本發(fā)明屬于卷煙質量檢驗領域，具體涉及一種卷煙主流煙氣氣相水分的GC測試方法。
背景技術：
卷煙主流煙氣水分是卷煙常規(guī)檢測項目，也是影響卷煙抽吸品質的重要指標，其中主流煙氣水分包括劍橋濾片截獲的粒相水分和穿透劍橋濾片的氣相水分。卷煙主流煙氣氣相水分占卷煙主流煙氣總水分的一半以上，并且在卷煙的實際抽吸過程中，卷煙主流煙氣氣相水分和粒相水分混合吸入口腔，共同影響卷煙煙氣品質：主流煙氣水分適宜則煙氣柔和細膩、刺激性小、感官舒適性較好；主流煙氣水分含量低時，會導致煙氣干燥、刺激性變大、感官舒適性降低。卷煙常規(guī)檢測中發(fā)現(xiàn)，煙氣水分對卷煙焦油和煙堿的測定值的影響也頗為明顯。故得到準確的卷煙主流煙氣氣相水分含量對提升卷煙感官評吸質量和降低卷煙有害成分含量都有重要的意義。
李雪梅等人(李雪梅,林志鑾,李斌等，卷煙主流煙氣氣相水分的捕集及其卡爾·費休法測定，煙草化學，2009.2:(28-41))公開了一種卷煙主流煙氣氣相水分的捕集及其卡爾·費休法測定卷煙樣品的測定方法，其中包括一種卷煙主流煙氣氣相水分的捕集裝置，用劍橋濾片捕集煙氣粒相物，劍橋濾片后流出的煙氣氣相物用2只串聯(lián)的各自內(nèi)裝50mL貯備液(5mL無水乙醇+1000mL異丙醇)的碰撞捕集器(洗氣瓶)吸收，捕集器的出口與吸煙機的抽氣口聯(lián)接。主流煙氣中的水分捕集完成后，采用卡爾·費休法方法對劍橋濾片內(nèi)的液相水和吸收液中的氣相水進行測定。該捕集裝置的氣相水分的捕集效果較差，且檢測方法靈敏性不高，測試誤差較大。
公開號為CN104280504A的中國專利文獻公開了一種同時測定卷煙主流煙氣中水分和煙堿含量的毛細管柱氣相色譜法，步驟如下：將卷煙主流煙氣粒相物的劍橋濾片放入萃取液中振蕩萃取，萃取液為含有0.5mg/mL苯乙醇內(nèi)標的正丁醇溶液，將萃取后的溶液作為待測樣品；分別稱取煙堿和去離子水，用正丁醇定容配制煙堿和水分的標準溶液；標準 溶液加入萃取液，配制標準工作液；分別對待測樣品和標準工作液，采用毛細管柱氣相色譜儀同時檢測水分和煙堿的含量，使用內(nèi)標法制作標準曲線，將待測樣品檢測結果與標準曲線擬合，得出卷煙主流煙氣中水分和煙堿含量。該方法僅能檢測主流煙氣中的粒相水。
現(xiàn)有技術中，主流煙氣中氣相水的捕集效果差，且測試方法的靈敏度不高，較難客觀反應卷煙中的氣相水分的真實含量。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，尤其是針對卷煙主流煙氣中氣相水分測試方法的缺失，提供一種可以準確測定卷煙主流煙氣氣相水分的方法。該方法能快速、準確檢測卷煙煙氣氣相水分含量，測定結果準確、重復性好。
一種卷煙主流煙氣氣相水分的GC測試方法，卷煙主流煙氣經(jīng)煙氣吸收系統(tǒng)捕集、吸收，隨后利用GC對捕集有卷煙主流煙氣氣相水分的吸收液進行測定，所述的煙氣吸收系統(tǒng)包括煙氣過濾器、填充有吸收液的吸收瓶以及抽氣泵，其中煙氣過濾器出口連接有伸入吸收瓶內(nèi)的插底管，吸收瓶頂部通過排氣管與抽氣泵連通，所述插底管處在吸收瓶外的部分包有熱介質夾套，所述吸收瓶的盛液部分包有冷介質夾套。
