卷煙煙氣的形成及其理化性質(zhì)

1、第十章 卷煙煙氣的形成及其理化性質(zhì)20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著吸煙與健康問(wèn)題的提出，對(duì)卷煙煙氣的形成機(jī)制和煙氣理化特性的研究，已普遍開(kāi)展。特別是70年代以來(lái)，在煙支燃燒狀態(tài)的測(cè)定和煙氣化學(xué)成分的分離鑒定等方面都取得了顯著的進(jìn)展。新的儀器設(shè)備、先進(jìn)的分離鑒定技術(shù)，為這些研究創(chuàng)造了有利條件。研究煙氣理化特性的目的是顯而易見(jiàn)的，即對(duì)卷煙煙氣進(jìn)行分析研究，以深入了解卷煙燃燒特性和煙氣的化學(xué)組成，為探討人們吸入煙氣后所受到的刺激和影響提供線索。同時(shí)也只有在對(duì)煙氣化學(xué)性質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，才能采取有效的方法，既盡量減少煙氣中的有害成分，又保持充足的香味和適當(dāng)?shù)膭蓬^，研制開(kāi)發(fā)出把對(duì)健康危害降到最低水平而又為消費(fèi)者

2、樂(lè)意接受的卷煙產(chǎn)品。第一節(jié) 煙支的燃燒卷煙煙支主要是由煙草、添加劑、卷煙紙、濾嘴等構(gòu)成的，其中最重要的是煙草。當(dāng)煙支在高溫條件下燃燒（或燃吸）時(shí)，內(nèi)部化學(xué)成分發(fā)生一系復(fù)雜變化，從而形成卷煙煙氣。煙草作為一種天然材料，在燃燒過(guò)程中由于溫度和氧氣供應(yīng)量的不同，其燃燒機(jī)制不同，產(chǎn)生煙氣的化學(xué)成分也不同。煙氣中有數(shù)千種化合物，大約僅有1/3的化合物直接來(lái)自煙草，其余則是燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的化合物，許多成分含量極微。一、主流煙氣和側(cè)流煙氣煙支被點(diǎn)燃后，首端立即生成炭，從而形成了卷煙的燃燒系統(tǒng)。燃燒部分的固體物質(zhì)形成一個(gè)椎體燃燒錐，燃燒錐與未燃燒卷煙之間有一條黑色的炭線。抽吸時(shí)椎體底部外圍的煙草被燃燒掉，炭線

3、后移，椎體變長(zhǎng)。暫停抽吸時(shí)，椎體陰燃而變短，直至與空氣達(dá)到熱平衡為止。于是抽吸卷煙時(shí)有兩種燃燒方式吸燃和陰燃，由此相應(yīng)地產(chǎn)生了主流煙氣（mainstream smoke簡(jiǎn)寫為 MS）和側(cè)流煙氣( sidestream smoke,簡(jiǎn)寫為SS) (見(jiàn)圖10-1)。煙支被抽吸時(shí)，大部分氣流是從燃燒錐底部周圍進(jìn)入，煙支燃燒形成氣溶膠，從煙支尾端冒出的煙氣流，稱為主流煙氣。主流煙氣進(jìn)入吸煙者的口腔，用吸煙機(jī)吸煙時(shí)主流煙氣進(jìn)入吸煙機(jī)。主流煙氣通過(guò)喉部吸入肺部，達(dá)到刺激神經(jīng)、產(chǎn)生生理強(qiáng)度的作用。在進(jìn)行卷煙內(nèi)在質(zhì)量評(píng)吸時(shí)，主要通過(guò)對(duì)主流煙氣的鑒別，判斷其香味、雜氣、刺激性、余味等的優(yōu)劣。兩次抽吸的間隔時(shí)間內(nèi)

