术领域，具体涉及一种卷烟烟气在线分析方法。


背景技术：

2.卷烟烟气是烟草不完全燃烧形成的、极其复杂的、不断变化的化学物质混合物，卷烟烟气直接面向消费者，是体现卷烟质量水平、风味特征以及健康风险的最主要因素，其化学成分分析一直是烟草化学研究中的重要内容，其中主流烟气(mainstream smoke,简称mms)作为人体直接吸食的部分，含有多种有害和致癌物质，会严重危害人体健康。
3.目前，卷烟烟气中化学成分的分析通常采用离线方法，即：使用剑桥滤片、冷凝管等对烟气进行收集，必要时还需进行萃取、浓缩、化学衍生等前处理操作，再使用气相色谱-质谱(简称gc-ms)、液相色谱-质谱(简称lc-ms)、电子顺磁共振波谱仪(简称esr)等仪器进行成分分析。虽然这类离线方法的定性定量结果准确、重现性好，但过程复杂、耗时较长，会导致烟气老化和烟气中的化学成分改变，因而无法准确反映吸烟者在实际吸烟过程中所接触和吸收烟气的即时化学组成特征。因此，如何设计一种卷烟烟气在线分析方法，以实现对卷烟烟气的实时在线分析，使得分析过程简单、耗时较短，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种卷烟烟气在线分析方法，以解决现有技术中的上述技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.一种卷烟烟气在线分析方法，其包括以下步骤：
7.步骤s1、利用烟气发生模块连续不断的吸取被点燃的烟支上的烟气，并将烟气输送到同轴喷针的第一层套管中，由第一层套管的出口喷出；
8.步骤s2、利用溶液注射模块，将电喷雾试剂输送到同轴喷针的第二层套管中，并由第二层套管的出口喷出，使烟气与电喷雾试剂反应，形成反应后的溶液；第二层套管套设在第一层套管外；
9.步骤s3、将氮气储存装置中的氮气输送到同轴喷针的第三层套管中，并由第三层套管的出口喷出，使得反应后的溶液形成微液滴喷雾；第三层套管套设在第二层套管外；
10.步骤s4、利用质谱仪的高压电源给第三层套管提供电压，使微液滴喷雾离子化；
11.步骤s5、离子化的微液滴喷雾进入质谱仪的质谱真空接口，利用质谱仪对离子化的微液滴喷雾进行分析。
12.优选地，将步骤s1中选取的烟支先在温度21℃-23℃，相对湿度58％-62％的条件下平衡48h，而后再点燃。
13.优选地，在步骤s3中，氮气储存装置储存的为高纯氮气，高纯氮气的纯度≥99.999％，传输高纯氮气的压力为0.25mpa。
14.优选地，在步骤s5中，质谱的测定条件为：电喷雾离子源，正离子检测模式，喷雾电压：6.50kv，毛细管温度：300℃，s-lens rf level：67.1％，microscans：1，最大注入时间：100ms，碰撞气：纯度≥99.999％的高纯氦气。
15.优选地，所述质谱仪为组合式质谱仪。
16.优选地，在步骤s5中，质谱的数据采集方法为：
17.一级质谱采用傅里叶变换高分辨全扫描，采集范围：50-300m/z，分辨率：30000；
18.二级质谱采用数据依赖性扫描，采集范围：50-200m/z，分辨率：30000，碰撞模式：高能量碰撞解离，隔离宽度：0.7m/z，归一化碰撞能量：50％，激活能量单位：0.25q，激活时间：0.1ms。
19.优选地，第一层套管的出口端面、第二层套管的出口端面均与第三层套管的出口端面相平齐。
20.优选地，所述溶液注射模块包括流动注射泵、设置在流动注射泵上的注射器，注射器的出液口通过注液管路与第二层套管相连通。
21.优选地，注射器的规格为10ml；流动注射泵的工作条件为：液量：10ml，流量：500μl/min，时间：20min。
22.优选地，电喷雾试剂为色谱级甲醇。
23.本发明的有益效果在于：
