加热卷烟芯基材料热性能及气溶胶释放特性分析研究进展

芯基材料是加热卷烟烟碱及香味成分的来源,加热卷烟烟草薄片是目前最常用的加热卷烟芯基材料,烟草薄片生产工艺主要有造纸法、干法造纸法、稠浆法和辊压法等,与传统卷烟烟草薄片相比,加热卷烟烟草薄片在理化特性和感官质量方面均存在较大差异。加热卷烟以低温加热方式供吸烟者抽吸,其气溶胶的释放特性也与传统卷烟有显著差异。本文结合近几年加热卷烟芯基材料研究工作,从制造工艺、热性能和气溶胶释放特性分析3个方面对加热卷烟芯基材料进行综述,为加热卷烟产品的设计开发和品质提升提供参考。

爆珠破碎对主流烟气有害成分释放量和滤嘴截留的影响

为了研究爆珠破碎对卷烟烟气有害成分释放量的影响,以国内典型爆珠卷烟为样品,分析了爆珠破碎对主流烟气7种有害成分释放量和滤嘴截留效率的影响。结果表明:(1)在ISO抽吸条件下,相对于常规卷烟,爆珠卷烟除了苯并芘高于常规卷烟外,其他有害成分单支释放量与常规卷烟没有差异;(2)对于爆珠破碎后的单支卷烟有害成分释放量,巴豆醛单支释放量降低,差异显著;其他成分释放量没有明显差异;(3)对于主流烟气有害成分单位毫克烟碱释放量来说,爆珠是否破碎对氨、NNK和巴豆醛有显著影响,爆珠破碎后氨和NNK单位毫克烟碱释放量升高,巴豆醛单位毫克烟碱释放量降低;(4)爆珠是否破碎对滤嘴中NNK和苯酚有显著影响,爆珠破碎后滤嘴对苯酚的截留增加,对NNK的截留能力减弱。

TSNAs的形成、影响因素、分析及清除方法综述

综述了烟草特有亚硝胺(TSNAs)的形成,影响因素(包括硝酸盐和亚硝酸盐、烟草生物碱、温度、湿度和氮肥),分析方法,在烟叶中的分布,致癌性及其清除方法。

硝酸盐、亚硝酸盐和烟碱对卷烟主流烟气中烟草特有N-亚硝胺的影响

研究了卷烟主流烟气中烟草特有N亚硝胺及其前体的相互关系,通过在卷烟烟支中分别加入硝酸盐、亚硝酸盐、烟碱,采用标准方法对烟气总粒相物进行捕集,捕集后的样品进行前处理,采用内标法对烟草特有N亚硝胺(TSNAs)进行气相热能分析仪(GCTEA)定量分析,分别研究了4种烟草特有N亚硝胺(NNN、NAT、NAB、NNK)及其总量与硝酸盐、亚硝酸盐和烟碱的相互关系。研究结果表明:硝酸盐、亚硝酸盐、烟碱均是烟草特有N亚硝胺的重要前体物质,随着这些前体物质含量的增加,卷烟主流烟气中的烟草特有N亚硝胺含量也增加,表现出显著的相关关系。

卷烟纸特性参数对烟气中重金属迁移率的影响

为考察卷烟纸特性参数对主、侧流烟气中重金属迁移率的影响,采用单因素设计方案制备了13种试验卷烟,考察了卷烟纸透气度、定量和助燃剂含量对主、侧流烟气中铬（Cr）、镍（Ni）、砷（As）、硒（Se）、镉（Cd）和铅（Pb）6种元素迁移率的影响。结果表明：1卷烟纸透气度在20-80 CU时,与侧流烟气中Cd元素迁移率有显著正相关性;在20-50 CU时,与主流烟气中As,Cd和Pb 3种元素迁移率有显著负相关性。2卷烟纸定量与侧流烟气中Cd元素的迁移率有显著正相关性,与其他元素的迁移率无明显相关性。3助燃剂含量与主流烟气中Cr,As元素和侧流烟气中As元素的迁移率有显著负相关性。卷烟纸特性参数对主、侧流烟气中6种元素的迁移率有一定影响,但对各元素迁移率的影响并不完全一致。

