沟槽滤嘴对卷烟主流烟气中简单酚类物质的截留行为研究
2014-11-20 11:30刘丁伟程传玲鲁平等
湖北农业科学 2014年18期
刘丁伟+程传玲+鲁平等
摘要：吸烟机抽吸卷烟后，用高效液相色谱法（HPLC）测定3种沟槽滤嘴对卷烟主流烟气中的苯酚、（邻、间、对）甲酚、（邻、间、对）苯二酚等几种简单酚类化合物的截留量，以研究沟槽滤嘴对它们的截留特性。结果表明，沟槽滤嘴对酚类物质的过滤是有选择性的，其中对单酚类物质苯酚的截留效果最好。
关键词：主流烟气；酚类物质；沟槽滤嘴；截留行为
中图分类号：TS41+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）18-4348-03
卷烟烟气中大约有5 000多种化合物[1]，其中烟草燃烧产生的化合物就多达2 740种。滤嘴是吸烟者和主流烟气之间的桥梁，能够有效地过滤掉烟气中的部分有害物质，因而得到了非常广泛的应用。前人的研究结果表明，把不同的滤嘴接装到烟支上，可大幅度减少卷烟焦油量。因此，烟草科研人员在滤嘴材料及其所使用的添加剂方面进行了大量的研究工作，用以降低卷烟焦油和改善卷烟的吸味。
沟槽滤嘴作为减害降焦的一项前沿技术，效果明显且成本低，其核心技术（即选用与其相匹配的滤棒瓦楞原纸）也有了较大发展[2]。因此有必要对其进行较为全面的研究。卷烟主流烟气中的酚类物质（主要是苯酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚、邻甲酚、对甲酚和间甲酚）影响卷烟的协调性和平衡性从而影响到烟气的香味，另一方面对呼吸道黏膜等有强烈的促癌作用[3，4]，是影响烟草安全性的因素之一。于涛等[5]报道了醋酸纤维滤嘴对卷烟主流烟气中主要酚类物质的选择性过滤研究，而有关沟槽滤嘴在该方面的研究却未见报道。本研究用高效液相色谱测定3种沟槽滤嘴对卷烟主流烟气苯酚等7种简单酚类物质的过滤效率及截留特性，以期为低危害卷烟的开发提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
卷烟样品：3种沟槽滤嘴卷烟（3种卷烟除滤嘴不同，其他材料及其物性完全相同）：A.进口外沟槽滤嘴卷烟；B.国产内沟槽滤嘴卷烟；C.国产外沟槽滤嘴卷烟。3类卷烟信息：烟支规格长度（30+54） mm，圆周24.5 mm。3种滤棒圆周：24.3 mm，压降2 800 Pa。
试剂：去离子水，乙腈、乙酸（色谱纯，天津市康科德科技有限公司），苯酚、（邻、间、对）甲酚、（邻、间、对）苯二酚（纯度都大于99%，百灵威试剂公司）。
仪器：LM5+型吸烟机（美国KC-Borgwaldt公司）；AB265-S型电子分析天平（瑞士METTLER公司， 感量0.000 01 g，精确至0.000 1 g）；剑桥滤片（Φ44 mm）；高效液相色谱仪（美国Waters公司）；DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱（上海—恒科学仪器有限公司制造）；德国KBF-240型恒恒温湿箱（香港路易企业有限公司）。
1.2 试验方法
1.2.1 卷烟的抽吸 根据文献[6]的规定，分别收集3种不同滤嘴卷烟的总粒相物。注意在每支烟抽吸结束时， 用镊子快速掐灭烟头，收集所有烟蒂。
1.2.2 过滤效率的测定 根据文献[5]的方法测定过滤效率。
1.2.3 测定酚类物质 酚类物质含量的测定用高效液相色谱[7]来测定。
2 结果与分析
2.1 卷烟样品的过滤效率
由表1可知，可以看出，不同沟槽滤嘴的过滤效率是不同的，并且差别较大。