4、，空氣自燃燒錐周圍上升，煙支進(jìn)行陰燃，產(chǎn)生的煙氣稱為側(cè)流煙氣（也稱支流煙氣）。側(cè)流煙氣不進(jìn)入吸煙者的口腔或吸煙機(jī)。動(dòng)態(tài)抽吸時(shí)形成的主流煙氣與靜態(tài)燃燒產(chǎn)生的側(cè)流煙氣在化學(xué)成分及含量上有差異。在點(diǎn)燃卷煙的過(guò)程中，當(dāng)溫度上升到300°C時(shí)，煙草中的揮發(fā)性物質(zhì)開(kāi)始揮發(fā)而進(jìn)入煙氣；到450°C時(shí)，煙草發(fā)生焦化；溫度上升到600°C時(shí)，煙草就被點(diǎn)燃而開(kāi)始燃燒。抽吸時(shí)最高溫度可達(dá)到900°C，從點(diǎn)燃到最高燃燒溫度只是一個(gè)瞬間的過(guò)程。正在抽吸時(shí)，發(fā)生在燃燒錐底部周圍的燃燒溫度是最高的，大部分氣流從這里通過(guò)，稱為旁通區(qū)；而燃燒錐的中部卻形成一個(gè)致密的不透氣的炭化體，氣流不

5、易從這里通過(guò)，稱為堵塞效應(yīng)。因此，正在抽吸時(shí)，燃燒主要發(fā)生在旁通區(qū)，將進(jìn)入的氣流中的氧幾乎耗盡。由于發(fā)生了有限度的燃燒，就導(dǎo)致了吸煙過(guò)程中形成大量的新生化合物?？梢?jiàn)，煙支在抽吸時(shí)氧化過(guò)程并不起主要作用，二氧化碳和水也不是唯一的產(chǎn)物。在兩次抽吸的間隔時(shí)間內(nèi)，煙支內(nèi)氣流速度大大降低，燃燒主要發(fā)生在燃燒錐的周圍，而且是在富氧的條件下燃燒，氧化反應(yīng)才是主要的。圖10-1 燃燒煙支的模型A：燃燒區(qū)；B：熱解區(qū)和蒸餾區(qū)二、煙支燃燒時(shí)的溫度分布 煙支的燃燒溫度對(duì)煙氣的化學(xué)組成有很大影響。正在抽吸時(shí)和兩次抽吸的間隔時(shí)間內(nèi)的溫度已由許多煙草科研工作者采取多種方法測(cè)量過(guò)，其溫度的高低不同，形成沿?zé)熤Эv軸方向而升降

6、的溫度梯度，最陡時(shí)可達(dá)到600°C/cm。在不同溫度下煙支的燃燒狀態(tài)也不相同。英美煙草公司的里查德·R·貝克（Baker）博士在這方面做了大量的實(shí)驗(yàn)研究。1溫度分布讓我們觀察一下貝克所測(cè)定的燃燒煙支的溫度分布圖。抽吸時(shí)靠近炭線前面的燃燒錐底部周圍固相最高溫度可達(dá)900°C以上，據(jù)推測(cè)，進(jìn)入卷煙的氣流速度在此處最大。燃燒錐中心的固相溫度約825°C，炭線附近溫度為600°C。炭線后部2mm處，溫度為400°C左右（圖10-2a）。氣相的最高溫度可達(dá)850°C以上，處于燃燒錐內(nèi)部，大致等于或略高于該處的固相溫度。燃燒錐

7、底部的氣相溫度則較低，在抽吸過(guò)程中處于600700°C之間，低于該處的固相溫度。炭線附近氣相溫度為400500°C。炭線后部2mm處，氣相溫度已下降到200°C左右（圖102a）。炭線后氣相溫度急劇下降，溫度梯度很陡，炭線后1cm處煙氣溫度下降到100°C以下，進(jìn)入口腔的煙氣溫度只有3050°C。停止抽吸時(shí)，燃燒錐的固相溫度和氣相溫度逐漸趨于一致，達(dá)到熱平衡狀態(tài)（圖102b）。（二）O2、CO、CO2濃度變化貝克（1981年）研究了吸煙周期引起的燃燒錐周圍溫度的周期變化以及燃燒錐內(nèi)某些氣體濃度的實(shí)際變化。該研究使我們對(duì)抽吸期間溫度的變化和氣體濃

8、度的變化有了深入的理解。圖103為該研究在開(kāi)始抽吸后的第一秒時(shí)溫度和氧、一氧化碳、二氧化碳的分布模型，由此揭示出煙支抽吸時(shí)所涉及的各種反應(yīng)的復(fù)雜性。在整個(gè)吸煙周期內(nèi)，燃燒錐內(nèi)部實(shí)際上無(wú)氧區(qū)。煙草燃燒速度只受氧能達(dá)到煙草表面的速度控制，而氧的消耗實(shí)際上在整個(gè)燃燒區(qū)都是很快的。在抽吸期間，燃燒錐內(nèi)二氧化碳濃度在降低，而一氧化碳濃度則升高，這反映圖10-2a煙支燃燒部分的溫度分布圖上圖為抽吸1.5s時(shí)燃炭的溫度分布，稱固相溫度；下圖為氣相溫度；圖中箭頭表示氣流方向（Baker, R. R., 1974.本圖選自第36屆國(guó)際煙草化學(xué)家研究討論會(huì)論文選）圖10-2b 抽吸以后4s的溫度分布上圖為固相溫度