本發(fā)明中，卷煙主流煙氣在進入吸收液前，通過所述的熱介質夾套來保證煙氣在較高的環(huán)境溫度下傳送至吸收液中，降低煙氣中的氣相水在傳送過程中冷凝。另外，在所述的冷介質夾套，使煙氣中的氣相水在和吸收液接觸的過程中快速吸收，降低氣相水的蒸發(fā)。通過本發(fā)明所述的煙氣吸收系統(tǒng)可改善卷煙主流煙氣氣相水分的捕集效果，降低煙氣輸送管路的水分冷凝和吸收體系中的水分蒸發(fā)，使煙氣中的氣相水充分吸收，此外，輔助結合GC檢測，可有效提高檢測結果的、穩(wěn)定性和可信度。
所述的熱介質夾套內(nèi)填充的熱介質為40-60℃的硅油或水；所述的冷介質夾套內(nèi)填充的冷介質為15-25℃的鹽水或乙醇。
所述溫度的熱介質和冷介質協(xié)同配合，提高煙氣中的氣相水充分吸收效果。
所述的過濾器采用現(xiàn)有技術，如由夾持器及其夾持、固定的劍橋濾片組成。
為進一步提高煙氣中氣相水分的捕集效果，作為優(yōu)選，所述吸收瓶為串聯(lián)的2～3個。
進一步優(yōu)選，所述煙氣吸收系統(tǒng)中，由第一吸收瓶和第二吸收瓶串聯(lián)構成氣相水分的吸收系統(tǒng)。即，煙氣過濾器出口連接有伸入第一吸收瓶內(nèi)的第一插底管，第一吸收瓶頂部通過第二插底管伸入第二吸收瓶內(nèi)；第二吸收瓶頂部通過排氣管與抽氣泵連通，所述第一插底管和第二插底管處在吸收瓶外的部分包有熱介質夾套，所述第一吸收瓶和第二吸收瓶的盛液部分包有冷介質夾套。
通過串聯(lián)多個吸收瓶有利于準確測量卷煙主流煙氣中氣相水分的含量，對卷煙配方設計、產(chǎn)品維護及質量控制等方面具有重要作用。
所述吸收瓶包括筒狀的瓶身，以及密封插接在瓶身頂口處的封頭，所述插底管貫穿且固定在封頭上，所述排氣管與封頭連接；所述封頭為球冠狀。
進一步優(yōu)選，所述封頭為優(yōu)弧球冠。所述球冠的球心高度高于瓶身頂部。
瓶身與封頭之間通過磨口相互插接。
吸收瓶中吸收液添加量對主流煙氣中水分的吸收具有一定的影響，作為優(yōu)選，所述的吸收液為乙醇的異丙醇溶液，其中，乙醇和異丙醇的體積比為0.003-0.006:1，吸收瓶內(nèi)填充的吸收液的體積為吸收瓶體積的40-60％。所述吸收液及其添加比例可使主流煙氣在上升的過程中充分和吸收液接觸，提高主流煙氣中水分的捕集準確性，降低水分的溢出流失。
實際操作過程中，在吸收瓶的側壁設置用于標識液位的上標識線和下標識線，其中，上標識線處高度為吸收瓶瓶身高度的55-60％；下標識線處高度為吸收瓶瓶身高度的40-45％。
將吸收液盛放至所述的上標識線和下標識線之間，所述添加量的吸收液可使主流煙氣在上升的過程中充分和吸收液接觸，提高主流煙氣中水分的捕集準確性，降低水分的溢出流失。
在所述添加量的吸收液下，所述的吸收液優(yōu)選為0.3-0.4％乙醇的異丙醇溶液(體積比)。
進一步優(yōu)選，所述的吸收液為0.3％乙醇的異丙醇溶液(體積比)。
為提高氣相水分的吸收效率，作為優(yōu)選，所述插底管的底端設有分布器；所述分布器為空心球體，分布器頂部與插底管的底端連通，繞分布器的外周均勻排布有多個側出氣孔；所述分布器的底部設有下出氣孔。
分布器的直徑為瓶身內(nèi)徑的1/2～2/3，分布器的直徑為瓶身高度1/10-2/10。
分布器的底部距離吸收瓶底部的距離為1-3cm。
