不同加热温度下电加热不燃烧卷烟烟气释放特性研究

郑绪东等

摘要  [目的]研究加热温度对电加热不燃烧卷烟烟气释放特性的影响。[方法]采用气相色谱仪、质谱仪及电加热不燃烧卷烟模拟装置系统等，对电加热不燃烧卷烟在不同加热温度下的烟气成分以及烟气中粒相物、甘油/丙二醇、烟碱等释放特性进行分析。[结果]200～470℃时，随着加热温度升高，电加热不燃烧卷烟烟气成分增加，有害成分的释放量增加;260～320℃时，随着加热温度升高，烟气中甘油/丙二醇含量明显增加;350～470℃时，随着加热温度升高，烟气中粒相物含量明显增加;低于260℃时，烟碱迁移率随温度升高而增加;当温度高于260℃时，烟碱迁移率增加速度减小。[结论]该研究为电加热不燃烧卷烟的开发提供依据。

关键词   电加热不燃烧卷烟;烟气;加热温度;烟碱;甘油/丙二醇

中图分类号TS  41  +1文献标识码

A文章编号0517-6611（2018）36-0168-04

传统卷烟烟气中大部分有害成分在卷烟燃烧时发生的高温裂解过程中产生[1-3]，并且随着温度上升，烟气成分中醛、苯及同系物、稠环芳烃、CO等有害成分含量随之增加[4-10]。電加热不燃烧卷烟利用电能对烟草进行低温加热（500 ℃以下）而不使其发生燃烧，加热时烟丝中的尼古丁及香味物质通过挥发产生烟气。由于烟草不发生燃烧，烟气中的致癌成分含量降低80%，诱变剂摄入量降低70%，消费者支气管炎及肺炎发病率减少36%～46%[11-15]。因此，加热温度是影响电加热不燃烧卷烟烟气特性的重要因素，但相关的研究却鲜见报道[16-22]。笔者采用气相色谱仪、质谱仪及电加热不燃烧卷烟模拟装置系统等，对电加热不燃烧卷烟在不同加热温度下的烟气成分以及烟气中粒相物、甘油/丙二醇、烟碱等释放特性进行分析，进而研究加热温度对电加热不燃烧卷烟烟气释放特性的影响。

1材料与方法

1.1试验材料电加热不燃烧卷烟样品：混合型电加热不燃烧卷烟烟丝;传统卷烟：某知名卷烟品牌。

Trace 1310 气相色谱仪配备FID检测器（美国Thermofisher）;6890N/5973型气质谱仪配7694 顶空仪（美国，安捷伦公司）;电子天平（感量：0.0001 g，德国Sartorius公司）;自制的电加热不燃烧卷烟抽吸装置及电加热模拟装置。

1.2试验方案试验原理方案如图1，使用气相色谱仪、质谱仪、顶空仪、电子天平及自制的电加热不燃烧卷烟模拟装置系统等进行试验测试，从烟气成分、粒相物质量、烟碱含量、烟碱迁移率等方面，分析了在不同加热温度下电加热不燃烧卷烟烟气释放特性的规律研究。

1.3测试方法

将自制的电加热不燃烧卷烟样品放入电加热模拟装置，每次加热6 g，设定温度为200～470 ℃，以30 ℃间隔递增;将捕集完烟气的剑桥滤片放至20 mL专用顶空瓶，采用顶空气相色谱质谱联用仪分析烟气成分。

使用电子天平称量剑桥滤片增重质量，分析烟气粒相物质量变化;配制标准系列溶液，与剑桥滤片混合振荡，气相色谱分析烟碱、甘油等含量及烟碱迁移率变化情况。

1.4数据处理

采用峰面积归一化法进行定量分析并根据质谱匹配度进行核对，然后从特征离子、相对丰度等方面综合比较，确定成分。

2结果与分析

2.1电加热不燃烧卷烟烟气成分与加热温度关系

传统卷烟烟气成分较为复杂，烟气成分含量随温度变化，差异较大。在420～820 ℃，随着温度的升高稠环芳烃含量增加，尼古丁含量随着温度升高而下降，CO含量持续增加;500 ℃以上时，主要产物为烯烃、酮、醛、苯等及其同系物;温度升至700 ℃时，苯同系物含量大增[23-25]。