9、；下圖為氣相溫度；箭頭表示氣流方向 （Baker, R. R., 1974.本圖選自第36屆國(guó)際煙草化學(xué)家研究討論會(huì)論文選）了氧明顯缺少。在抽吸之后，由于抽吸中斷，燃燒氣體濃度得到短暫補(bǔ)充，再經(jīng)過(guò)10-15s之后，重新建立起陰燃期間的穩(wěn)定狀態(tài)。Lanzillotti和Wayte（1975）用沿著卷煙的縱軸取樣的方法研究了煙氣通過(guò)煙柱時(shí)母體物和物化條件對(duì)碳的氧化物的綜合影響。圖114代表形成的一氧化碳含量曲線。在燃燒區(qū)內(nèi)的放熱氧化作用使一氧化碳急劇增多，形成第一個(gè)高峰；在炭線以前突然下降是因?yàn)橐谎趸紡奶炕瘏^(qū)逸失；第二個(gè)高峰似乎能代表在反應(yīng)區(qū)內(nèi)二氧化碳還原為一氧化碳；而第三個(gè)產(chǎn)生一氧化碳的高峰在

10、熱解區(qū)。由于一氧化碳擴(kuò)散到大氣環(huán)境中去，還因?yàn)橥高^(guò)卷煙紙的空氣稀釋了煙氣，隨后一氧化碳的含量持續(xù)下降。三、煙支燃燒特性根據(jù)卷煙抽吸時(shí)的溫度分布以及不同溫度區(qū)域內(nèi)所發(fā)生的反應(yīng)，一般把一支燃燒著的卷煙分為3個(gè)主要的反應(yīng)區(qū)（圖105）：在900°C600°C的高溫燃燒區(qū)，有機(jī)物質(zhì)的燃燒形成缺氧氣流，它是一氧化碳、二氧化碳、氫和揮發(fā)性碳?xì)浠衔锏闹饕纬蓞^(qū)；中溫?zé)峤庹麴s區(qū)的溫度范圍為600100°C，該區(qū)域內(nèi)所進(jìn)行的主要是吸熱反應(yīng)，它的能量來(lái)自高溫區(qū)，大分子物質(zhì)熱解為小分子物質(zhì)，低沸點(diǎn)的物質(zhì)蒸發(fā)進(jìn)入煙氣流中；低溫冷凝過(guò)濾區(qū)的溫度在100°C以下，煙氣中的物質(zhì)冷凝

11、，較輕的氣體透過(guò)卷煙紙擴(kuò)散到大氣中，空氣透過(guò)卷煙紙稀釋煙氣是此區(qū)域的特征。（一）高溫區(qū)高溫區(qū)有一個(gè)炭的氧化放熱過(guò)程，熱被傳遞給氣流，該氣流在熱解蒸餾區(qū)又作為導(dǎo)致煙草分解的一種能源。高溫區(qū)生成的產(chǎn)物主要是氣相物質(zhì)如二氧化碳、一氧化碳、水、氫、甲烷，一些自由基以及少量的有機(jī)化合物。其中一部分產(chǎn)物穿過(guò)熾熱的炭擴(kuò)散到側(cè)流煙氣之中，剩下的留在熱氣流中。上述現(xiàn)象由Jahnson及其同事在他們的實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。他們做了系列實(shí)驗(yàn)，方法是在含有18O的環(huán)境中抽吸卷煙，然后測(cè)定各種煙氣成分中結(jié)合的18O。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燃燒產(chǎn)物諸如碳的氧化物能從大氣中得到50%以上的氧，而且發(fā)現(xiàn)一氧化碳和二氧化碳無(wú)論是在主流煙氣還是在

