不同加熱溫度下電加熱不燃燒卷煙煙氣釋放特性研究

鄭緒東等

摘要 ?[目的]研究加熱溫度對電加熱不燃燒卷煙煙氣釋放特性的影響。[方法]采用氣相色譜儀、質(zhì)譜儀及電加熱不燃燒卷煙模擬裝置系統(tǒng)等，對電加熱不燃燒卷煙在不同加熱溫度下的煙氣成分以及煙氣中粒相物、甘油/丙二醇、煙堿等釋放特性進行分析。[結(jié)果]200～470℃時，隨著加熱溫度升高，電加熱不燃燒卷煙煙氣成分增加，有害成分的釋放量增加;260～320℃時，隨著加熱溫度升高，煙氣中甘油/丙二醇含量明顯增加;350～470℃時，隨著加熱溫度升高，煙氣中粒相物含量明顯增加;低于260℃時，煙堿遷移率隨溫度升高而增加;當溫度高于260℃時，煙堿遷移率增加速度減小。[結(jié)論]該研究為電加熱不燃燒卷煙的開發(fā)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ??電加熱不燃燒卷煙;煙氣;加熱溫度;煙堿;甘油/丙二醇

中圖分類號TS? 41? +1文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2018）36-0168-04

傳統(tǒng)卷煙煙氣中大部分有害成分在卷煙燃燒時發(fā)生的高溫裂解過程中產(chǎn)生[1-3]，并且隨著溫度上升，煙氣成分中醛、苯及同系物、稠環(huán)芳烴、CO等有害成分含量隨之增加[4-10]。電加熱不燃燒卷煙利用電能對煙草進行低溫加熱（500 ℃以下）而不使其發(fā)生燃燒，加熱時煙絲中的尼古丁及香味物質(zhì)通過揮發(fā)產(chǎn)生煙氣。由于煙草不發(fā)生燃燒，煙氣中的致癌成分含量降低80%，誘變劑攝入量降低70%，消費者支氣管炎及肺炎發(fā)病率減少36%～46%[11-15]。因此，加熱溫度是影響電加熱不燃燒卷煙煙氣特性的重要因素，但相關(guān)的研究卻鮮見報道[16-22]。筆者采用氣相色譜儀、質(zhì)譜儀及電加熱不燃燒卷煙模擬裝置系統(tǒng)等，對電加熱不燃燒卷煙在不同加熱溫度下的煙氣成分以及煙氣中粒相物、甘油/丙二醇、煙堿等釋放特性進行分析，進而研究加熱溫度對電加熱不燃燒卷煙煙氣釋放特性的影響。

1材料與方法

1.1試驗材料電加熱不燃燒卷煙樣品：混合型電加熱不燃燒卷煙煙絲;傳統(tǒng)卷煙：某知名卷煙品牌。

Trace 1310 氣相色譜儀配備FID檢測器（美國Thermofisher）;6890N/5973型氣質(zhì)譜儀配7694 頂空儀（美國，安捷倫公司）;電子天平（感量：0.0001 g，德國Sartorius公司）;自制的電加熱不燃燒卷煙抽吸裝置及電加熱模擬裝置。

1.2試驗方案試驗原理方案如圖1，使用氣相色譜儀、質(zhì)譜儀、頂空儀、電子天平及自制的電加熱不燃燒卷煙模擬裝置系統(tǒng)等進行試驗測試，從煙氣成分、粒相物質(zhì)量、煙堿含量、煙堿遷移率等方面，分析了在不同加熱溫度下電加熱不燃燒卷煙煙氣釋放特性的規(guī)律研究。

1.3測試方法

將自制的電加熱不燃燒卷煙樣品放入電加熱模擬裝置，每次加熱6 g，設(shè)定溫度為200～470 ℃，以30 ℃間隔遞增;將捕集完煙氣的劍橋濾片放至20 mL專用頂空瓶，采用頂空氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析煙氣成分。

使用電子天平稱量劍橋濾片增重質(zhì)量，分析煙氣粒相物質(zhì)量變化;配制標準系列溶液，與劍橋濾片混合振蕩，氣相色譜分析煙堿、甘油等含量及煙堿遷移率變化情況。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用峰面積歸一化法進行定量分析并根據(jù)質(zhì)譜匹配度進行核對，然后從特征離子、相對豐度等方面綜合比較，確定成分。

2結(jié)果與分析

2.1電加熱不燃燒卷煙煙氣成分與加熱溫度關(guān)系

傳統(tǒng)卷煙煙氣成分較為復(fù)雜，煙氣成分含量隨溫度變化，差異較大。在420～820 ℃，隨著溫度的升高稠環(huán)芳烴含量增加，尼古丁含量隨著溫度升高而下降，CO含量持續(xù)增加;500 ℃以上時，主要產(chǎn)物為烯烴、酮、醛、苯等及其同系物;溫度升至700 ℃時，苯同系物含量大增[23-25]。