2.2 标样和样品色谱图
选定高效液相条件，图1及图2分别为标样和样品高效液相色谱图。由两图可知，酚类化合物的分离效果很好，但间、对甲酚除外。
2.3 3种卷烟对酚类物质的过滤效果
3种卷烟主流烟气中7种酚类物质的含量和几种酚类物质的过滤效率分别见表2和表3。由表3可知，3种不同滤嘴的卷烟，苯酚的过滤效率最高，其次是邻甲酚、间苯二酚，对苯二酚、邻苯二酚和间、对-甲酚的过滤效率比较低，由此说明，沟槽滤嘴对酚类化合物的截留都具有选择性，其中对单酚类物质苯酚的截留效果是最好的。
醋纤滤嘴对卷烟主流烟气中粒相物的过滤主要靠醋纤丝束对烟气粒相物的扩散沉积作用和截留作用及惯性碰撞作用[8]。沟槽滤嘴由醋纤丝束、具有吸附作用的沟槽纯纤维素纸、成型纸构成，相当于截面方向的醋酸纤维纸复合滤嘴[9]。沟槽滤棒在一种特殊的纤维素纸上进行压槽，从而形成了烟气的低压降通道，增加了烟气的横流过滤，也增大了与空气的混合，增大了滤嘴的截留效果；而且可在纯纤维纸上加入一些选择性吸附剂，可选择性地滤除烟气中的部分有害物质。
Davis等[10]早在1965年提出了滤嘴的选择性公式，根据公式可以计算出滤嘴对X物质过滤的选择性系数Sx，3种不同滤嘴卷烟截留不同酚类物质的Sx值见表4。由表4可知，3种沟槽滤嘴对7种酚类物质的选择性顺序是不同的，以苯酚的为最大，邻甲酚次之，三种苯二酚和间、对甲酚较小。
3 结论
试验采用高效液相色谱法对3种卷烟主流烟气中主要酚类化合物进行分离鉴定，通过测定主流烟气中的7种酚类物质（苯酚、邻甲酚、对甲酚、间甲酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚）的截留效率，计算出滤嘴对酚类物质过滤的选择性系数（Sx），以苯酚的为最大，邻甲酚次之，三种苯二酚和间、对甲酚较小。
参考文献：
[1] 肖协忠.烟草化学[M].北京：中国农业科技出版社，1997.
[2] 梁 冰， 张富有，刘英政.滤嘴棒瓦楞原纸简介[J].中华纸业， 2009，20（2）：78-79.
[3] 李汉超，王淑娴. 烟草、烟气化学及分析[M].郑州：河南科学技术出版社，1991.
[4] 张槐苓，葛翠英， 穆怀静. 烟草分析与检验[M].郑州：河南科学技术出版社，1994.
[5] 于 涛， 张 杰，曹建华，等. 醋酸纤维滤嘴对卷烟主流烟气中主要酚类物质的选择性过滤研究[J].中国烟草学报，2009，15（3）：25-28.
[6] GB/T 19609-2004.卷烟常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油[S].
[7] YC/T 255-2008.卷烟主流烟气中主要酚类化合物的测定高效液相色谱法[S].
[8] 杨厚明.卷烟配套材料[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1900.
[9] ISHIKAWA N.Noble metal catalyst for exhaust gas treament[P]. Japan，143383.1996-05-25.
[10] DAVIS H，GEORGE W. A dimensionless measure of filter selectivity ： geometrical factors in cigarette construction which influence this measure[J]. Beitr Tabakforsch Int，1965，3（3）： 203-214.
