加熱卷煙煙氣中氨釋放特性研究

王珂清 秦艷華 吳洋 王瑞 張合川 尤曉娟 劉獻軍 朱懷遠 曹毅 張華 沈曉晨

摘 要：為了解加熱卷煙煙氣中氨釋放特性，選擇7種加熱卷煙樣品，在ISO抽吸模式下，應(yīng)用離子色譜檢測其煙氣中氨的總釋放量、逐口釋放量以及煙芯中銨離子含量，并分析氨釋放量與銨離子的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）多數(shù)加熱卷煙氨釋放量介于1～3 μg/支之間;（2）多數(shù)加熱卷煙氨逐口釋放量前5口逐口增加，然后緩慢下降;（3）多數(shù)加熱卷煙逐口釋放量后3口的RSD低于前3口;（4）煙芯中銨離子含量介于6.2～82.3 μg/支（28.8～392.8 μg/g）;（5）同一家公司的加熱卷煙的氨釋放量與銨鹽有顯著相關(guān)性，而不同公司之間的則無相關(guān)性。上述研究表明，與常規(guī)卷煙相比，多數(shù)加熱卷煙氨釋放量與焦油釋放量低于5 mg/支的細支卷煙接近，且逐口釋放量分段分布的均勻性優(yōu)于細支卷煙;銨鹽對加熱卷煙氨的釋放量有影響，但并不是主導因素。

關(guān)鍵詞：氨釋放;加熱卷煙;離子色譜;逐口;銨離子

Abstract： In order to analyze the characteristics of ammonia release in heat-not-burn （HNB） cigarette smoke， 7 kinds of HNB cigarettes were chosen to determine total ammonia release， puff-by-puff ammonia release and NH4+ contents by ion chromatography under the ISO suction mode. The correlation between ammonia releases and NH4+ contents was investigated. The results showed that： （1） The ammonia releases of most HNB cigarettes ranged from 1-3 μg/cig; （2） The puff-by-puff ammonia release of most HNB cigarettes increased in the first five puffs， then decreased slightly; （3） The RSD of the last three puffs was lower than that of the first three puffs for most HNB cigarettes; （4）The content of NH4+ in the core of the HNB cigarettes was between 6.2-82.3 μg/cig（28.8-392.8 μg/g）; （5）There was a significant correlation between ammonia release and ammonium salts in the HNB cigarettes of the same company， but no correlation in those of different companies. The above results demonstrated that： compared with the conventional cigarettes， the ammonia release of most HNB cigarettes was close to that of the fine cigarettes with tar release less than 5 mg per cigarette， and the uniformity of distribution of puff-by-puff ammonia release was better than that of the fine cigarettes; Ammonium salts had effects on ammonia release of HNB cigarettes， but it was not the dominant factor.

Keywords： ammonia release; heat-not-burn cigarettes; IC; puff-by-puff; NH4+

氨是卷煙主流煙氣中7種有害成分之一[1]。目前，卷煙主流煙氣中氨的檢測方法，主要有離子色譜法以及連續(xù)流動法[2-3]。與傳統(tǒng)卷煙不同，加熱卷煙是通過對煙絲進行加熱釋放煙氣，以滿足吸煙者的需求[4]。加熱卷煙由于以密閉加熱代替燃燒使煙草成分蒸餾和裂解釋放煙氣，且加熱溫度在200400 ℃，較傳統(tǒng)卷煙的有害成分和側(cè)流煙氣釋放量明顯減少[5-6]。但是，加熱卷煙主流煙氣有害成分中NH3釋放量與傳統(tǒng)卷煙釋放量相差不大[7]。因此，有必要對加熱卷煙主流煙氣中的氨開展研究。有關(guān)加熱卷煙氨逐口釋放量以及氨與煙芯中銨鹽的相關(guān)性研究報道較少。龔淑果等[6]逐口分析了加熱卷煙在不同抽吸模式下煙堿、丙三醇以及水分釋放量的差異，但是缺少有關(guān)氨的相關(guān)研究。本研究旨在通過分析加熱卷煙主流煙氣中氨的總釋放量和逐口釋放量，分析加熱卷煙氨的釋放特性;通過分析氨與煙芯中銨鹽的相關(guān)性，為探索加熱卷煙煙氣中氨的來源提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