在线凝胶渗透色谱-气相色谱-串联质谱联用检测烟叶中的农药残留

采用改进Qu ECh ERS方法,以石墨化炭黑/乙二胺-N-丙基键合硅烷/磁性四氧化三铁复合材料为吸附剂,对烟叶提取物进行净化,结合在线凝胶渗透色谱-气相色谱-串联质谱联用仪,建立了烟叶中10种农药残留的检测方法。优化了影响实验结果的参数,最终凝胶渗透色谱在线收集时间选取为3.30~5.30 min、磁性吸附剂用量为80 mg、净化时间为1.0 min。目标物的检出限在0.940~100 ng/L之间,线性相关系数R2≥0.9989,日内和日间相对标准偏差分别小于15.1%和19.8%,实际样品的加标回收率为68.8%~132.2%。本方法成功应用于实际烟叶样品的检测,检测结果与现行标准方法相吻合。

两种抽吸模式下加热不燃烧卷烟主流烟气释放物分析

为研究加热不燃烧卷烟主流烟气中有害成分的释放量,以11个iQOS和3个glo加热不燃烧卷烟产品为对象,研究了ISO抽吸模式和加拿大深度抽吸(HCl)模式下主流烟气中有害成分(焦油、烟碱、CO、HCN、NNK、NNN、NH_3、B[a]P、苯酚、巴豆醛、甲醛、乙醛、丙烯醛、1,3-丁二烯和苯)以及水分、丙二醇和丙三醇释放的规律。结果表明:(1)加热不燃烧卷烟气溶胶捕集物释放总量较高,且主要成分为水(质量分数约70%),远高于传统卷烟;(2)iQOS和glo卷烟的主流烟气有害成分中除NNK、NH3和巴豆醛释放量与传统卷烟相当以外,其他成分远低于传统卷烟;(3)11个iQOS样品的"焦油"平均值在ISO和HCl两种模式下分别为1.3和9.8 mg,释放量受抽吸模式的影响较大;3个glo样品的"焦油"平均值在ISO和HCl两种模式下分别为2.9和7.0 mg,与常规卷烟在两种抽吸模式下的释放规律一致。

细支卷烟主流烟气有害成分释放量的分析

为研究细支卷烟主流烟气中有害成分的释放量,应对烟草和烟草制品管制新要求,以不同盒标焦油量（1～7 mg/cig）的细支卷烟为对象,研究了在国际标准化组织（ISO）抽吸模式下和深度抽吸（HCI）模式下主流烟中15种有害成分（焦油、烟碱、CO、HCN、NNK、NH3、B[a]P、苯酚、巴豆醛、NNN、甲醛、乙醛、丙烯醛、1,3-丁二烯和苯）的释放量规律。结果显示：1对于单支卷烟,HCI抽吸模式下有害成分的释放量均不同程度地高于ISO抽吸模式下的释放量,且盒标焦油量越低,两种抽吸模式下检测结果的比值（HCI/ISO）越大;另外,ISO抽吸模式下,除NNN、NNK、1,3-丁二烯、苯外,其他各成分与焦油相关性较强,而HCI抽吸模式下,仅烟碱、CO、乙醛、丙烯醛、NNN 5种成分与焦油显著相关;2对于单位毫克烟碱释放量,在HCI抽吸模式下,CO、HCN、巴豆醛、氨、甲醛、乙醛、丙烯醛7种成分高于ISO抽吸模式,NNN、NNK、B[a]P、苯酚、1,3-丁二烯、苯6种成分低于ISO抽吸模式;在ISO抽吸模式下,CO、氨、巴豆醛、HCN、苯酚5种成分与焦油显著相关,而在HCI抽吸模式下,仅CO与焦油显著相关;3对于单位毫克焦油释放量,在HCI抽吸模式下,CO、HCN、甲醛、巴豆醛4种成分高于ISO抽吸模式,而其余9种成分均不同程度地低于ISO抽吸模式,且单位毫克焦油释放量比值（HCI/ISO）与单位毫克烟碱释放量比值（HCI/ISO）相比,整体上更低一些。

