含煙堿多元系統(tǒng)氣-液相平衡的理論預(yù)測

摘要：利用擬導(dǎo)體屏蔽鏈節(jié)活度系數(shù)（COSMO-SAC）模型研究了甘油、丙二醇、水及煙堿構(gòu)成的三元和四元系統(tǒng)的氣-液相平衡，研究結(jié)果表明，對于甘油-丙二醇-煙堿系統(tǒng)，甘油摩爾分數(shù)的增加和溫度的降低均有利于煙堿的氣化釋放。對于甘油-水-煙堿系統(tǒng)，甘油摩爾分數(shù)在一定范圍內(nèi)的變化不會明顯改變氣相組成，但當(dāng)甘油摩爾分數(shù)大于0.9 時，溫度越低越有利于煙堿的氣化釋放。對于水-丙二醇-煙堿系統(tǒng)，當(dāng)水的摩爾分數(shù)小于0.3 或高于0.7 時，溫度越低越有利于煙堿的氣化釋放。對于水-丙二醇-甘油-煙堿系統(tǒng)，液相摩爾分數(shù)在較寬范圍內(nèi)的變化都不會明顯改變氣相組成，即氣相組成有一個較寬的平臺區(qū)。

關(guān)鍵詞：煙堿；加熱卷煙；氣-液相平衡；COSMO-SAC；熱力學(xué)

中圖分類號：TQ015.9 文獻標(biāo)志碼：A

作為傳統(tǒng)卷煙的創(chuàng)新產(chǎn)品，加熱卷煙是一種對環(huán)境及他人影響較小的煙堿攝入產(chǎn)品[1-2]。與傳統(tǒng)卷煙相比，加熱卷煙無燃燒過程，減少了煙草由于高溫燃燒而產(chǎn)生的有害物質(zhì)[3-4]，也降低了側(cè)流煙氣和環(huán)境煙氣的釋放量[5]。加熱卷煙中的煙草基質(zhì)通常采用再造煙葉，它主要包括煙堿（包括游離煙堿和煙堿鹽）、丙三醇（俗稱甘油）、1，2-丙二醇（簡稱丙二醇）、水以及其他香精等有效成分。所不同的是加熱卷煙主要通過溫控技術(shù)（400 ℃ 以下甚至更低）加熱再造煙葉，驅(qū)使有效成分逐步釋放，其釋放率在很大程度上決定了用戶的吸食體驗。目前，在加熱卷煙基質(zhì)中，甘油、丙二醇、水分和煙堿的質(zhì)量分數(shù)分別約為10%～20%、0～10%、7%～16% 和0.2%～1.5%[6]。加熱時，丙二醇、丙三醇和煙堿從煙草基質(zhì)釋放到主流煙氣中的釋放率分別為56.7%～89.2%、6.9%～40.7% 和37.1%～82.5%[7]，且釋放率會隨煙草基質(zhì)的不同以及加熱溫度的改變而發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)，增加甘油含量能促進煙草成分在低溫下的釋放[8]，但過高的含量（摩爾分數(shù)超過35%）會降低煙氣的累積釋放量[9]。

加熱卷煙中增加丙二醇含量，能顯著增加水分的釋放量，但對煙堿釋放量無明顯影響[10]。為達到最佳發(fā)煙效果，不同類型的加熱卷煙其煙草基質(zhì)中的含水量也不同[5]。加熱卷煙本質(zhì)上可看作是一種煙堿傳遞系統(tǒng)。在實際的抽吸間隔內(nèi)，發(fā)煙段加熱腔內(nèi)有效成分釋放時的傳質(zhì)過程將向相平衡趨近，煙支在受熱中的傳質(zhì)和相平衡問題從根本上影響著煙堿與甘油等多種物質(zhì)的釋放特性和遞送效率。然而，加熱卷煙涉及的是一個多組分的復(fù)雜系統(tǒng)，文獻中含煙堿混合物相平衡數(shù)據(jù)報道極少[11-12]，且單純依靠實驗難以獲得有規(guī)律性的結(jié)論。為從理論上研究這些物質(zhì)在熱驅(qū)動下的揮發(fā)行為，以甘油、丙二醇、煙堿（僅考慮游離煙堿）和水組成的混合系統(tǒng)為研究對象，設(shè)想混合物首先在一定溫度下液化，然后氣化并達到氣-液相平衡，通過似導(dǎo)體屏蔽鏈節(jié)活度系數(shù)（COSMO-SAC）模型[13-15] 預(yù)測含煙堿系統(tǒng)的氣-液相平衡，以此探究混合系統(tǒng)的相傳質(zhì)行為，從相平衡的角度研究不同物質(zhì)的釋放特性。