12、側(cè)流煙氣中，都具有對(duì)氧的相似的結(jié)合力，這一點(diǎn)表現(xiàn)在側(cè)流煙氣和主流煙氣中18O之比接近于1。相反，那些主要從熱解過(guò)程中產(chǎn)生的其他化合物，如丙酮和乙醛，對(duì)大氣中氧的結(jié)合量則大大降低；同時(shí)，這些化合物在側(cè)流煙氣中比在主流煙氣中結(jié)合大氣中的氧高得多。（二）熱解蒸餾區(qū)來(lái)自高溫區(qū)的貧氧熱氣流提供了能源，從而導(dǎo)致各種各樣的復(fù)雜反應(yīng)。很少發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，主要是熱解、聚合、縮合等反應(yīng)。煙絲分解出揮發(fā)性氣體和液體，以及焦油的成分。未參加反應(yīng)而通過(guò)干餾或蒸餾直接進(jìn)入煙氣的物質(zhì)如煙堿等，約占煙氣組分的1/3。許多復(fù)雜的煙氣成分都在此生成。所形成的煙氣流是一種氣、液、固三相并存的氣溶膠，其中的液相和固相是高沸點(diǎn)化合

13、物遇溫度急劇下降而凝聚形成的。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程是吸熱反應(yīng)，因此，熱氣流冷卻得非常迅速。所有反應(yīng)都取決于溫度和滯留時(shí)間，因此，熱解和蒸餾反應(yīng)因不同煙支參數(shù)如透氣度和抽吸條件而變化。在熱解蒸餾區(qū)各種復(fù)雜的反應(yīng)中也確實(shí)存在一個(gè)重要的氧化過(guò)程，那就是燃燒錐底部的貧氧區(qū)生成穩(wěn)定而易揮發(fā)的熱解產(chǎn)物，于臨近燃燒錐周邊沿徑向逸出時(shí)發(fā)生氧化?？梢约俣ǎ@個(gè)部位的空氣流速、氧的濃度及溫度足以使這種氧化過(guò)程發(fā)生。（三）低溫區(qū)在這個(gè)區(qū)域所進(jìn)行的變化過(guò)程，其特點(diǎn)是粒相物和可凝聚蒸氣的冷凝和過(guò)濾，較輕的氣體向煙支外擴(kuò)散而空氣則向煙支內(nèi)滲入。因此，這個(gè)區(qū)域主要表現(xiàn)為隨著抽吸口數(shù)的增加和煙支長(zhǎng)度的減短煙氣組分的釋出量增加。當(dāng)抽吸

14、使煙支縮短時(shí)，凝聚、過(guò)濾、擴(kuò)散和稀釋都將降低。圖10-3 炭化區(qū)內(nèi)氣體溫度，氧、一氧化碳、二氧化碳體積分?jǐn)?shù)的分布（每口2s,開(kāi)始抽吸后的第一秒）（Baker, R. R., 1981.本圖選自第36屆國(guó)際煙草化學(xué)家研究討論會(huì)論文選)圖10-4 經(jīng)過(guò)休整的一氧化碳含量曲線（Lanzillotti，H. V., and Wayte, A. R., 1975）(本圖選自第36屆國(guó)際煙草化學(xué)家研究討論會(huì)論文選)圖10-5 燃著煙支的長(zhǎng)向剖面實(shí)線表示靜燃，虛線表示抽吸一口時(shí)引自金聞博等. 煙草化學(xué). 清華大學(xué)出版社，1994.四、主要化學(xué)反應(yīng)卷煙燃吸時(shí)，當(dāng)煙絲受熱達(dá)100°C左右（在蒸餾區(qū)）時(shí)

15、，就有吸附氣體（如N2、CO、CH4）等放出，自由水也揮發(fā)成氣體放出，吸附水在150°C時(shí)放出。當(dāng)溫度達(dá)到200°C時(shí)，一些有機(jī)物質(zhì)熱分解生成CO、CO2、H2O和 CH4等。溫度再高，有機(jī)物質(zhì)分解加劇，生成焦油和其他復(fù)雜物質(zhì)。當(dāng)溫度更高、達(dá)600°C以上時(shí)，主要生成氣態(tài)物質(zhì)（如CO、CO2、CH4、 NH3、 N2、 H2等）。燃燒區(qū)的溫度最高，約在850°C以上，主要發(fā)生氧化反應(yīng)，如：C6H12O6+ 6O2 6CO2 + 6 H2O又發(fā)生還原反應(yīng)，如：C6H12O6+ 2O26CO+2H2+ 4 H2O熱解區(qū)當(dāng)溫度在400600范圍內(nèi)，氧氣供應(yīng)不足