過濾器的輸入端安裝有卷煙夾持器，卷煙夾持器夾持有香煙。在進行主流煙氣捕集過程中，先向系統(tǒng)中的夾套中注入對應的冷、熱介質。系統(tǒng)安裝完成后，按GB/T 16450-2004和ISO 3308:2012標準規(guī)定進行抽吸。主流煙氣先經(jīng)煙氣過濾器中的劍橋濾片濾除主流煙氣的液相水，剩余煙氣通過所述的第一插底管和第二插底管進入各自的吸收瓶中經(jīng)吸收液吸收，所述的吸收液的添加體積為吸收瓶體積的40-60％。填充的吸收液例如為含0.3％乙醇的異丙醇溶液，吸畢，劍橋濾片萃取液可用于粒相水分測定。取下吸收瓶，吸收瓶中吸收煙氣氣相水分的吸收液直接用于氣相水分測定。共重復以上步驟三次，作為同一樣品卷煙的三次平行實驗組。
作為優(yōu)選，卷煙在經(jīng)所述的煙氣吸收系統(tǒng)吸收前，先將卷煙放置于溫度22±1℃，相對濕度60±3％的恒溫恒濕條件下平衡48-60h。
卷煙平衡處理后，在溫度22±2℃，相對濕度60±5％的氛圍下經(jīng)所述的煙氣吸收系統(tǒng)進行抽吸，抽吸容量每次35±0.3mL，抽吸持續(xù)時間2s，抽吸頻率60s。
吸收液在測定前，先進行標準曲線的測定。
在本發(fā)明中，標準工作溶液的配制方式如下：準確移取0mg、10mg、20mg、40mg、60mg和80mg的蒸餾水，置于50mL容量瓶中，用吸收液定容，即得系列標準工作溶液。配制的系列標準溶液濃度為：0mg/mL、0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.8mg/mL、1.2mg/mL和1.6mg/mL。
采用氣相色譜法測定時，氣相色譜工作條件如下：
GC測定條件為：色譜柱：Porapak Q 80/100不銹鋼色譜柱1/8in.OD，2.2mm ID，2m；柱箱溫度：170℃；進樣口溫度：250℃；熱導池檢測器，檢測器溫度：250℃；載氣：氦氣，流量為30mL/min；進樣量：2μL。
分別取2μL標準溶液注入氣相色譜儀記錄水分的峰面積，做出水分濃 度與峰面積比的關系曲線，或計算出回歸方程。
標準曲線繪制完成后，先測定空白吸收液，然后再分別注入吸收有卷煙主流煙氣氣相水分的吸收液進行GC測定，GC測定條件和標準曲線的GC測定條件相同，測定結束后，將測定值(扣除空白值)代入標準曲線中，求出各樣品中氣相水分的含量；各樣品重復測定多次，求均值。
通過本發(fā)明所述的煙氣吸收系統(tǒng)對卷煙主流煙氣中的氣相水份進行高效吸收，隨后采用本發(fā)明的GC方法對吸收液進行分析，本發(fā)明方法能快速、準確檢測卷煙煙氣氣相水分含量，測定結果準確、重復性好。
本發(fā)明的方法確定了卷煙樣品處理方式，并建立了卷煙主流煙氣氣相水分的捕集方法和檢測手段。能提供準確，穩(wěn)定的測定結果。并具有如下優(yōu)良效果：
(1)本發(fā)明方法中對吸煙機的改造采用在劍橋濾片的后部加裝2個串聯(lián)的煙氣捕集裝置的方式，改造方式簡單且不影響卷煙煙氣總粒相物的收集，可同時捕集煙氣中粒相和氣相物質，測定方法的統(tǒng)一，也使卷煙主流煙氣氣相水分測定結果可與其他常規(guī)檢測指標進行相關性分析。