濃鹽酸（質(zhì)量分數(shù)為36%38%，南京化學試劑有限公司）;甲基磺酸（98%，英國Johnson Matthey 公司）;銨離子標準溶液（以氮計100 mg/L，中國計量科學研究院）;7種國內(nèi)外加熱卷煙樣品（表1），其中1#、2#樣品為國產(chǎn)某品牌加熱卷煙（記作A品牌），3#7#樣品為國外同一家公司生產(chǎn)的不同品牌加熱卷煙，其中3#5#為同一品牌（記作B品牌），6#、7#為同一品牌（記作C品牌）;1種市售細支卷煙（編號8#，盒標焦油5 mg，CO 5 mg，煙堿0.5 mg）。

RM20H轉(zhuǎn)盤式吸煙機（德國Borgwaldt KC公司）;ICS-5000離子色譜儀（美國Thermo Fisher公司）;Milli-Q Integral 10型超純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）;AL204電子天平（感量：0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo 公司）;HY-5A回旋振蕩器（江蘇省金壇市訊生儀器廠）;E300恒溫恒濕箱（澳大利亞Steridium公司）;加熱卷煙煙具（IQOS 3.0煙具，中心加熱，菲莫國際煙草公司）。

1.2 方法

1.2.1 煙氣中氨的測定 按照GB/T 16447—2004《煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測試的大氣環(huán)境》要求平衡加熱卷煙樣品48 h后，取4支煙，參考文獻[8]的方法，應(yīng)用劍橋濾片收集粒相物，按照ISO標準模式抽吸：抽吸容量35 mL，抽吸間隔60 s，抽吸持續(xù)時間2 s，鐘形抽吸曲線。

抽吸完畢，準確移取20 mL 10 mmol/L的稀鹽酸溶液，振蕩萃取30 min，過0.45 μm水相濾膜后上離子色譜分析，色譜分析方法和條件如下：流動相0.040 mol/L甲基磺酸，流速1.0 mL/min，進樣量25 μL，柱溫30 ℃，電導池溫度35 ℃，抑制器電流59 mA，色譜柱為CS16陽離子分析柱。

1.2.2 逐口抽吸裝置改進 由于加熱卷煙抽吸時需要用到煙具，與常規(guī)卷煙相比，體積大，重量重，不可直接在RM20H轉(zhuǎn)盤型吸煙機上進行逐口抽吸。因此對吸煙機的煙支夾持裝置進行改造，增加輔助支撐固件，將裝有煙支的煙具固定于煙支夾持器。改造后，再應(yīng)用RM20H轉(zhuǎn)盤型吸煙機的逐口抽吸模式進行抽吸。

1.2.3 加熱卷煙煙氣中氨逐口釋放量的分析 應(yīng)用1.2.2改造后的裝置，參照文獻[9]的方法，逐口捕集加熱卷煙粒相物中的氨，固定抽吸口數(shù)6口。抽吸完畢，準確移取10 mL 10 mmol/L的稀鹽酸溶液振蕩萃取30 min后，過0.45 μm水相濾膜，上離子色譜分析，色譜條件同1.2.1。

1.2.4 加熱卷煙煙芯中銨離子含量的測定 按照GB/T 16447—2004《煙草及煙草制品調(diào)節(jié)和測試的大氣環(huán)境》要求平衡加熱卷煙樣品48 h。在溫度22 ℃，相對濕度60%的恒溫恒濕間，將10支加熱卷煙煙芯剪碎后稱量，計算單支煙的煙芯質(zhì)量，稱取0.30 g左右煙芯，準確加入20 mL 10 mmol/L的稀鹽酸溶液，振蕩萃取30 min后，過0.45 μm水相濾膜，上離子色譜分析，色譜條件同1.2.1，根據(jù)結(jié)果計算每支煙芯中銨離子含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 7種加熱卷煙煙氣中氨的釋放量