16、時(shí)，發(fā)生裂解反應(yīng)，產(chǎn)生許多復(fù)雜物質(zhì)。碳?xì)浠衔镖呄蛴谛纬上N、芳烴、稠環(huán)芳烴，如：C6H12O6 6C + 6H2OC33H66烯烴、芳烴、稠環(huán)芳烴在蒸餾區(qū)內(nèi)，揮發(fā)性強(qiáng)的物質(zhì)在較低溫度下就隨煙氣流揮發(fā)；揮發(fā)性中等的物質(zhì)在溫度較高時(shí)才隨煙氣流揮發(fā)，它們隨著煙氣流溫度的下降也可能被冷卻而凝聚在后面的煙絲上，在以后的一次次抽吸時(shí)，它們又有可能被蒸發(fā)；一些不揮發(fā)的物質(zhì)經(jīng)高溫分解生成新的物質(zhì)，分解產(chǎn)物又可能與其他物質(zhì)結(jié)合轉(zhuǎn)變成另一個(gè)物質(zhì)。有機(jī)物質(zhì)熱分解時(shí)，由于分子中碳和雜原子如O、N、S等的鍵比CC鍵和CH鍵弱，在碳和雜原子的鍵中，碳和氧的鍵最弱，因而含氧化合物如CO2、CO、H2O等首先在裂解時(shí)揮發(fā)出

17、來(lái)，其次是H2S 和NH3等。失去雜原子后的碳?xì)浠衔锼槠M(jìn)一步受熱則會(huì)發(fā)生聚合和縮合反應(yīng)。芳香族化合物發(fā)生熱分解時(shí)，由于苯環(huán)所組成的芳核對(duì)熱相當(dāng)穩(wěn)定，而其側(cè)鏈或官能團(tuán)比較不穩(wěn)定，首先從苯環(huán)上斷裂下來(lái)，進(jìn)一步分解成氣體或揮發(fā)產(chǎn)物，冷凝后變?yōu)橐簯B(tài)成分。去除側(cè)鏈或官能團(tuán)的芳香環(huán)也能彼此縮合或聚合成稠環(huán)化合物，如：在卷煙燃吸過(guò)程中，還存在著自由基反應(yīng)。有未配對(duì)電子的自由基是活性中間體，它們具有很高的反應(yīng)活性，可以彼此結(jié)合，也可以與其他的原子團(tuán)或氣體分子相結(jié)合。如：自由基反應(yīng)是通過(guò)共價(jià)鍵均裂進(jìn)行的，例如六苯乙烷溶液中存在三苯甲基，許多反應(yīng)均是由三苯甲基引起的：自由基未配對(duì)電子也可以在雜原子上，如： 有

18、些自由基在生成后容易破裂成穩(wěn)定的分子和一個(gè)新的自由基：兩個(gè)自由基相遇，多數(shù)情況下是偶聯(lián)成穩(wěn)定的分子，如： 有時(shí)一個(gè)自由基可以從另一個(gè)自由基的ß碳上奪取一個(gè)質(zhì)子，變成穩(wěn)定化合物，另一個(gè)自由基則變成不飽和化合物，如：此外，自由基還可以發(fā)生氧化還原反應(yīng)、取代反應(yīng)、加成反應(yīng)等，使煙支燃燒過(guò)程中所發(fā)生的反應(yīng)更加復(fù)雜。綜上所述，燃吸卷煙時(shí)，從燃吸端向后不到20mm的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，溫度變化幅度較大，反應(yīng)條件不同，煙絲中原有化學(xué)成分發(fā)生了諸多變化，加上反應(yīng)的初次產(chǎn)物又參加反應(yīng)，使煙支燃燒過(guò)程中所發(fā)生的反應(yīng)極其復(fù)雜，得到各類反應(yīng)產(chǎn)物，從而使煙氣的化學(xué)組成比煙葉的化學(xué)組成更加復(fù)雜。五、煙氣氣溶膠的形成(一

