模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置的制作方法

專利名稱：：模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置的制作方法
技術領域：
：本發明屬于巻煙制造研究領域，涉及一種模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置。
背景技術：
：煙草，包括巻煙和雪茄，是通過吸食其煙氣達到使用效果的特殊商品。煙氣化學成分的生理、生化、毒理方面的研究有賴于先進合理的主流煙氣中化學物質捕集和吸收的方法、裝置和技術。在巻煙煙氣捕集和吸收研究方面，一直采用自動吸煙機模擬人抽吸巻煙的過程，這與人類吸食巻煙時，主流煙氣通過口腔吸入、口腔呼出的生物物理過程顯然存在差異。同時，忽略了主流煙氣中的化學物質與口腔唾液接觸并被吸收、引起口腔感官的生理感覺的生物化學特性。這些都嚴重影響了巻煙煙氣分析的可靠性和科學性。眾所周知，只有那些能與人體相關感覺器官發生作用的煙氣化學成分，才對吸煙過程產生的感覺有影響。因此，發展新的能正確模擬人類吸食煙草的生物物理、生物化學過程和環境的煙氣口腔仿生吸收方法和技術很有必要，這樣捕集到的煙氣化學成分與人抽煙獲得的生理感受之間的相關性更強，從而可以更好地開展煙草化學、巻煙新產品開發、吸煙與健康等相關基礎和應用領域的研究。
發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置，該裝置能更準確的模擬人類吸食煙草、主流煙氣流經口腔的生物物理、生物化學過程，便于對煙氣流經人體的過程進行更深入和更準確研究。本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是—種模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置，其特征在于，包括巻煙夾持器、滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置、單通道吸煙機、滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置、無極調速電動機和動力傳動機構、排煙口；所述的模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置置于整體式恒溫罩中；滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置的煙氣輸入端接巻煙夾持器，滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置的煙氣輸出端通過排煙管道與單通道吸煙機連接；滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的煙氣輸入端通過排煙管道連接單通道吸煙機，滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的煙氣輸出端接排煙口；無極調速電動機通過動力傳動機構與所述的滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置均連接。滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置結構相同，包括旋轉滾筒、黃銅套和連接管道；所述的旋轉滾筒由有機玻璃管制作而成，旋轉滾筒兩端均裝有黃銅套，旋轉滾筒通過所述的傳動機構與無極調速電動機連接；連接管道與黃銅套相接，連接管道由黃銅管、無縫鋼管或塑料管制作而成。在所述的滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的旋轉滾筒內設有口腔仿生吸收液；所述的口腔仿生吸收液具體配方為NaCl0.4gL—、KCl0.4gL—、CaCl22H200.906gL—、NaH2P042H200.69gL—、Na2S9H200.005gL-、Urea1.0gL—、黏液素0.2gL—、溶菌酶0.044gL—、淀粉酶520U;pH值為6.8pH值采用lmol*L—、aOH溶液來調節;在旋轉滾筒的旋轉作用下，口腔仿生吸收液在旋轉滾筒的內壁形成一層0.l-2mm的液體層。所述的模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置還包括支架，滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的旋轉滾筒均設置在支架上。