(2)本發(fā)明方法中使用了2個串聯(lián)的吸收煙氣捕集裝置瓶，其中分別裝有吸收液，可確保卷煙主流煙氣氣相水分吸收完全，保證了測定結果的準確性。
(3)本發(fā)明方法采用氣相色譜法檢測卷煙主流煙氣氣相水分含量，檢測迅速；且可與卷煙常規(guī)檢測指標的測定方法同時使用，保證了測定的高效性和一致性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明所述的煙氣吸收系統(tǒng)的設備示意圖。
具體實施方式
以下實施例按上述操作方法實施：
一種用于卷煙主流煙氣氣相水分測定的煙氣吸收系統(tǒng)，包括煙氣過濾器8、吸收瓶以及抽氣泵9(如英國Cerulean公司的SM450直線型吸煙機)，其中煙氣過濾器8出口連接有伸入吸收瓶內(nèi)的插底管，吸收瓶頂部通過排氣管2與抽氣泵9連通，插底管處在吸收瓶外的部分包有熱介質夾套10， 吸收瓶的盛液部分包有冷介質夾套11。
熱介質為40-60℃的硅油或水。冷介質為15-25℃的鹽水、乙醇等介質。
煙氣過濾器8由夾持器及其夾持固定的44mm的劍橋濾片組成。
吸收瓶包括筒狀的瓶身，以及密封插接在瓶身頂口處的封頭，插底管貫穿且固定在封頭上，排氣管2與封頭連接。
封頭為優(yōu)弧球冠狀。球冠的球心高度高于瓶身。
瓶身與封頭之間通過磨口相互插接。
吸收瓶為串聯(lián)的2個，即，由第一吸收瓶3和第二吸收瓶4串聯(lián)形成煙氣的吸收系統(tǒng)。煙氣過濾器8的出口連接有伸入第一吸收瓶3內(nèi)的第一插底管1，第一吸收瓶3頂部通過第二插底管12伸入第二吸收瓶4內(nèi)；第二吸收瓶4頂部通過排氣管2與抽氣泵9連通，第一插底管1和第二插底管12處在吸收瓶外的部分包有熱介質夾套10，第一吸收瓶3和第二吸收瓶4的盛液部分包有冷介質夾套11。
各插底管的底端設有分布器5。分布器5為空心球體，分布器5頂部與插底管的底端連通，繞分布器5的外周均勻排布有多個側出氣孔。此外，分布器5的底部設有下出氣孔。
各吸收瓶的側壁設有用于標識液位的上標識線和下標識線，其中，上標識線處高度為吸收瓶瓶身高度的55-60％；下標識線處高度為吸收瓶瓶身高度的40-45％。分布器5的直徑為瓶身內(nèi)徑的1/2～2/3，分布器5的直徑為瓶身高度1/10-2/10。分布器5的底部距離吸收瓶底部的距離為1-3cm。
在進行主流煙氣捕集過程中，過濾器的輸入端安裝有卷煙夾持器7，卷煙夾持器7夾持有香煙6。向系統(tǒng)中的夾套中注入對應的冷、熱介質。系統(tǒng)安裝完成后，按GB/T 16450-2004和ISO 3308:2012標準規(guī)定，使用抽氣泵9進行抽吸。主流煙氣先經(jīng)煙氣過濾器8中的劍橋濾片濾除主流煙氣的液相水，剩余煙氣通過所述的第一插底管1和第二插底管12進入各自的吸收瓶中經(jīng)吸收液吸收，所述的吸收液的添加體積為吸收瓶體積的40-60％。填充的吸收液例如為含0.5％乙醇的異丙醇溶液(體積比)，吸畢，劍橋濾片萃取液可用于粒相水分測定。取下吸收瓶，吸收瓶中吸收煙氣氣相水分的吸收液直接用于氣相水分測定。共重復以上步驟三次，作為同一樣品卷煙的三次平行實驗組。
實施例1：
采用上述的煙氣吸收系統(tǒng)進行卷煙主流煙氣中氣相水分的測定，吸收瓶中盛放的吸收液為0.5％乙醇的異丙醇(體積比)。測定過程包括以下步驟：