PLS回归法分析多因素对卷烟燃烧温度及主流烟气有害成分释放量的影响

为了考察卷烟材料(卷烟纸、接装纸、成型纸和滤棒)和膨胀梗丝多因素作用对卷烟燃烧锥最高温度以及焦油、烟碱和主流烟气中7种有害成分(CO,HCN,NNK,NH3,B[a]P,苯酚和巴豆醛)释放量的影响,采用偏最小二乘(PLS)回归法建立了卷烟燃烧锥最高温度以及焦油、烟碱和主流烟气中7种有害成分释放量的多因素预测模型。结果表明:1卷烟燃烧锥最高温度的主要影响因素为卷烟纸助燃剂含量。随卷烟纸助燃剂含量增加,卷烟燃烧锥最高温度有降低趋势。2焦油、烟碱和主流烟气7种有害成分释放量的主要影响因素为接装纸透气度。随接装纸透气度增加,焦油、烟碱和主流烟气7种有害成分释放量有降低趋势。3随卷烟纸助燃剂和膨胀梗丝含量的增加,焦油、烟碱及主流烟气7种有害成分的释放量有降低趋势。适当增加接装纸透气度、卷烟纸助燃剂含量和膨胀梗丝含量,可在一定程度上调控卷烟燃烧锥温度,降低卷烟烟气有害成分释放量。

ICP-MS同时测定土壤中Cr、Ni、Cu、As、Tl和Pb

建立起HNO3-H2O2-HF体系微波消解前处理样品,利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)同时测定土壤中的铬(Cr)、镍(Ni)、铜(Cu)、砷(As)、铊(Tl)、铅(Pb)6种重金属元素含量的方法。该方法的相关系数在0.9996～1.000,相对标准偏差在0.669%～3.02%,加标回收率为94.68%～115.5%,检出限为2.004～312.4 ng/L,结果表明该方法满足重金属分析的要求。用建立起的方法测定了来自湖南、湖北、云南、贵州、河南、福建、辽宁7个省45个产区烟田土壤中的Cr、Ni、Cu、As、Tl和Pb 6种重金属元素含量;与对应烟叶中的6种重金属含量相比,聚类分析结果表明不同省区间土壤中的重金属含量无明显差异,而烟叶中却差异明显。

接装纸中镉、铬、镍的石墨炉原子吸收光谱测定

建立了微波消解-石墨炉原子吸收法测定烟用接装纸中镉(Cd)、铬(Cr)、镍(Ni)含量的方法,并采用该方法测定了44个牌号接装纸样品中的Cd、Cr、Ni含量。结果表明:①Cd、Cr、Ni元素的平均回收率分别为102.2%、101.9%和102.2%;RSD分别为4.40%、3.96%和4.71%;检出限为0.009、0.014、0.016mg/kg;②所测接装纸样品中Cd的含量都在1mg/kg以下,约23.7%接装纸样品的Cr含量超过15mg/kg,只有1个样品的Ni含量超过5mg/kg。

滤棒吸阻和滤嘴长度对卷烟烟气中6种元素迁移率的影响

为研究ISO和加拿大深度抽吸(HCI)模式下滤棒吸阻和滤嘴长度对卷烟烟气中6种元素迁移率的影响,采用单因素设计方案制备了试验卷烟,考察了两种抽吸模式下滤棒吸阻和滤嘴长度参数引起的主流烟气和侧流烟气中铬(Cr)、镍(Ni)、砷(As)、硒(Se)、镉(Cd)和铅(Pb)迁移率的变化。结果表明:1在ISO模式下,滤棒吸阻与主流烟气中Ni,Pb,Cr和Cd 4种元素的迁移率及侧流烟气中Ni迁移率显著负相关,与侧流烟气中Cd迁移率显著正相关。滤嘴长度与主流烟气中6种目标元素的迁移率均显著负相关,与侧流烟气中Ni和Pb迁移率显著正相关。2在HCI模式下,滤棒吸阻与主流烟气中Pb迁移率显著负相关。滤嘴长度与主流烟气中6种目标元素迁移率和侧流烟气中Cr和Cd迁移率显著负相关,与侧流烟气中Pb迁移率显著正相关。

电子烟烟液接触金属材料主要成分及材质剖析

为研究电子烟烟液接触金属材料的主要成分及材质,利用硝酸/盐酸体系对样品进行微波消解,并采用全扫描定性分析及半定量分析方法,通过电感耦合等离子体质谱技术(ICP-MS),对15种电子烟样品的44个不同类型金属样品(15个加热丝,8个焊接点,3个连接线及18个储液腔金属材料)中的主要元素进行了测定。结果表明:(1)方法的检出限低于0.2μg/L,相对标准偏差低于6.0%。(2)电子烟加热丝的主要成分是镍和铬,其材质为镍铬合金;加热丝焊接材料的主要成分是铜和锌,其材质为铜锌合金;连接线的主要材质是镍合金;烟液接触金属器具(储液腔等)的主要材质是铜锌合金及锡铬合金等。该方法灵敏度高、重复性好,适用于电子烟金属材料中金属元素的快速测定。