電加熱不燃燒卷煙煙氣成分也隨溫度變化，對比不同加熱溫度下電加熱不燃燒卷煙煙氣成分質(zhì)譜圖發(fā)現(xiàn)，在200～320 ℃ 隨著加熱溫度的升高，煙氣揮發(fā)性化合物種類增多;但隨著溫度上升至470 ℃時，煙氣中化合物種類基本保持不變。

對比不同加熱溫度下煙氣氣相色譜圖發(fā)現(xiàn)，圖2a與圖2b中強度較高的峰對應(yīng)的物質(zhì)種類大致相同，這說明加熱溫度為320 ℃和470 ℃時煙氣的主要成分大致相同，在加熱320～470 ℃時，加熱溫度對煙氣成分種類影響不大。但圖2a中主要幾個物質(zhì)的峰強度低于圖2b的峰強度，這說明隨著溫度升高，煙氣中部分物質(zhì)的含量增加;圖2b中3-甲基吡啶（⑤）、3，4-二甲基吡啶（⑥）、反式-@-甲基苯乙烯（⑦）、11-甲基-4-異丙烯基苯（⑨）等物質(zhì)的峰高于圖2b中的峰強

度。對比圖2a、c發(fā)現(xiàn)，圖2a中峰的數(shù)量大于圖2c中峰的數(shù)量，表明隨著溫度升高，電加熱不燃燒卷煙煙氣成分種類增加，在圖2c中未檢測到檸檬烯（⑧）、11-甲基-4-異丙烯基苯（⑨）等成分。

對比圖2a和圖3發(fā)現(xiàn)，圖2a中物質(zhì)峰的強度及峰數(shù)量均低于圖3，電加熱不燃燒卷煙煙氣成分沒有傳統(tǒng)卷煙煙氣成分復(fù)雜，大大減少了烯烴類、酮類、吡啶類、吡嗪類、苯同系物等有害成分釋放。三甲基丁醛（②）、3-呋喃甲醛（④）等有害物質(zhì)未在電加熱不燃燒卷煙煙氣中檢測到;圖2a中丁酮（①）、3-戊烯-2-丙酮（③）等物質(zhì)峰高明顯降低。

電加熱不燃燒卷煙煙氣的有害成分相較傳統(tǒng)卷煙極大地降低，但其在不同溫度下的煙氣成分種類及釋放量均不同，隨著溫度增加（200～470 ℃），電加熱不燃燒卷煙煙氣成分增加，有害成分的釋放量增加。

2.2電加熱不燃燒卷煙煙氣粒相物與加熱溫度關(guān)系

2.3電加熱不燃燒卷煙煙氣中煙堿含量、甘油/丙二醇與加熱溫度的關(guān)系

卷煙抽吸感官中，煙堿、甘油/丙二醇含量及煙堿遷移率是重要參考指標。分析不同加熱溫度下的含量及遷移率變化趨勢（圖5）發(fā)現(xiàn)，260 ℃以下時，煙堿含量隨著溫度升高而增加;溫度升至260 ℃以上，煙堿揮發(fā)完全，含量隨溫度變化小，基本保持不變。在160～290 ℃，甘油/丙二醇中1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、甘油與溫度呈正相關(guān);290 ℃以上，1，2-丙二醇、1，3-丁二醇含量波動較小，甘油在高溫下發(fā)生聚合、分解反應(yīng)使得甘油含量明顯下降?？梢?，在260～320 ℃煙堿、甘油/丙二醇釋放量均較好。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2018年

2.4電加熱不燃燒卷煙煙堿遷移率與加熱溫度關(guān)系

從圖6可看出，260 ℃以下，煙堿的遷移率隨溫度的升高而增加;260 ℃ 以上時，遷移率在一定的范圍波動;當溫度為320 ℃時，煙堿遷移率達最高值0.286。在260 ℃以上條件下，測得電加熱不燃燒卷煙單口煙氣中煙堿量為總煙堿量的37.35%。

3結(jié)論

采用氣相色譜儀、質(zhì)譜儀、電子天平及自制的電加熱不燃燒卷煙模擬裝置系統(tǒng)等，進行試驗研究電加熱不燃燒卷煙在不同加熱溫度下煙堿含量、遷移率及煙氣粒相物等釋放特性。結(jié)果表明，200～470 ℃時，隨著加熱溫度升高，電加熱不燃燒卷煙煙氣成分增加，有害成分的釋放量增加;260～320 ℃時，隨著加熱溫度升高，煙氣中甘油/丙二醇含量明顯增加;350～470 ℃時，隨著加熱溫度升高，煙氣中粒相物含量明顯增加;低于260 ℃時，煙堿遷移率隨溫度升高而增加;當溫度高于260 ℃時，煙堿遷移率增加速度減小。

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