24.本发明的卷烟烟气在线分析方法，其利用烟气发生模块连续不断的吸取被点燃的烟支上的烟气，并将烟气输送到同轴喷针的第一层套管中，由第一层套管的出口喷出；同时，利用溶液注射模块，将电喷雾试剂输送到同轴喷针的第二层套管中，并由第二层套管的出口喷出，使烟气与电喷雾试剂反应，形成反应后的溶液；且将氮气储存装置中的氮气输送到同轴喷针的第三层套管中，并由第三层套管的出口喷出，使得反应后的溶液与氮气形成微液滴喷雾；并且利用质谱仪的高压电源给第三层套管提供电压，使微液滴喷雾离子化，离子化的微液滴喷雾经质谱真空接口进入质谱仪，即可利用质谱仪对离子化的微液滴喷雾进行分析。可见，本发明能够较好地实现卷烟烟气的在线分析，而无需像现有技术中一样对卷烟烟气进行前处理操作，从而有效地简化了卷烟烟气的分析步骤，使得卷烟烟气的分析较为简单、快速，进而能够避免烟气老化，较为准确地反映出吸烟者在实际吸烟过程中所吸入的卷烟烟气的真实化学组成。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，并将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细说明，其中
26.图1为本发明实施例提供的卷烟烟气在线分析方法的流程图；
27.图2为本发明一实施例提供的使用该卷烟烟气在线分析方法的装置的示意图；
28.图3为图2中a处的放大图。
29.附图中标记：
30.1、烟支夹持器，2、烟支，3、蠕动泵，4、硅胶软管，5、第一转接头，61、第一层套管，6、同轴喷针；62、第二层套管，63、第三层套管，7、第一针头，8、流动注射泵，9、注射器，10、第二
针头，11、聚四氟乙烯管，12、鲁尔外旋母接头，13、鲁尔外旋公接头，14、第三针头，15、聚氨酯管，16、第二转接头，17、质谱真空接口，18、质谱仪，19、氮气储存装置，20、电源线。
具体实施方式
31.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合具体实施例对本方案作进一步地详细介绍。
32.如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种卷烟烟气在线分析方法，其包括以下步骤：
33.步骤s1、利用烟气发生模块连续不断的吸取被点燃的烟支2上的烟气，并将烟气输送到同轴喷针6的第一层套管61中，由第一层套管的出口喷出；
34.步骤s2、利用溶液注射模块，将电喷雾试剂输送到同轴喷针的第二层套管中，并由第二层套管62的出口喷出，使烟气与电喷雾试剂反应，形成反应后的溶液；第二层套管套设在第一层套管外；
35.步骤s3、将氮气储存装置中的氮气输送到同轴喷针的第三层套管中，并由第三层套管63的出口喷出，使得上述反应后的溶液形成微液滴喷雾；第三层套管套设在第二层套管外；
36.步骤s4、利用质谱仪18的高压电源给第三层套管提供电压，使微液滴喷雾离子化；
37.步骤s5、离子化的微液滴喷雾进入质谱仪的质谱真空接口17，利用质谱仪18对离子化的微液滴喷雾进行分析。
38.本发明实施例提供的卷烟烟气在线分析方法，其利用烟气发生模块连续不断的吸取被点燃的烟支上的烟气，并将烟气输送到同轴喷针6的第一层套管中，由第一层套管61的出口喷出；同时，利用溶液注射模块，将电喷雾试剂输送到同轴喷针的第二层套管62中，并由第二层套管的出口喷出，使烟气与电喷雾试剂反应，形成反应后的溶液；且将氮气储存装置中的氮气输送到同轴喷针的第三层套管63中，并由第三层套管的出口喷出，使得反应后的溶液与氮气形成微液滴喷雾；并且利用质谱仪的高压电源给第三层套管提供电压，使微液滴喷雾离子化，离子化的微液滴喷雾经质谱真空接口17进入质谱仪，即可利用质谱仪18对离子化的微液滴喷雾进行分析。可见，本发明能够较好地实现卷烟烟气的在线分析，而无需像现有技术中一样对卷烟烟气进行前处理操作，从而有效地简化了卷烟烟气的分析步骤，使得卷烟烟气的分析过程较为简单、快速，进而能够避免烟气老化，较为准确地反映出吸烟者在实际吸烟过程中所吸入的卷烟烟气的真实化学组成。
39.具体地，将步骤s1中选取的烟支2先在温度21℃-23℃，相对湿度58％-62％的条件下平衡48h，而后再点燃。
40.可以优选，在步骤s3中，氮气储存装置储存的为高纯氮气，高纯氮气的纯度≥99.999％，传输高纯氮气的压力为0.25mpa。
41.具体地，在步骤s5中，质谱的测定条件为：电喷雾离子源，正离子检测模式，喷雾电压：6.50kv，毛细管温度：300℃，s-lens rf level：67.1％，microscans：1，最大注入时间：100ms，碰撞气：纯度≥99.999％的高纯氦气。
