卷烟纸特性对卷烟主流烟气中氨含量的影响

白雪平 黄朝章 张建平 苏明亮 赵艺强 吴清辉

(福建中烟工业公司技术中心,福建厦门,361022)

卷烟纸特性对卷烟主流烟气中氨含量的影响

白雪平 黄朝章 张建平 苏明亮 赵艺强 吴清辉

(福建中烟工业公司技术中心,福建厦门,361022)

研究了卷烟纸透气度、定量、亚麻浆配比、助燃剂类型及含量对卷烟主流烟气中氨含量的影响。结果发现,卷烟纸助燃剂类型及含量和卷烟纸透气度对卷烟主流烟气中氨含量的影响具有显著的线性规律。提高卷烟纸透气度、卷烟纸助燃剂含量和钾盐的比例,均有利于降低卷烟主流烟气中氨的含量;卷烟纸定量和亚麻浆配比对卷烟主流烟气中氨含量的影响无显著的线性规律。

卷烟纸;氨;透气度;亚麻浆配比;助燃剂

氨是烟草天然成分,由于用于卷烟中的烟草是呈酸性的,所以烟草中的氨以质子形式存在,即以烟草中天然羧酸的铵盐形式存在,否则会挥发逸失。卷烟经燃吸后,氨在烟气气相和粒相中都有存在,卷烟主流烟气中氨含量虽然远低于烟草,但却直接作用于人体[1-2]。卷烟烟气中的氨来源于烟草及其他辅助材料中的含氮化合物,包括蛋白质、氨基酸、硝酸盐、铵盐、酰胺、生物碱及含氮杂环化合物[3],适宜的含氮化合物含量可以保持烟气适当的生理强度和浓度,但过高的含氮化合物含量不仅使烟气粗糙,产生焦糊味,而且会产生大量有害成分,在卷烟抽吸过程中,这些含氮化合物会不同程度地产生氨。氨不仅影响卷烟的吃味,还会刺激人体的视觉及呼吸系统,长期吸入会对人体造成较严重的危害。因此,氨是卷烟主流烟气中公认的一种主要有害成分。

卷烟纸属于薄页纸,一般定量在 26～32 g/m2之间,作为卷烟辅助材料,在烟草工业中占有较重要的地位[4-6]。卷烟纸占卷烟烟支质量的 5%,由于它直接参与燃烧,可通过控制烟支的燃烧性和对烟气的稀释作用,来影响卷烟的燃烧性、香味和焦油产生量以及其他的烟气有害成分如一氧化碳的变化等[7-9]。卷烟纸透气度、定量、助燃剂含量对卷烟烟气常规指标的影响以往已有不少研究[10-11]。然而,关于卷烟纸特性对卷烟主流烟气中氨的系统性影响程度的文献未见报道,本实验研究了卷烟纸透气度、定量、亚麻浆配比、助燃剂类型及含量对卷烟主流烟气中氨释放量的影响,为低危害卷烟卷烟纸设计参数的优化选择提供参考。

1 实 验

1.1 仪器和材料

水中氨离子标准溶液 (分析纯,中国计量科学研究院生产)、甲烷磺酸 (体积分数 >99%,Acros)、浓盐酸 (分析纯,广东汕头西陇化工厂生产);卷烟样品 (烟支 64 mm+滤嘴 20 mm,由福建中烟工业公司提供),卷烟纸参数变化如表1所示。

表1 卷烟纸参数变化

离子色谱仪、戴安 ED-50电导检测器、戴安CSRS-Ⅱ抑制器、戴安 I onpacCS12A阳离子交换分析柱、戴安 I onpacCG12A阳离子交换预柱 (美国戴安公司生产);70 mL打孔气体吸收瓶 (上海讯宏仪器公司生产);S M400直线型吸烟机 (英国 Filtrona公司生产);AG104电子天平 (感量 0.0001 g,瑞士Mettler2Toledo仪器公司生产);Human型超纯水系统(Pgeneral公司生产 )。

1.2 实验方法

1.2.1 烟气的捕集

将样品卷烟在温度 (22±1)℃、相对湿度 (60±2)%的条件下平衡 48 h,然后根据质量选出合适烟支。在温度 (22±2)℃、相对湿度 (60±5)%的条件下,用 S M400直线型吸烟机按照 YC/T29—1996规定的标准条件抽吸卷烟,每个孔道抽吸 4支卷烟,在捕集器和抽吸筒之间连接装有 25 mL 0.005 mol/L HCl吸收液的吸收瓶,用剑桥滤片和吸收瓶捕集卷烟主流烟气。

1.2.2 测试样品的制备

将 1张捕集有粒相物的剑桥滤片折叠后放入 100 mL锥形瓶中,准确加入 25 mL 0.005 mol/L HCl,室温下振荡 40 min,静置 5 min,萃取。准确移取 5 mL萃取液和 5 mL吸收液至 25 mL容量瓶中,用 0.005 mol/L HCl稀释定容至刻度。取 2 mL稀释溶液,经0.45μm微孔滤膜过滤,对滤液进行离子色谱分析(处理好的样品必须在冷藏条件下 2天内进行分析),采用对照标样与烟气样品色谱峰的保留时间进行定性,采用外标法进行定量。

1.2.3 离子色谱条件

流动相 A:0.05 mol/L甲烷磺酸;流动相 B:水;流速:1.2 mL/min;进样量:25μL;柱温:30℃;抑制器电流:90 mA。淋洗梯度条件见表2。