步驟(1)：卷煙主流煙氣中氣相水分捕集：
將樣品卷煙A放置于溫度22±1℃，相對濕度60±3％的恒溫恒濕箱中平衡48h以上，再進行吸阻和重量的篩選；
按GB/T 16450-2004和ISO 3308:2012標準規(guī)定，使用SM450直線型吸煙機(英國Cerulean公司)，在溫度22±2℃，相對濕度60±5％的環(huán)境中進行抽吸，每一輪抽吸同一種樣品的4支卷煙，抽吸容量每次35±0.3mL，抽吸持續(xù)時間2s，抽吸頻率60s。過濾器內(nèi)設置有直徑44mm的用于捕集煙氣粒相物的劍橋濾片，劍橋濾片后流出的煙氣氣相物經(jīng)插入管導入2只串聯(lián)的各自裝有50mL吸收液(吸收液的添加體積為吸收瓶體積的50％)的吸收瓶對氣相水分進行吸收。吸畢，劍橋濾片萃取液可用于粒相水分測定。取下吸收瓶，吸收瓶中吸收煙氣氣相水分的吸收液(待測樣品溶液)直接用于氣相水分測定。共重復以上步驟三次，作為同一樣品卷煙的三次平行實驗組。
步驟(2)：標準溶液及標準曲線繪制(步驟(1)的平行步驟)：
準確移取0mg、10mg、20mg、40mg、60mg和80mg的蒸餾水，置于50mL容量瓶中，用步驟(1)的吸收液定容，即得系列標準工作溶液。配制的系列標準溶液濃度為：0mg/mL、0.2mg/mL、0.4mg/mL、0.8mg/mL、1.2mg/mL和1.6mg/mL。
采用氣相色譜法測定，氣相色譜工作條件如下：
色譜柱：Porapak Q 80/100不銹鋼色譜柱(1/8in.OD，2.2mm ID，2m)；
柱箱溫度：170℃；進樣口溫度：250℃；熱導池檢測器(TCD)，檢測器溫度：250℃；載氣：氦氣，流量30mL/min；進樣量：2μL。
上述標準溶液分別進樣，進樣量為2μL，注入氣相色譜儀記錄水分的峰面積，做出水分濃度與峰面積比的關系曲線，見式(a)：
y＝0.01320554x+0.2957184 (a)
其中y是峰面積比，x是水分濃度比。
步驟(3)：試樣測定：
分別注入空白吸收液和捕集有主流煙氣氣相水份的吸收液(步驟(1)制得的待測樣品溶液)進行氣相色譜儀測定。在同樣的條件下重復測定兩次，計算兩次測定的平均值。
用制作的標準曲線或者回歸方程計算樣品吸收液和空白溶液的水分濃度。
卷煙煙氣氣相水分含量ω，以每支卷煙所含的毫克數(shù)表示，由式(b)得出：
其中：
c1----樣品吸收液的水分濃度，單位為毫克每毫升(mg/mL)；
c2----空白吸收液的水分濃度，單位為毫克每毫升(mg/mL)；
n----每組吸收瓶吸收煙氣的總煙支數(shù)；；
V----吸收液體積，單位為毫升(mL)。
卷煙樣品A(編號為ZJ1601)經(jīng)三次平行試驗得到的主流煙氣中氣相水分的檢測數(shù)據(jù)如表1所示：
表1
本發(fā)明中，還通過氣相標準氣體(標準環(huán)境溫濕度條件下空氣)對該GC檢測方法進行置信度認證，具體如下：
和實施例1相比，區(qū)別在于，不插入樣品卷煙A。在標準環(huán)境溫濕度條件下進行抽吸，利用煙氣吸收系統(tǒng)捕集標準環(huán)境溫濕度條件下空氣內(nèi)的氣相水分含量。抽吸10組，每組抽吸20次后停止采集，其中，實驗中采用ISO標準抽吸模式，抽吸體積為V＝35ml，標準環(huán)境溫濕度條件為P＝1atm，T＝22℃，相對濕度在該標準環(huán)境下的水蒸氣的絕對濕度為H＝11.64g水/m3空氣。通過計算，標準條件下每次抽吸所含的空氣 氣相水分含量理論值W為：