42.进一步地，所述质谱仪为组合式质谱仪。可以优选，质谱仪为ltq-orbitrap velos线性离子阱-静电场轨道阱组合式质谱仪，并以标准校正液进行准确质量数校正，其特有的
高分辨能力以及多级质谱检测能力能够实现卷烟主流烟气化学成分的精确分析。
43.具体地，在步骤s5中，质谱的数据采集方法为：
44.一级质谱采用傅里叶变换高分辨全扫描，采集范围：50-300m/z，分辨率：30000；
45.二级质谱采用数据依赖性扫描，采集范围：50-200m/z，分辨率：30000，碰撞模式：高能量碰撞解离，隔离宽度：0.7m/z，归一化碰撞能量：50％，激活能量单位：0.25q，激活时间：0.1ms。
46.可以优选，第一层套管的出口端面、第二层套管的出口端面均与第三层套管的出口端面相平齐，从而使得烟气与电喷雾试剂及氮气及时接触。可以理解的是，同轴喷针6的出口靠近质谱仪的质谱真空接口17；同轴喷针6包括由内至外依次同轴设置的第一层套管61、第二层套管62和第三层套管63。
47.在一具体的实施例中，烟气发生模块包括用于对烟支进行夹持的烟支夹持器1、蠕动泵3、硅胶软管4，硅胶软管4设置在蠕动泵3的软管卡槽中，硅胶软管的一端与烟支夹持器的出气口相连，硅胶软管的另一端设置有第一转接头5，第一转接头通过第一针头7与第一层套管61相连，蠕动泵工作时，能够通过硅胶软管连续不断的吸取被点燃的烟支产生的烟气；可以优选，蠕动泵的转速为275rpm；氮气储存装置可以通过依次相连的聚氨酯管15、第二转接头16、第三针头14与第三层套管63相连，聚氨酯管上可以设置有开关阀，以便于开闭该聚氨酯管；氮气储存装置19可以为氮气钢瓶。
48.具体地，所述溶液注射模块包括流动注射泵8、设置在流动注射泵上的注射器9，注射器9的出液口通过注液管路与第二层套管相连通。可以优选，注液管路包括聚四氟乙烯管11、鲁尔外旋母接头12和鲁尔外旋公接头13，注射器的出液口通过鲁尔外旋母接头与聚四氟乙烯管的一端相连，聚四氟乙烯管11的另一端通过依次相连的鲁尔外旋公接头13、第二针头10与第二层套管62相连。
49.可以优选，注射器的规格为10ml；流动注射泵的工作条件为：液量：10ml，流量：500μl/min，时间：20min。可以理解的是，注射器内储存有电喷雾试剂。
50.具体地，电喷雾试剂为色谱级甲醇。
51.可以优选，同轴喷针6的轴线与质谱真空接口17的轴线之间的夹角为30
°
至45
°
，即两轴线之间的锐角夹角为30
°
至45
°
；同轴喷针的出口端面与质谱真空接口的右端端面之间的直线距离为3cm至5cm，也即同轴喷针的出口端面的中心点与质谱真空接口的右端端面的中心点之间的连线的长度为3cm至5cm。可以理解的是，质谱仪18的高压电源通过电源线20与第三层套管相连；质谱仪、卷烟夹持器、蠕动泵、流动注射泵均为现有技术中的常用部件，此处不再赘述；烟气发生模块、溶液注射模块、氮气储存装置也可以为其它结构，只要其能够实现各自的功能即可。
52.本发明能够对卷烟主流烟气进行实时在线直接分析，能够较为准确地检测出卷烟烟气的真实化学组成和动态变化过程，便于探索出进入人体的真正有害化学成分。本发明中的主要部件如同轴喷针、第一针头、第二针头、第三针头、卷烟夹持器等均为不锈钢材质，耐高温，可重复使用，易于清洁，以此来消除烟气的残留，从而能够保证卷烟烟气在线分析的准确性。
53.本发明使得进入质谱真空接口的是离子化的微液滴喷雾，即是电喷雾离子源(简称esi)，相比于其他离子源，利用电喷雾离子源可以实现卷烟烟气气相和粒相的化学成分
分析，较好地实现了基于esi-ms的卷烟烟气在线分析。同时，本发明还能够实现对卷烟烟气的实时、原位和在线分析，反映卷烟烟气的真实化学组成和动态变化过程。