7種國內(nèi)外加熱卷煙和1種細支卷煙煙氣中氨的釋放量，結(jié)果如表2所示。可知，在ISO抽吸模式下，本試驗中加熱卷煙的氨釋放量介于1～3 μg/支。其中1#、2#氨的釋放量明顯高于3#-7#， 3#、4#、6#、7#的釋放量居中，5#釋放量最低。1#、2#氨的釋放量與8#細支煙相近。

據(jù)相關(guān)文獻報道，焦油釋放量低于5 mg/支的細支卷煙氨釋放量介于0.5～3.77 μg/支[10]，焦油釋放量介于12～16 mg/支的粗支卷煙氨釋放量介于5.5～9.7 μg/支[1]?？梢娂訜峋頍煱贬尫帕糠秶c細支卷煙相接近，低于常規(guī)粗支卷煙，所以降低加熱卷煙氨釋放量可進一步降低其危害性指數(shù)。

為比較不同品牌加熱卷煙氨釋放量差異，對3種品牌的結(jié)果進行T檢驗，結(jié)果如表3所示。同一家公司產(chǎn)品B和C，盡管品牌不同，但p值為0.350大于顯著性水平0.05，所以兩者無顯著差異。對于不同公司的產(chǎn)品，A和B的p值為0.000，A和C的p值為0.001，均小于顯著性水平0.05，所以不同公司的產(chǎn)品氨的釋放量存在顯著差異;即使吸味相同的產(chǎn)品，如1#和3#，1#和6#均屬于薄荷口味，但氨的釋放量存在顯著差異。這說明影響加熱卷煙吸味的添加劑對氨的釋放量影響較小，而不同公司加熱卷煙基片的煙葉原料、葉組配方、輔助材料等的差異可能是影響加熱卷煙氨釋放量的重要因素。上述因素亦是常規(guī)卷煙煙氣氨釋放量的主要影響因素[11]。

2.2 7種加熱卷煙煙氣中氨的逐口釋放量

分析7種加熱卷煙和1種細支卷煙煙氣中氨的逐口釋放量，結(jié)果如表4所示。對于5#樣品以外的加熱卷煙樣品，前5口氨釋放量均逐口增加，第6口降低。這與文獻[6]中報道的煙堿逐口釋放量變化趨勢相似。8#細支卷煙，平均抽吸口數(shù)是5.52口，前5口氨的釋放量是逐口增加;第6口是不完整的抽吸口數(shù)，所以其釋放量降低明顯。為進一步分析加熱卷煙氨逐口釋放量的分布特點，按照抽吸口數(shù)分2段進行均勻性分析，分別對前3口和后3口的釋放量進行相對標準偏差（RSD）分析（表5），可知前3口與后3口的RSD差異較大，除4#、5#樣品外，其余樣品后3口的RSD低于前3口，說明后3口氨釋放量的均勻性優(yōu)于前3口;8#細支煙樣品的分段RSD值均高于加熱卷煙。

從以上結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)加熱卷煙氨逐口釋放量與常規(guī)卷煙有差異，在完整抽吸口數(shù)范圍內(nèi)，常規(guī)卷煙氨的釋放量逐口增加[9，12]，而多數(shù)加熱卷煙則是先增加然后下降;在氨逐口釋放量分布趨勢方面，加熱卷煙前3口和后3口的均勻性均優(yōu)于細支卷煙樣品。這種差異可能與加熱卷煙的加熱方式和物理結(jié)構(gòu)有關(guān)，首先，加熱卷煙加熱過程中的溫度與常規(guī)卷煙燃燒溫度有較大差異;其次，加熱卷煙煙芯是整體受熱發(fā)煙，而常規(guī)卷煙則是逐段燃燒、熱解產(chǎn)生煙氣;再次，在物理結(jié)構(gòu)方面，加熱卷煙煙芯是片狀結(jié)構(gòu)，而常規(guī)卷煙則是絲狀結(jié)構(gòu)。