表2 淋洗液梯度洗脱程序

2 结果与讨论

2.1 标样及样品色谱图

在选定的实验条件下获得的标样及样品的色谱图见图1所示。图1表明,标准溶液及样品光谱峰均分离良好,且峰形良好,可以进行定量分析。

图1 离子色谱氨检测图谱

2.2 卷烟纸对卷烟主流烟气中氨含量的影响

2.2.1 卷烟纸助燃剂含量对卷烟主流烟气中氨含量的影响

助燃剂含量一般为卷烟纸质量的 0.5%～2.0%,其含量虽少,但通过添加助燃剂可降低燃烧热解的初始温度,降低卷烟在燃烧过程中产生的有害气体[8]。在助燃剂钾、钠质量比为 50∶50下,实验考察了不同含量的柠檬酸钾对卷烟主流烟气氨含量的影响,实验结果 (见图2)表明,随着卷烟纸中助燃剂含量的增加,主流烟气中氨含量显著下降。

图2 卷烟纸助燃剂含量对卷烟主流烟气中氨含量的影响

2.2.2 卷烟纸助燃剂类型对卷烟主流烟气中氨含量的影响

作为助燃剂的柠檬酸钾和柠檬酸钠,虽然两种盐性质相似,但效果却有较大区别,钾盐性质更为活泼,助燃效果更好。研究显示,助燃剂阴离子相同时阳离子对焦油的影响不同。刘志华等人[12]研究不同碱金属柠檬酸混合助燃剂对烟气焦油和 CO含量的影响,发现增加钾盐比例,减少钠盐比例,可以降低烟气焦油和 CO的生成。

本实验固定助燃剂的含量 (以无水柠檬酸根计)为 2.8%,考察不同比例的柠檬酸钾和柠檬酸钠对卷烟主流烟气氨的影响。实验结果表明,随着柠檬酸钾比例的降低,烟气中氨的释放量增加。

图3 卷烟纸助燃剂类型对卷烟主流烟气中氨含量的影响

2.2.3 卷烟纸亚麻浆配比对卷烟主流烟气中氨含量的影响

使用亚麻浆卷烟纸的卷烟燃烧后木质气较少,在卷烟的香气透发、余味纯净上更能反映卷烟本来的味道,因此卷烟产品使用亚麻浆卷烟纸的比例越来越大,尤其是中高档卷烟。开展亚麻浆配比与卷烟烟气指标的研究,已成为烟草行业研究的一个热点。本实验考察了卷烟纸不同亚麻浆配比对烟气氨含量的影响,结果见图4。图4表明,在卷烟纸定量、透气度和助燃剂类型不变的情况下,亚麻浆配比为 0,25%,75%时,主流烟气中氨的含量变化不大。

图4 卷烟纸亚麻浆配比对卷烟主流烟气中氨含量的影响

2.2.4 卷烟纸定量对卷烟主流烟气中氨含量的影响

近几年,国内外卷烟纸的定量普遍有所升高,较高定量的卷烟纸卷制香烟后可取得较好的外观效果,烟支不透明性好、挺度好[13]。本实验考察了卷烟纸定量对卷烟主流烟气中氨含量的影响。结果表明,当卷烟纸定量从 28 g/m2增加至 32 g/m2时,卷烟主流烟气中氨的释放量略有下降。其原因是高定量的卷烟纸在组织结构上变得疏松、均匀、自然孔隙度好,燃烧性变好[10]。

图5 卷烟纸定量对卷烟主流烟气中氨含量的影响

2.2.5 卷烟纸透气度对卷烟主流烟气中氨含量的影响

卷烟纸透气度的大小直接影响烟支的燃烧性,同时也影响卷烟烟气的稀释度,从而影响主流烟气中氨的释放量。由图6可见,随着卷烟纸透气度的提高,卷烟烟气被稀释,烟气中的氨呈现出下降的趋势。卷烟纸透气度是影响卷烟纸内在质量的重要指标之一,适当提高透气度有利于降低烟气中的氨含量。

3 结 论

3.1 卷烟纸助燃剂类型、助燃剂含量、透气度对卷烟主流烟气中氨含量的影响具有显著的线性规律。提高卷烟纸助燃剂含量和钾盐的含量,均有利于降低卷烟主流烟气中氨的含量。

3.2 卷烟纸定量和亚麻浆配比对卷烟主流烟气中氨含量的影响无显著的线性规律。

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Effect of C igarette Paper on Ammon ia Content in Ma instream Smoke

BA IXue-ping HUANG Chao-zhang＊ZHANG Jian-ping SU Minng ZHAO Yi-qiang WU Qing-hui
(Technology Center of China Tobacco Fujian Industrial Corporation,Xiam en,Fujian Pro361022)

The effects of the permeability,the basisweight,the proportion of hemp pulp and the types and amount of the burning conditioner of cigarette paper on the ammonia content in cigarette mainstream s moke were explored.The results indicated that:The influence of the permeability,the types and amount of the burning conditioner of cigarette paper on ammonia content in cigarettemainstream s moke is in accordance with linear correlation;The ammonia content decreases regularly and linearlywith the increase of the amount of burning conditioner of cigarette paper,the permeability and the amountsof the potassium salt;The influence of the basisweight,the proportion of hemp pulp on the ammonia content in cigarette mainstream s moke isn't in accordance with significant linear correlation.

cigarette paper;ammonia;permeability;the proportion of hemp pulp;burning conditioner

TS761.1

A

0254-508X(2010)12-0027-04

白雪平女士,工程师;主要从事烟草学分析研究。

(＊E-mail:huangchaozhang@fjtic.cn)

2010-06-25

(责任编辑:郭彩云)