电加热不燃烧卷烟烟气成分也随温度变化，对比不同加热温度下电加热不燃烧卷烟烟气成分质谱图发现，在200～320 ℃ 随着加热温度的升高，烟气挥发性化合物种类增多;但随着温度上升至470 ℃时，烟气中化合物种类基本保持不变。

对比不同加热温度下烟气气相色谱图发现，图2a与图2b中强度较高的峰对应的物质种类大致相同，这说明加热温度为320 ℃和470 ℃时烟气的主要成分大致相同，在加热320～470 ℃时，加热温度对烟气成分种类影响不大。但图2a中主要几个物质的峰强度低于图2b的峰强度，这说明随着温度升高，烟气中部分物质的含量增加;图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-异丙烯基苯（⑨）等物质的峰高于图2b中的峰强

度。对比图2a、c发现，图2a中峰的数量大于图2c中峰的数量，表明随着温度升高，电加热不燃烧卷烟烟气成分种类增加，在图2c中未检测到柠檬烯（⑧）、11-甲基-4-异丙烯基苯（⑨）等成分。

对比图2a和图3发现，图2a中物质峰的强度及峰数量均低于图3，电加热不燃烧卷烟烟气成分没有传统卷烟烟气成分复杂，大大减少了烯烃类、酮类、吡啶类、吡嗪类、苯同系物等有害成分释放。三甲基丁醛（②）、3-呋喃甲醛（④）等有害物质未在电加热不燃烧卷烟烟气中检测到;图2a中丁酮（①）、3-戊烯-2-丙酮（③）等物质峰高明显降低。

电加热不燃烧卷烟烟气的有害成分相较传统卷烟极大地降低，但其在不同温度下的烟气成分种类及释放量均不同，随着温度增加（200～470 ℃），电加热不燃烧卷烟烟气成分增加，有害成分的释放量增加。

2.2电加热不燃烧卷烟烟气粒相物与加热温度关系

2.3电加热不燃烧卷烟烟气中烟碱含量、甘油/丙二醇与加热温度的关系

卷烟抽吸感官中，烟碱、甘油/丙二醇含量及烟碱迁移率是重要参考指标。分析不同加热温度下的含量及迁移率变化趋势（图5）发现，260 ℃以下时，烟碱含量随着温度升高而增加;温度升至260 ℃以上，烟碱挥发完全，含量随温度变化小，基本保持不变。在160～290 ℃，甘油/丙二醇中1，2-丙二醇、1，3-丁二醇、甘油与温度呈正相关;290 ℃以上，1，2-丙二醇、1，3-丁二醇含量波动较小，甘油在高温下发生聚合、分解反应使得甘油含量明显下降。可见，在260～320 ℃烟碱、甘油/丙二醇释放量均较好。

安徽农业科学2018年

2.4电加热不燃烧卷烟烟碱迁移率与加热温度关系

从图6可看出，260 ℃以下，烟碱的迁移率随温度的升高而增加;260 ℃ 以上时，迁移率在一定的范围波动;当温度为320 ℃时，烟碱迁移率达最高值0.286。在260 ℃以上条件下，测得电加热不燃烧卷烟单口烟气中烟碱量为总烟碱量的37.35%。

3结论

采用气相色谱仪、质谱仪、电子天平及自制的电加热不燃烧卷烟模拟装置系统等，进行试验研究电加热不燃烧卷烟在不同加热温度下烟碱含量、迁移率及烟气粒相物等释放特性。结果表明，200～470 ℃时，随着加热温度升高，电加热不燃烧卷烟烟气成分增加，有害成分的释放量增加;260～320 ℃时，随着加热温度升高，烟气中甘油/丙二醇含量明显增加;350～470 ℃时，随着加热温度升高，烟气中粒相物含量明显增加;低于260 ℃时，烟碱迁移率随温度升高而增加;当温度高于260 ℃时，烟碱迁移率增加速度减小。

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