[发明专利]基于可控等值比法模拟卷烟燃吸的分析装置

说明书

本发明是申请号为2014101510834的分案申请。

技术领域：

本发明涉及一种基于可控等值比法模拟卷烟燃吸的分析装置，属于烟草检测技术领域。

背景技术：

卷烟品质取决于卷烟烟气，而卷烟烟气主要是在卷烟燃吸过程中由烟草及其添加成分通过蒸馏、裂解产生。因此，用热解技术对卷烟样品进行裂解，模拟卷烟燃吸过程，对产生的裂解产物进行分析评价，是对烟气成分来源、香料转移等进行评价研究的一种广泛使用的实验方法。

目前，常用于模拟卷烟燃吸状态的热解装置主要有热重分析仪、管式炉等。热重分析仪的升温范围可以满足烟草研究的需求，而且可以方便地改变升温速率以及氧气含量，但是热失重仪器存在载样量小、升温速率低等不足，与卷烟燃吸时剧烈升温的实际情况相差较大。管式炉由于具有升温速率快，气氛可调和样品量大等优点，已成为目前进行模拟卷烟燃吸的常用热解手段。如日本烟草公司的Torikai等人(Food and Chemical Toxicology,2004；42:1409–1417)、Yoshida等人(Journal of Analytical and Applied Pyrolysis,2013,104:508–513)以及中国专利CN 101692076A都曾利用管式炉研究烟草和烟草组分在模拟卷烟燃吸时的热解特性。需要说明的是，无论是热重分析仪，还是管式炉，都无法使测试样品达到稳态热解燃烧，即温度、烟草以及空气这三个燃烧要素难以处于相对恒定的状态，故难以对热解燃烧产物进行准确定量。

近年来，在火灾毒性评价研究领域提出了等值比的概念。其核心在于燃料产生速率(v_燃料)与空气供给速率(v_空气)比值的控制，如下式所示，

当时，分别代表材料在空气充足，化学当量比(理论值)和缺氧条件下的稳态燃烧。其中，的物理含义是指燃料中的各元素充分燃烧时空气的供应量。因此，通过控制等值比就可以控制烟草样品处于稳定的贫氧燃烧状态。同时，标准ISO19700中提出的稳态燃烧管式炉能够对宏量烟草样品(可达十克级以上)进行快速加热。综上可以看出，基于可控等值比法的稳态燃烧管式炉可准确模拟卷烟燃吸时的燃烧环境，对特定稳态燃烧环境下产生的热解产物进行采集并加以定量分析汇总，便可以对烟草在模拟卷烟燃吸环境下的热解产物释放量进行准确测量。然而现阶段，该技术在国内外烟草行业尚未见相关报道。开发出基于可控等值比法的模拟卷烟燃吸的在线分析方法及装置，将丰富并完善烟草和烟草制品质量安全综合评价体系，为烟叶原料质量评价和保障、卷烟设计开发和品质提升提供重要技术支撑，对于“减害降焦”等重大专项关键技术突破具有积极的推动作用。

发明内容：

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于可控等值比法模拟卷烟燃吸的分析装置，综合利用稳态管式炉和气相色谱-质谱联用技术(GC-MS)的手段，实现了烟草在贫氧下的稳态燃烧并能对其燃烧产物进行在线分析。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于可控等值比法模拟卷烟燃吸的分析装置，其包括：

稳态燃烧装置、燃烧产物转换装置、二氧化碳检测分析系统、稳态燃烧产物捕集分析装置；

所述稳态燃烧装置包括环形加热炉及环形加热炉控制器，石英管设于所述环形加热炉内的一端为加热端，另一端为非加热端，在所述非加热端设有密封件，石英舟设于所述石英管内并由外部的步进电机推动能够在石英管内匀速移动，在所述密封件上设有两个通孔用于供气管路通路和步进电机传动通路，所述供气管路与外部供气装置连通；

所述燃烧产物转换装置为六通阀，其分别与稳态燃烧装置的环形加热炉的出气端、所述二氧化碳检测分析系统、所述稳态燃烧产物捕集分析装置以及载气气源管路相连，用于燃烧产物的流向转换；

所述二氧化碳检测分析系统包括与所述六通阀连通的稀释混合箱、与所述稀释混合箱连通的非散射红外仪、与所述非散射红外仪连通的真空泵以及二氧化碳检测结果记录仪；

所述稳态燃烧产物捕集分析装置包括与所述六通阀连通的PTV进样器、与所述PTV进样器连通的气相色谱仪、气相质谱仪。

所述载气气源管路中的载气为惰性气体，用作气相色谱的载气或冷却稀释燃烧产物。

基于可控等值比法模拟卷烟燃吸的分析方法，其包括如下步骤：

步骤1：计算理论耗氧量；