2.3 加熱卷煙煙芯中銨鹽與氨釋放量的相關(guān)性分析

2.3.1 7種加熱卷煙樣品煙芯中NH4+含量 測定7種加熱卷煙樣品煙芯中NH4+含量，以NH4+含量表示銨鹽含量，結(jié)果如表6所示。可知，7種加熱卷煙中NH4+含量介于6.2～82.3 μg/支（28.8～392.8 μg/g），5#樣品中NH4+含量明顯較低。文獻[13]報道國內(nèi)烤煙煙葉中氨的含量介于111.12～383.90 μg/g。這說明加熱卷煙煙芯中NH4+含量與國內(nèi)烤煙接近。

2.3.2 同一公司不同品牌中銨鹽與氨釋放量的相關(guān)性 鑒于3#～7#是同一公司生產(chǎn)的，其加熱卷煙基片差異可能相對較小，因此將3#～7#樣品的氨釋放量與NH4+進行相關(guān)性分析和線性回歸;在其他種類氨前體物分布相似的前提下，考察加熱卷煙中銨鹽與氨釋放量的相關(guān)性。由表7和表8可知，相關(guān)性分析的顯著性水平p值為0.037，低于顯著性水平0.05;線性回歸分析的顯著性檢驗F值為12.969，而F0.05（1，3）=10.13，F(xiàn)大于F0.05（1，3）。這說明同一家公司的加熱卷煙氨的釋放量與銨鹽有顯著的線性相關(guān)性。

2.3.3 不同公司的7種加熱樣品中銨鹽與氨釋放量的相關(guān)性 將7種加熱卷煙氨的釋放量與煙芯中NH4+含量進行相關(guān)性和線性回歸分析，結(jié)果見圖1、表9和表10?？芍?，相關(guān)性分析的顯著性水平p值為0.638，遠大于顯著性水平0.05;線性回歸分析的顯著性檢驗F值為0.250，而F0.05（1，5）=6.61，F(xiàn)遠小于F0.05（1，5）。這說明不同公司加熱卷煙煙氣中氨的釋放量與煙芯中NH4+含量無顯著的相關(guān)性。

由此可見，雖然加熱卷煙煙芯中銨鹽含量與烤煙煙葉中的含量相接近[13-14]，但不同公司產(chǎn)品中銨鹽含量與加熱卷煙煙氣中氨釋放量的相關(guān)性存在明顯的限制，這與常規(guī)卷煙銨鹽是煙氣中氨的重要前體成分之一的規(guī)律[15-17]不同。而當加熱卷煙樣品是同一家公司時，即使品牌不同，煙氣中氨的釋放量與煙芯中NH4+含量也有顯著的線性相關(guān)性。這可能是由于不同公司加熱卷煙基片存在差異，各種氨前體物質(zhì)的分布狀態(tài)存在差異，使得除銨鹽外其他種類的氨前體物對氨釋放量的影響強于銨鹽，從而降低了加熱卷煙中銨鹽與氨釋放量的相關(guān)性。而同一公司的加熱卷煙，可能是由于基片的工藝和原料等方面相似度較高，各種氨前體物質(zhì)的分布相似，使得除銨鹽外其他種類的氨前體物差異性變小，此時銨鹽含量的顯著差異可以反映氨釋放量的差異。綜上分析可知，銨鹽對加熱卷煙氨的釋放量具有一定的影響，但并不是主導因素，加熱卷煙基片的結(jié)構(gòu)和其他化學成分可能對氨釋放量影響較大。

3 結(jié) 論

在ISO抽吸模式下，分析7種加熱卷煙氨的總釋放量和逐口釋放量，研究表明：（1）7種加熱卷煙氨釋放量與焦油釋放量低于5 mg/支的細支卷煙相接近;不同公司的加熱卷煙氨釋放量差異顯著。（2）多數(shù)加熱卷煙氨的逐口釋放量先增加后降低，且逐口釋放量分段分布的均勻性優(yōu)于細支卷煙。（3）銨鹽對加熱卷煙氨的釋放量具有一定的影響，但并不是主導因素，加熱卷煙基片的結(jié)構(gòu)和其他化學成分可能對氨釋放量影響較大。

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