摘要：吸烟机抽吸卷烟后，用高效液相色谱法（HPLC）测定3种沟槽滤嘴对卷烟主流烟气中的苯酚、（邻、间、对）甲酚、（邻、间、对）苯二酚等几种简单酚类化合物的截留量，以研究沟槽滤嘴对它们的截留特性。结果表明，沟槽滤嘴对酚类物质的过滤是有选择性的，其中对单酚类物质苯酚的截留效果最好。
关键词：主流烟气；酚类物质；沟槽滤嘴；截留行为
中图分类号：TS41+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）18-4348-03
卷烟烟气中大约有5 000多种化合物[1]，其中烟草燃烧产生的化合物就多达2 740种。滤嘴是吸烟者和主流烟气之间的桥梁，能够有效地过滤掉烟气中的部分有害物质，因而得到了非常广泛的应用。前人的研究结果表明，把不同的滤嘴接装到烟支上，可大幅度减少卷烟焦油量。因此，烟草科研人员在滤嘴材料及其所使用的添加剂方面进行了大量的研究工作，用以降低卷烟焦油和改善卷烟的吸味。
沟槽滤嘴作为减害降焦的一项前沿技术，效果明显且成本低，其核心技术（即选用与其相匹配的滤棒瓦楞原纸）也有了较大发展[2]。因此有必要对其进行较为全面的研究。卷烟主流烟气中的酚类物质（主要是苯酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚、邻甲酚、对甲酚和间甲酚）影响卷烟的协调性和平衡性从而影响到烟气的香味，另一方面对呼吸道黏膜等有强烈的促癌作用[3，4]，是影响烟草安全性的因素之一。于涛等[5]报道了醋酸纤维滤嘴对卷烟主流烟气中主要酚类物质的选择性过滤研究，而有关沟槽滤嘴在该方面的研究却未见报道。本研究用高效液相色谱测定3种沟槽滤嘴对卷烟主流烟气苯酚等7种简单酚类物质的过滤效率及截留特性，以期为低危害卷烟的开发提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
卷烟样品：3种沟槽滤嘴卷烟（3种卷烟除滤嘴不同，其他材料及其物性完全相同）：A.进口外沟槽滤嘴卷烟；B.国产内沟槽滤嘴卷烟；C.国产外沟槽滤嘴卷烟。3类卷烟信息：烟支规格长度（30+54） mm，圆周24.5 mm。3种滤棒圆周：24.3 mm，压降2 800 Pa。
试剂：去离子水，乙腈、乙酸（色谱纯，天津市康科德科技有限公司），苯酚、（邻、间、对）甲酚、（邻、间、对）苯二酚（纯度都大于99%，百灵威试剂公司）。
仪器：LM5+型吸烟机（美国KC-Borgwaldt公司）；AB265-S型电子分析天平（瑞士METTLER公司， 感量0.000 01 g，精确至0.000 1 g）；剑桥滤片（Φ44 mm）；高效液相色谱仪（美国Waters公司）；DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱（上海—恒科学仪器有限公司制造）；德国KBF-240型恒恒温湿箱（香港路易企业有限公司）。
1.2 试验方法
1.2.1 卷烟的抽吸 根据文献[6]的规定，分别收集3种不同滤嘴卷烟的总粒相物。注意在每支烟抽吸结束时， 用镊子快速掐灭烟头，收集所有烟蒂。
1.2.2 过滤效率的测定 根据文献[5]的方法测定过滤效率。
1.2.3 测定酚类物质 酚类物质含量的测定用高效液相色谱[7]来测定。
2 结果与分析
2.1 卷烟样品的过滤效率
由表1可知，可以看出，不同沟槽滤嘴的过滤效率是不同的，并且差别较大。
2.2 标样和样品色谱图
选定高效液相条件，图1及图2分别为标样和样品高效液相色谱图。由两图可知，酚类化合物的分离效果很好，但间、对甲酚除外。
2.3 3种卷烟对酚类物质的过滤效果
3种卷烟主流烟气中7种酚类物质的含量和几种酚类物质的过滤效率分别见表2和表3。由表3可知，3种不同滤嘴的卷烟，苯酚的过滤效率最高，其次是邻甲酚、间苯二酚，对苯二酚、邻苯二酚和间、对-甲酚的过滤效率比较低，由此说明，沟槽滤嘴对酚类化合物的截留都具有选择性，其中对单酚类物质苯酚的截留效果是最好的。
醋纤滤嘴对卷烟主流烟气中粒相物的过滤主要靠醋纤丝束对烟气粒相物的扩散沉积作用和截留作用及惯性碰撞作用[8]。沟槽滤嘴由醋纤丝束、具有吸附作用的沟槽纯纤维素纸、成型纸构成，相当于截面方向的醋酸纤维纸复合滤嘴[9]。沟槽滤棒在一种特殊的纤维素纸上进行压槽，从而形成了烟气的低压降通道，增加了烟气的横流过滤，也增大了与空气的混合，增大了滤嘴的截留效果；而且可在纯纤维纸上加入一些选择性吸附剂，可选择性地滤除烟气中的部分有害物质。
Davis等[10]早在1965年提出了滤嘴的选择性公式，根据公式可以计算出滤嘴对X物质过滤的选择性系数Sx，3种不同滤嘴卷烟截留不同酚类物质的Sx值见表4。由表4可知，3种沟槽滤嘴对7种酚类物质的选择性顺序是不同的，以苯酚的为最大，邻甲酚次之，三种苯二酚和间、对甲酚较小。
3 结论
试验采用高效液相色谱法对3种卷烟主流烟气中主要酚类化合物进行分离鉴定，通过测定主流烟气中的7种酚类物质（苯酚、邻甲酚、对甲酚、间甲酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚）的截留效率，计算出滤嘴对酚类物质过滤的选择性系数（Sx），以苯酚的为最大，邻甲酚次之，三种苯二酚和间、对甲酚较小。
参考文献：
[1] 肖协忠.烟草化学[M].北京：中国农业科技出版社，1997.