本發明的技術構思人吸煙的過程與呼吸過程密切相關，伴隨特定的呼吸過程完成巻煙、雪茄等煙草制品的吸食。人吸煙過程中主流煙氣流經口腔的生物物理過程是吸入煙氣時主流煙氣與空氣混合，通過布滿唾液的口腔；吐出煙氣時該混合氣則又在此通過口腔。吸入速度是先慢、后快、再慢，吸入速度與時間的關系類似于鐘形曲線。人吸食煙草制品產生的愉悅和快感是煙氣在其通過人體行進過程中有關化學成分與人體具有感受能力的器官發生作用的結果。在口腔和舌的表面上，分布著一層唾液。在吸食巻煙過程中，煙氣的有關化學成分首先溶解于唾液中，或者說被唾液吸收，然后擴散傳輸到口腔和舌表面的味覺感受點，產生味覺感受。口腔與煙氣接觸的表面積約100cm2。基于上述人吸煙時主流煙氣經歷的生物物理和生物化學過程，設計了上述模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置。所述模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置模擬煙氣吸入順序為巻煙夾持器-一模擬口腔裝置一一單通道吸煙機；模擬煙氣吐出順序為單通道吸煙機一一模擬口腔裝置-一排煙口。所述模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置的內部環境溫度控制在36-38t:，優選為37°C;模擬裝置系統抽吸巻煙的頻率為0.5_2口/min，優選為1口/min;連續抽吸時間為l-4sec，優選為2sec;連續抽吸期間，吸入速度為先慢、后快、再慢，吸入速度與時間的關系類似于鐘形曲線；抽吸時每口氣體吸入量為25-40mL，優選為35mL;煙氣吐出時間為l-3sec，優選為2sec.所述模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置中，模擬口腔裝置中模擬口腔與煙氣的接觸面積50-200cm2;模擬口腔中人工吸收液5-50毫升；通過動力裝置，在模擬口腔表面形成薄層，厚度O.l-2mm。所述模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置中，模擬肺部抽吸/排氣設備是商品化的單通道吸煙機。所述模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置中，巻煙夾持器為外購標準件，滾筒旋轉由電動機通過皮帶驅動，滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置中的動、靜部件結合處設置有起密封作用的硅橡膠墊圈。本發明的有益效果為與目前常用巻煙煙氣捕集和吸收技術相比，本發明的裝置集成度高，使用方便，更重要的是使用本發明技術獲得的煙氣試樣的化學成分與巻煙產品感官質量相關性強，相應的分析數據更能反映巻煙產品的質量。據此測試數據間實施例，本發明的裝置能夠在煙草化學、巻煙新產品開發、吸煙與健康等相關基礎和應用研究領域中發揮重要作用。圖1為本發明裝置的結構示意圖。圖中1一巻煙夾持器，2—滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置，3—連接滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置出口與單通道吸煙機吸入口的管道，4一單通道吸煙機，5—連接單通道吸煙機排煙口與滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的管道，6—滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置，7—模擬口腔吐煙吸收裝置的排煙管道，8_無極調速電動機，9一整體式恒溫罩。圖2為滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的結構示意圖。圖中，10-固定支架，11-煙氣導管，12-吸收瓶左帽，13-硅橡膠密封墊圈，14-有機玻璃吸收瓶(滾筒)，15-吸收瓶右帽(兼作皮帶輪)。圖3為巻煙煙氣中常見酚類物質標準樣的高效液相色譜(HPLC)圖。圖中，各色譜峰對應組分依次為a-對苯二酚，b-間苯二酚，c-鄰苯二酚，d-苯酚，e-間/對甲苯酚，f-鄰甲苯酚。圖4A為單料煙X巻煙樣用基于本發明的仿生口腔吸收法檢測煙氣酚類物質的HPLC圖。圖4B為單料煙X巻煙樣用文獻常用方法檢測煙氣酚類物質的HPLC圖。圖5A為品牌B-硬巻煙樣用基于本發明的仿生口腔吸收法檢測煙氣酚類物質的HPLC圖。圖5B為品牌B-硬巻煙樣用文獻常用方法檢測煙氣酚類物質的HPLC圖。