接装纸和成型纸透气度对卷烟中元素迁移行为的影响

为研究接装纸和成型纸透气度对卷烟燃烧过程中铬(Cr)、镍(Ni)、砷(As)、硒(Se)、镉(Cd)和铅(Pb)6种元素迁移行为的影响,采用单因素设计方法制备了不同接装纸、成型纸透气度试验卷烟样品,并对抽吸前后各部分(卷烟烟丝柱体、抽吸前烟蒂、抽吸后烟蒂、主流烟气、侧流烟气和烟灰)中6种目标元素进行了电感耦合等离子质谱(ICP-MS)测定和迁移率分析。结果表明:1卷烟燃烧过程中,Cr,Ni,As,Se和Pb 5种元素的烟灰迁移量占总量的70%以上,仅少量(<10%)迁移到主、侧流烟气中。2随着接装纸和成型纸透气度的增加,6种元素的主流烟气、烟蒂迁移率有一定程度的降低,但烟灰迁移率有所增加。3接装纸和成型纸透气度对6种元素侧流烟气迁移率的影响不明显。

卷烟侧流烟气中6种重金属元素的ICP-MS测定

建立了测定卷烟侧流烟气中铬（Cr）、镍（Ni）、砷（As）、硒（Se）、镉（Cd）和铅（Pb）6种元素的电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）方法。采用鱼尾罩串联石英纤维滤片捕集侧流烟气粒相物,3级硝酸溶液吸收瓶捕集侧流烟气气相物,微波消解法处理样品,ICP-MS法测定。结果表明：6种元素的线性相关系数均在0.999以上,检出限为0.3～1.8 ng/支,加标回收率为94.0%～109.5%。该方法灵敏度和准确度高,适用于侧流烟气中重金属元素的快速测定。

两种抽吸模式下吸烟机型对卷烟主流烟气总粒相物及7种化学成分检测结果的影响

为研究不同抽吸模式下吸烟机型对卷烟主流烟气总粒相物（TPM）和7种化学成分释放量检测结果的影响，以典型的不同焦油量（1.0-13.3 mg/支）的9种烤烟型和11种混合型卷烟样品为研究对象，考察了ISO和加拿大深度抽吸（HCI）模式下直线型（L）和转盘型（R）吸烟机对卷烟主流烟气总粒相物（TPM）和一氧化碳（CO）、4-（N-甲基-N-亚硝氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）、苯并[a]芘（B[a]P）、巴豆醛、苯酚、氰化氢（HCN）、氨（NH3）释放量测试结果的影响。结果表明：①HCI抽吸模式下两种吸烟机型测试结果的一致性弱于ISO抽吸模式；TPM、巴豆醛和HCN在HCI抽吸模式下两种吸烟机型测试结果的差异明显。②两种抽吸模式下卷烟主流烟气NNK、B[a]P和苯酚重复检测结果标准偏差（SD，n=5）与检测水平均值（m）的相关性总体上较CO、巴豆醛、HCN和NH3高，但HCI抽吸模式下检测结果SD与检测水平m的相关性弱于ISO抽吸模式。③在两种抽吸模式下，卷烟主流烟气相关指标不同吸烟机型测试结果总体精密度差异基本一致，即R型吸烟机对于20个不同烟气释放量水平样品重复测试结果的平均变异系数（CV）大多低于L型。