[2] 梁 冰， 张富有，刘英政.滤嘴棒瓦楞原纸简介[J].中华纸业， 2009，20（2）：78-79.
[3] 李汉超，王淑娴. 烟草、烟气化学及分析[M].郑州：河南科学技术出版社，1991.
[4] 张槐苓，葛翠英， 穆怀静. 烟草分析与检验[M].郑州：河南科学技术出版社，1994.
[5] 于 涛， 张 杰，曹建华，等. 醋酸纤维滤嘴对卷烟主流烟气中主要酚类物质的选择性过滤研究[J].中国烟草学报，2009，15（3）：25-28.
[6] GB/T 19609-2004.卷烟常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油[S].
[7] YC/T 255-2008.卷烟主流烟气中主要酚类化合物的测定高效液相色谱法[S].
[8] 杨厚明.卷烟配套材料[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1900.
[9] ISHIKAWA N.Noble metal catalyst for exhaust gas treament[P]. Japan，143383.1996-05-25.
[10] DAVIS H，GEORGE W. A dimensionless measure of filter selectivity ： geometrical factors in cigarette construction which influence this measure[J]. Beitr Tabakforsch Int，1965，3（3）： 203-214.
摘要：吸烟机抽吸卷烟后，用高效液相色谱法（HPLC）测定3种沟槽滤嘴对卷烟主流烟气中的苯酚、（邻、间、对）甲酚、（邻、间、对）苯二酚等几种简单酚类化合物的截留量，以研究沟槽滤嘴对它们的截留特性。结果表明，沟槽滤嘴对酚类物质的过滤是有选择性的，其中对单酚类物质苯酚的截留效果最好。
关键词：主流烟气；酚类物质；沟槽滤嘴；截留行为
中图分类号：TS41+2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）18-4348-03
卷烟烟气中大约有5 000多种化合物[1]，其中烟草燃烧产生的化合物就多达2 740种。滤嘴是吸烟者和主流烟气之间的桥梁，能够有效地过滤掉烟气中的部分有害物质，因而得到了非常广泛的应用。前人的研究结果表明，把不同的滤嘴接装到烟支上，可大幅度减少卷烟焦油量。因此，烟草科研人员在滤嘴材料及其所使用的添加剂方面进行了大量的研究工作，用以降低卷烟焦油和改善卷烟的吸味。
沟槽滤嘴作为减害降焦的一项前沿技术，效果明显且成本低，其核心技术（即选用与其相匹配的滤棒瓦楞原纸）也有了较大发展[2]。因此有必要对其进行较为全面的研究。卷烟主流烟气中的酚类物质（主要是苯酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚、邻甲酚、对甲酚和间甲酚）影响卷烟的协调性和平衡性从而影响到烟气的香味，另一方面对呼吸道黏膜等有强烈的促癌作用[3，4]，是影响烟草安全性的因素之一。于涛等[5]报道了醋酸纤维滤嘴对卷烟主流烟气中主要酚类物质的选择性过滤研究，而有关沟槽滤嘴在该方面的研究却未见报道。本研究用高效液相色谱测定3种沟槽滤嘴对卷烟主流烟气苯酚等7种简单酚类物质的过滤效率及截留特性，以期为低危害卷烟的开发提供一定的科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
卷烟样品：3种沟槽滤嘴卷烟（3种卷烟除滤嘴不同，其他材料及其物性完全相同）：A.进口外沟槽滤嘴卷烟；B.国产内沟槽滤嘴卷烟；C.国产外沟槽滤嘴卷烟。3类卷烟信息：烟支规格长度（30+54） mm，圆周24.5 mm。3种滤棒圆周：24.3 mm，压降2 800 Pa。
试剂：去离子水，乙腈、乙酸（色谱纯，天津市康科德科技有限公司），苯酚、（邻、间、对）甲酚、（邻、间、对）苯二酚（纯度都大于99%，百灵威试剂公司）。