具體實施例方式以下實施方式和實施例旨在進一步說明本發明，而不是對本發明的限定。將點燃的巻煙煙支安裝在巻煙夾持器1上，燃燒產生的主流煙氣在單通道吸煙機4模擬人吸煙狀況的負壓作用下，進入滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置2，煙氣在其中與由于旋轉產生的、附著于吸收瓶壁的仿生吸收液產生類似于人體口腔的接觸，并被仿生吸收液生化吸收。從吸煙機模擬人肺排出的煙氣再進入與2類似的旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置6，被生化吸收后的殘余煙氣，通過排煙管道7排出口腔仿生吸收裝置。整個仿生吸收系統均處于整體式恒溫罩9內，達到模擬人體溫度的效果。無級調速電動機8通過皮帶輪驅動，并控制滾筒旋轉式模擬口腔吸煙及滾筒旋轉式模擬口吐煙吸收裝置旋轉的轉速，達到仿真的目的。抽吸l支或數支巻煙后，將裝置滾筒旋轉式模擬口腔吸煙及滾筒旋轉式模擬口吐煙吸收裝置中的旋轉滾筒取下，合并其中的吸收液，即模擬口腔吸收液。吸收液試樣經合適的預處理后，對其相關的化學成分進行分析檢測。實施例1:基于本發明的仿生口腔吸收法中煙氣吸收液pH值的測定。煙堿是煙草的特有化學成分，其存在狀態與巻煙煙氣的PH值密切相關。通過測定煙氣的pH值能夠確定煙氣中游離煙堿占總煙堿的比例，后者是巻煙產品質量的重要影響因素之一。因此，準確測定巻煙煙氣PH值具有重要意義。目前，測定巻煙煙氣pH值的常用方法是劍橋濾片捕集煙氣法(見盧斌斌等，中國煙草學報，2005，11(6):7-16)，但并不能真實反映人吸煙時感受的情形。采用本發明的裝置和技術收集口腔仿生吸收液，用酸度計直接測定其PH值更能反映吸煙時人口腔的感受。基于本發明的仿生口腔吸收法測定步驟與結果巻煙樣在溫度22士rC、相對濕度60士3X環境下平衡水分48h，篩選出合格煙支，在模擬口腔裝置的兩只滾筒中各加入10mL仿生吸收液，啟動動力裝置，控制模擬裝置內部溫度37°C，以標準吸煙條件(1口/min，每口連續抽吸2sec，每口抽吸氣體35mL)為參照，抽吸巻煙樣，同時發生生化吸收。然后，傾倒出吸收液，并合并，離心過濾，用精密pH計測定濾液pH值。每種巻煙樣每次測定抽吸l支。測定結果及文獻方法對比數據見表l。表中數據為五次重復檢測結果平均值。表l數據表明，采用本發明技術與常見文獻方法所測結果有一定差異。常見方法使用劍橋濾片來截留煙氣粒相物，然后將粒相物溶于異丙醇水溶液中，再測定溶液PH值，忽略了煙氣蒸汽相組分的影響。本發明技術是把煙氣作為一個整體與口腔仿生吸收液進行接觸、吸收，真實模擬煙氣煙堿在口腔中的作用過程，而且煙氣吸收液直接檢測，因此結果更有價值。表1煙氣吸收液pH值實驗數據<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2:基于本發明的仿生口腔吸收法單料煙巻煙煙氣吸收液中酚類物質的分析。巻煙煙氣中的酚類物質與產品質量相關。目前，常用劍橋濾片捕集-HPLC熒光法檢測巻煙主流煙氣中的酚類物質(見謝復煒等.煙草科技，2004，5:6-10)，檢測組分包括對苯二酚、間苯二酚、鄰苯二酚、苯酚、間/對甲苯酚和鄰甲苯酚等。基于本發明的仿生口腔吸收法檢測步驟單料煙巻煙試樣在溫度22士rC、相對濕度60士3X環境下平衡水分48h，篩選出合格煙支，在模擬口腔裝置的兩只滾筒中各加入10mL仿生吸收液，啟動動力裝置，控制模擬裝置內部溫度37°C，以標準吸煙條件(1口/min，每口連續抽吸2sec，每口抽吸氣體35mL)為參照，抽吸巻煙樣，同時發生生化吸收。然后，傾倒出吸收液，并合并，室溫下超聲萃取20min，靜置5min。取2mL萃取液，用0.45ym微孔濾膜過濾，濾液用HPLC熒光法進行分析檢測。每種巻煙樣每次測定抽吸1支。圖3為巻煙煙氣中常見酚類物質標準樣的HPLC圖，從左至右6個色譜峰依次對應組分對苯二酚、間苯二酚、鄰苯二酚、苯酚、間/對甲苯酚和鄰甲苯酚。圖4A為單料煙X巻煙樣用基于本發明的仿生口腔吸收法檢測煙氣酚類物質的HPLC圖，圖4B為單料煙X巻煙樣用文獻常用方法檢測煙氣酚類物質的HPLC圖。對比圖4A和圖4B可以看出，對單料煙X巻煙試樣的煙氣分析而言，兩種采樣技術所得分析結果都明顯含有對苯二酚、鄰苯二酚、苯酚、間/對甲苯酚和鄰甲苯酚，但兩種采樣技術所得HPLC譜圖的輪廓不同，酚類物質的相對比值不同。如，圖4A上苯酚峰最強，而圖3B上對苯二酚峰最強；又如，圖4A上間/對甲苯酚峰遠比鄰苯二酚峰強，而圖4B上，該二組分峰的峰強接近。這反映出本發明技術的獨特之處。