54.以上仅是本发明的优选实施方式，需要指出的是，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，而且，在阅读了本发明的内容之后，本领域相关技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，这些等价形式同样落入本技术所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤s1、利用烟气发生模块连续不断的吸取被点燃的烟支上的烟气，并将烟气输送到同轴喷针的第一层套管中，由第一层套管的出口喷出；步骤s2、利用溶液注射模块，将电喷雾试剂输送到同轴喷针的第二层套管中，并由第二层套管的出口喷出，使烟气与电喷雾试剂反应，形成反应后的溶液；其中，第二层套管套设在第一层套管外；步骤s3、将氮气储存装置中的氮气输送到同轴喷针的第三层套管中，并由第三层套管的出口喷出，使得上述反应后的溶液形成微液滴喷雾；其中，第三层套管套设在第二层套管外；步骤s4、利用质谱仪的高压电源给第三层套管提供电压，使微液滴喷雾离子化；步骤s5、离子化的微液滴喷雾进入质谱仪的质谱真空接口，利用质谱仪对离子化的微液滴喷雾进行分析。2.根据权利要求1所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，将步骤s1中选取的烟支先在温度21℃-23℃，相对湿度58％-62％的条件下平衡48h，而后再点燃。3.根据权利要求1所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，在步骤s3中，氮气储存装置储存的为高纯氮气，高纯氮气的纯度≥99.999％，传输高纯氮气的压力为0.25mpa。4.根据权利要求1所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，在步骤s5中，质谱的测定条件为：电喷雾离子源，正离子检测模式，喷雾电压：6.50kv，毛细管温度：300℃，s-lens rf level：67.1％，microscans：1，最大注入时间：100ms，碰撞气：纯度≥99.999％的高纯氦气。5.根据权利要求1所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，所述质谱仪为组合式质谱仪。6.根据权利要求5所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，在步骤s5中，质谱的数据采集方法为：一级质谱采用傅里叶变换高分辨全扫描，采集范围：50-300m/z，分辨率：30000；二级质谱采用数据依赖性扫描，采集范围：50-200m/z，分辨率：30000，碰撞模式：高能量碰撞解离，隔离宽度：0.7m/z，归一化碰撞能量：50％，激活能量单位：0.25q，激活时间：0.1ms。7.根据权利要求1所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，第一层套管的出口端面、第二层套管的出口端面均与第三层套管的出口端面相平齐。8.根据权利要求1所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，所述溶液注射模块包括流动注射泵、设置在流动注射泵上的注射器，注射器的出液口通过注液管路与第二层套管相连通。9.根据权利要求8所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，注射器的规格为10ml；流动注射泵的工作条件为：液量：10ml，流量：500μl/min，时间：20min。10.根据权利要求1所述的卷烟烟气在线分析方法，其特征在于，电喷雾试剂为色谱级甲醇。

技术总结
本发明提供了一种卷烟烟气在线分析方法，其包括以下步骤：利用烟气发生模块连续不断的吸取被点燃的烟支上的烟气，并将烟气输送到同轴喷针的第一层套管中，而后喷出；利用溶液注射模块，将电喷雾试剂输送到同轴喷针的第二层套管中，并喷出，使烟气与电喷雾试剂反应，形成反应后的溶液；将氮气储存装置中的氮气输送到同轴喷针的第三层套管中，并喷出，使得反应后的溶液形成微液滴喷雾；利用质谱仪的高压电源给第三层套管提供电压，使微液滴喷雾离子化；离子化的微液滴喷雾进入质谱仪的质谱真空接口，利用质谱仪对离子化的微液滴喷雾进行分析。本发明较好地实现了卷烟烟气的在线分析，使得卷烟烟气的分析较为简单、快速。快速。快速。


技术研发人员：许恒誉 刘博 李茂松 戎萍 姚双挺 何杨杰 李晓茵 陈昭定 陆成飞 陈岚 周炜 黄华
受保护的技术使用者：浙江中烟工业有限责任公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/9/20