仪器：LM5+型吸烟机（美国KC-Borgwaldt公司）；AB265-S型电子分析天平（瑞士METTLER公司， 感量0.000 01 g，精确至0.000 1 g）；剑桥滤片（Φ44 mm）；高效液相色谱仪（美国Waters公司）；DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱（上海—恒科学仪器有限公司制造）；德国KBF-240型恒恒温湿箱（香港路易企业有限公司）。
1.2 试验方法
1.2.1 卷烟的抽吸 根据文献[6]的规定，分别收集3种不同滤嘴卷烟的总粒相物。注意在每支烟抽吸结束时， 用镊子快速掐灭烟头，收集所有烟蒂。
1.2.2 过滤效率的测定 根据文献[5]的方法测定过滤效率。
1.2.3 测定酚类物质 酚类物质含量的测定用高效液相色谱[7]来测定。
2 结果与分析
2.1 卷烟样品的过滤效率
由表1可知，可以看出，不同沟槽滤嘴的过滤效率是不同的，并且差别较大。
2.2 标样和样品色谱图
选定高效液相条件，图1及图2分别为标样和样品高效液相色谱图。由两图可知，酚类化合物的分离效果很好，但间、对甲酚除外。
2.3 3种卷烟对酚类物质的过滤效果
3种卷烟主流烟气中7种酚类物质的含量和几种酚类物质的过滤效率分别见表2和表3。由表3可知，3种不同滤嘴的卷烟，苯酚的过滤效率最高，其次是邻甲酚、间苯二酚，对苯二酚、邻苯二酚和间、对-甲酚的过滤效率比较低，由此说明，沟槽滤嘴对酚类化合物的截留都具有选择性，其中对单酚类物质苯酚的截留效果是最好的。
醋纤滤嘴对卷烟主流烟气中粒相物的过滤主要靠醋纤丝束对烟气粒相物的扩散沉积作用和截留作用及惯性碰撞作用[8]。沟槽滤嘴由醋纤丝束、具有吸附作用的沟槽纯纤维素纸、成型纸构成，相当于截面方向的醋酸纤维纸复合滤嘴[9]。沟槽滤棒在一种特殊的纤维素纸上进行压槽，从而形成了烟气的低压降通道，增加了烟气的横流过滤，也增大了与空气的混合，增大了滤嘴的截留效果；而且可在纯纤维纸上加入一些选择性吸附剂，可选择性地滤除烟气中的部分有害物质。
Davis等[10]早在1965年提出了滤嘴的选择性公式，根据公式可以计算出滤嘴对X物质过滤的选择性系数Sx，3种不同滤嘴卷烟截留不同酚类物质的Sx值见表4。由表4可知，3种沟槽滤嘴对7种酚类物质的选择性顺序是不同的，以苯酚的为最大，邻甲酚次之，三种苯二酚和间、对甲酚较小。
3 结论
试验采用高效液相色谱法对3种卷烟主流烟气中主要酚类化合物进行分离鉴定，通过测定主流烟气中的7种酚类物质（苯酚、邻甲酚、对甲酚、间甲酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚）的截留效率，计算出滤嘴对酚类物质过滤的选择性系数（Sx），以苯酚的为最大，邻甲酚次之，三种苯二酚和间、对甲酚较小。
参考文献：
[1] 肖协忠.烟草化学[M].北京：中国农业科技出版社，1997.
[2] 梁 冰， 张富有，刘英政.滤嘴棒瓦楞原纸简介[J].中华纸业， 2009，20（2）：78-79.
[3] 李汉超，王淑娴. 烟草、烟气化学及分析[M].郑州：河南科学技术出版社，1991.
[4] 张槐苓，葛翠英， 穆怀静. 烟草分析与检验[M].郑州：河南科学技术出版社，1994.
[5] 于 涛， 张 杰，曹建华，等. 醋酸纤维滤嘴对卷烟主流烟气中主要酚类物质的选择性过滤研究[J].中国烟草学报，2009，15（3）：25-28.
[6] GB/T 19609-2004.卷烟常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油[S].
[7] YC/T 255-2008.卷烟主流烟气中主要酚类化合物的测定高效液相色谱法[S].
[8] 杨厚明.卷烟配套材料[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1900.
[9] ISHIKAWA N.Noble metal catalyst for exhaust gas treament[P]. Japan，143383.1996-05-25.
[10] DAVIS H，GEORGE W. A dimensionless measure of filter selectivity ： geometrical factors in cigarette construction which influence this measure[J]. Beitr Tabakforsch Int，1965，3（3）： 203-214.