基于本發明的仿生口腔吸收法檢測的是全煙氣中與口腔發生作用的酚類物質組分，與抽吸者口腔感受關系密切，與巻煙試樣質量的相關性更強。實施例3:基于本發明的仿生口腔吸收法成品巻煙煙氣吸收液中酚類物質的分析。仿生口腔吸收法檢測步驟及對比用文獻方法均同實施例2。圖5A為成品煙品牌B-硬巻煙樣用基于本發明的仿生口腔吸收法檢測煙氣酚類物質的HPLC圖，圖5B為成品煙品牌B-硬巻煙樣用文獻常用方法檢測煙氣酚類物質的HPLC圖。對比分析圖5A和圖5B也可以得出如實施例2相同的結論。權利要求一種模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置，其特征在于，包括卷煙夾持器、滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置、單通道吸煙機、滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置、無極調速電動機和動力傳動機構、排煙口；所述的模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置置于整體式恒溫罩中；滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置的煙氣輸入端接卷煙夾持器，滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置的煙氣輸出端通過排煙管道與單通道吸煙機連接；滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的煙氣輸入端通過排煙管道連接單通道吸煙機，滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的煙氣輸出端接排煙口；無極調速電動機通過動力傳動機構與所述的滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置均連接。2.根據權利要求1所述的模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置，其特征在于，滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置結構相同，包括旋轉滾筒、黃銅套和連接管道；所述的旋轉滾筒由有機玻璃管制作而成，旋轉滾筒兩端均裝有黃銅套，旋轉滾筒通過所述的傳動機構與無極調速電動機連接；連接管道與黃銅套相接，連接管道由黃銅管、無縫鋼管或塑料管制作而成。3.根據權利要求2所述的模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置，其特征在于，在所述的滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的旋轉滾筒內設有口腔仿生吸收液；所述的口腔仿生吸收液具體配方為NaCl0.4gL—、KC10.4gL—、CaCl22H200.906gL—、NaH2P042H200.69gL—、Na2S9H200.005gL—、Urea1.0gL—、黏液素0.2gL—、溶菌酶0.044gL—、淀粉酶520U;pH值為6.8;在旋轉滾筒的旋轉作用下，口腔仿生吸收液在旋轉滾筒的內壁形成一層0.l-2mm的液體層。4.根據權利要求2或3所述的模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置，其特征在于，還包括支架，滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置和滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置的旋轉滾筒均設置在支架上。全文摘要本發明公開了一種模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置，其特征在于，包括卷煙夾持器、滾筒旋轉式模擬口腔吸煙吸收裝置、單通道吸煙機、滾筒旋轉式模擬口腔吐煙吸收裝置、無極調速電動機和動力傳動機構、排煙口；所述的模擬人體口腔對吸煙過程中主流煙氣吸收的裝置置于整體式恒溫罩中。該裝置能更準確的模擬人類吸食煙草、主流煙氣流經口腔的生物物理、生物化學過程，便于對煙氣流經人體的過程進行更深入和更準確研究。文檔編號G01N1/28GK101718645SQ20091022670公開日2010年6月2日申請日期2009年12月23日優先權日2009年12月23日發明者劉巍,古君平,李軍,毛友安,鐘科軍,魏萬之申請人:湖南中煙工業有限責任公司