烟草中有机氯农药残留标准测定方法的改进

为提高烟草中有机氯农药残留的检测种类和速度,对ISO 4389:2000(GB/T 13596-2004)法进行了改进。即用50%(体积分数)正己烷和50%(体积分数)丙酮混合溶剂代替正己烷作萃取剂,用加速溶卉4萃取代替索氏萃取.对萃取温度进行了优化,并采用改进法和ISO 4389:2000法分别检测了国内外65个烟草样品中有机氯农药残留。结果表明:①该法检出10个样品中残留β-硫丹,而GB/T 13596-2004法未检出;②除β-硫丹外,两种方法检出烟草样品中的有机氯农药的种类几乎一样,且测定量之间的差异符合痕量农药测定的变异系数在20%以下的要求;③17个烟叶样品中未检出任何有机氯农药,占所选烟叶样品数的26.2%,其它样品都或多或少地残留有机氯农药;④o,p′-DDT的检出率最高,达到43.1%,所有样品中均未检出狄氏剂和异狄氏剂;⑤国内外卷烟样品中检出的残留的有机氯农药种类分别为47个和43个。其中,进口卷烟中均检出了有机氧农药,且主要为α-硫丹、β-硫丹和o,p′- DDT,而国产卷烟中主要在4个样品中检出了这些农药;⑥国产烟叶样品中残留的有机氯农药种类比进口样品稍多,且都主要是由某些样品中检出,其它样品中残留的有机氯农药的种类较少;⑦所有检测样品中有机氯农药的残留量均低于CORESTA推荐限量。该法萃取自动化程度高,萃取时间(25 min)短,可替代ISO 4389:2000法进行烟草样品中有机氯农药残留的快速检测。

在线GPC-GC-MS/MS法直接检测烟叶中的农药残留

为了测定烟叶中的农药残留,通过优化收集时间和质谱检测参数,将烟叶样品提取后直接用在线凝胶渗透色谱-气相色谱-串联质谱法（GPC-GC-MS/MS）测定,建立了烟叶中31种农药残留的检测方法。结果表明：①在优化的条件下,目标分析物的检出限在1.95～212 ng/L之间,决定系数均大于0.99,日内和日间相对标准偏差分别不大于6.3%和10.2%,实际样品的加标回收率为82.2%～121.5%。②该方法成功应用于实际烟叶样品的检测,且检测结果与标准方法相吻合。

PI-TOF/MS法逐口在线分析卷烟主流烟气中7种有机物

为了考察卷烟抽吸过程中主流烟气的逐口释放特征,建立了在线分析卷烟主流烟气中乙醛、1,3-丁二烯、丙酮、异戊二烯、2-丁酮、苯和甲苯7种有机物的光致电离飞行时间质谱(PI-TOF/MS)方法。通过标准恒流孔实现卷烟烟气的定量取样,烟气经带加热装置的采样管引入PI-TOFMS离子源内进行分析。结果表明:1方法日内重复性、日间重复性良好,除第1口和最后1口由于点火过程及抽吸容量不同而导致变异较大外,其他口的RSD均小于15%;21R5F和3R4F参比卷烟的测试结果与CORESTA共同实验测试平均值的相对偏差在10%以内;3不同化合物的逐口释放量存在较大差异,逐口之间的释放规律也不一致。该方法操作简单、快速准确,适合于卷烟主流烟气的逐口在线分析研究。

两种抽吸模式下卷烟主流烟气成分释放量的差异

为应对烟草制品成分管制新的要求,以典型的不同焦油量（1.0~13.3 mg/支）的9种烤烟型和11种混合型卷烟样品为研究对象,从单支卷烟、单位烟碱和单位焦油的角度分析考察了ISO和加拿大深度抽吸（HCI）两种模式下卷烟主流烟气成分（TPM、焦油、烟碱、CO、TSNAs、B[a]P、羰基化合物、苯酚、HCN、氨和VOCs）释放量的差异。结果表明：1对于单支卷烟烟气成分释放量而言,HCI抽吸模式显著高于ISO抽吸模式,与中高焦油量（〉6.0 mg/支）卷烟样品相比,低焦油（≤6.0 mg/支）卷烟样品的烟气成分释放量在两种抽吸模式下的差异更大。2以单位烟碱计,NNN、NNK、B[a]P和1,3-丁二烯在两种抽吸模式下的释放量基本一致。低焦油样品在HCI抽吸模式下CO、甲醛、巴豆醛和HCN的单位烟碱释放量显著高于ISO抽吸模式,而对于中高焦油量卷烟样品,两种抽吸模式下4种成分的单位烟碱释放量相当。3以单位焦油计,对于NNN、NNK、B[a]P和苯酚,HCI抽吸模式下各成分的单位焦油释放量略低于ISO抽吸模式。对于CO、甲醛、巴豆醛和HCN,低焦油样品在HCI抽吸模式下单位焦油释放量高于ISO抽吸模式。