W＝HV＝0.407(mg) (c)
通過本發(fā)明方法實測的標準環(huán)境溫濕度條件下空氣中的氣相水分含量(實驗值)如表2：
表2
由表2獲知，相對標準偏差(RSD)為5.450％，表明本方法的重復性好。
在置信度為95％的t檢驗下，將實驗值與理論值進行比較，發(fā)現(xiàn)兩者無顯著性差異。其中計算得到p＝0.076>0.05，表明本方法可準確測得氣體中氣相水分含量。
因此，通過標準環(huán)境對本發(fā)明方法的煙氣吸收系統(tǒng)及GC方法進行檢驗，可以間接說明本發(fā)明方法能準確測得氣體中氣相水分含量。
實施例2：
和實施例1相比，區(qū)別在于，選擇另一樣品卷煙B(編號為ZJ1602)進行測定，測得樣品卷煙B主流煙氣氣相水分含量見表3：
表3
實施例3：
和實施例1相比，區(qū)別在于，選擇另一樣品卷煙C(編號為ZJ1603)進行測定，測得樣品卷煙C主流煙氣氣相水分含量見表4：
表4
本發(fā)明方法的重復性分析：
在實施例1-3中，分別對3種不同牌號卷煙進行卷煙主流煙氣氣相水分捕集，然后分別進行前處理和氣相色譜分析，測定結果見表1、3和4。由表1、3和4可獲知，卷煙主流煙氣氣相水分含量占總水分的百分比在70.1％～80.9％之間，相對標準偏差(RSD)在1.46％～2.35％之間，說明本發(fā)明方法的重復性好。
實施例4
和實施例1相比，區(qū)別在于，采用的吸收液為0.3％乙醇的異丙醇(體積比)。卷煙樣品A(編號為ZJ1601)經(jīng)三次平行試驗得到的主流煙氣中氣相水分的檢測數(shù)據(jù)如表5所示：
表5
實施例4的平行檢測結果的標準偏差較實施例1更小，檢測穩(wěn)定性好于實施例1。
對比例1
和實施例1相比，區(qū)別在于，采用的煙氣吸收系統(tǒng)不包含熱介質夾套和冷介質夾套。卷煙樣品A(編號為ZJ1601)經(jīng)三次平行試驗得到的主流煙 氣中氣相水分的檢測數(shù)據(jù)如表6所示：
表6
和實施例1相比，氣相水分測試結果穩(wěn)定性較差，且，氣相水分的檢測結果和實施例1相比偏低。
采用標準氣體進行檢驗，檢測標準氣體中的水分的偏差(RSD)較大，穩(wěn)定性較差。
對比例2
和實施例1相比，區(qū)別在于，熱介質夾套內(nèi)填充的熱介質的溫度為70-80℃的硅油。冷介質的溫度為5-10℃的鹽水。卷煙樣品A(編號為ZJ1601)經(jīng)三次平行試驗得到的主流煙氣中氣相水分的檢測數(shù)據(jù)如表7所示：
表7
和實施例1相比，氣相水分測試結果偏大，且熱介質溫度過高使測量方式中煙氣溫度高于實際卷煙抽吸條件下濾嘴出口處煙氣溫度，導致測量結果偏離實際。
對比例3
和實施例1相比，區(qū)別在于，吸收液的添加體積為吸收瓶體積的70％。卷煙樣品A(編號為ZJ1601)經(jīng)三次平行試驗得到的主流煙氣中氣相水分的檢測數(shù)據(jù)如表8所示：
表8
和實施例1相比，氣相水分測試結果穩(wěn)定性較差，且，氣相水分的檢測結果和實施例1相比偏低。