19、)氣溶膠的形成過(guò)程燃燒區(qū)氣體的黏度隨溫度而升高，因此燃燒炭對(duì)氣流的阻力相當(dāng)高。在抽吸時(shí)，空氣趨向于從燃燒錐底部靠近炭線前面進(jìn)入卷煙。由于抽吸時(shí)大量空氣饒過(guò)燃燒炭的中心區(qū)，中心區(qū)的氣相和固相溫度比周邊的旁通區(qū)溫度低些，因此，燃燒錐底部周邊在主流煙氣形成過(guò)程中比中心區(qū)起更大的作用。主流煙氣是在抽吸時(shí)形成的。由于燃燒是在800900°C的高溫下進(jìn)行，一些物質(zhì)以固體顆粒（如炭粒）進(jìn)入煙氣流，熱氣流在高溫區(qū)流速快，滯留時(shí)間短，迅速地在幾百分之一秒的時(shí)間內(nèi)進(jìn)入溫度較低的熱解蒸餾區(qū)，之后進(jìn)入冷凝區(qū)，氣流溫度迅速地下降到100°C以下。溫度的急劇下降，使煙氣中的一些物質(zhì)冷凝，由氣體變?yōu)橐后w

20、、固體微粒。除遇到煙絲和卷煙紙而凝聚于其上外，在抽吸氣流的作用下，懸浮于氣流之中，或者附著于炭粒之上，于是就形成了氣、液、固三相共存的體系。由于該體系的介質(zhì)是氣體，故稱為煙氣氣溶膠。(二)氣溶膠的形成機(jī)制1.主流煙氣氣溶膠微粒的形成機(jī)制 主流煙氣氣溶膠微粒的形成機(jī)制至少有3種，即冷凝作用、晶核作用和聚合作用。冷凝作用：當(dāng)形成的煙氣物質(zhì)在抽吸過(guò)程中流經(jīng)熱解蒸餾區(qū)之后，由于稀釋空氣的冷卻或與較冷的煙絲表面接觸而迅速冷卻，使得那些揮發(fā)性較低的蒸氣組分很快達(dá)到飽和點(diǎn)而冷凝形成氣溶膠微粒。晶核作用：冷凝作用不僅發(fā)生于較冷的煙絲表面，而且由于從燃燒區(qū)產(chǎn)生大量的冷凝核心，所以冷凝也在氣流運(yùn)動(dòng)發(fā)生。這種冷凝核

21、心的形成（也稱晶核過(guò)程）是煙氣氣溶膠形成的另一機(jī)制。冷凝核心包括：熱力作用使細(xì)胞爆噴的高分子量細(xì)屑，如甾醇類、糖類和煙草色素等；金屬化合物；無(wú)機(jī)灰分或簡(jiǎn)單分子的離子。不同的氣體成分會(huì)優(yōu)先在特定的核心上冷凝，形成具有不同成分和增長(zhǎng)速率的氣溶膠微粒。聚合作用：聚合作用也是形成氣溶膠的一種機(jī)制。聚合作用是某個(gè)分子的本身形成一個(gè)更長(zhǎng)的鏈或更大分子量分子的反應(yīng)。未飽和的有機(jī)化合物易發(fā)生聚合作用，如：苯環(huán)能彼此聚合形成更復(fù)雜的分子，即所謂的稠環(huán)芳烴。煙絲中存在的金屬、其他組分以及灰分，對(duì)聚合反應(yīng)可起催化作用。 2.側(cè)流煙氣氣溶膠微粒的形成機(jī)制 對(duì)蒸氣和氣溶膠微粒的擴(kuò)散速率的測(cè)算表明：側(cè)流煙氣微粒物發(fā)源于熱

22、解蒸餾區(qū)中形成的濃聚蒸氣，這種蒸氣通過(guò)局部蝕解的卷煙紙向煙支外擴(kuò)散；蒸氣一旦離開(kāi)燃燒錐便受到驟然降溫和稀釋作用，從而冷凝成為側(cè)流煙氣中的氣溶膠微粒。(三)氣溶膠的組成卷煙煙氣氣溶膠由氣相和粒相兩部分組成。圖106描繪的是主流煙氣的組成圖，所顯示的各種物質(zhì)的百分率是從20世紀(jì)60年代無(wú)濾嘴混合型卷煙22mg主流煙氣中推算出來(lái)的。一支卷煙的主流煙氣總重量為500mg，來(lái)源于大氣的氣體占絕大部分，非大氣來(lái)源的氣相物質(zhì)占13.5%，粒相物質(zhì)占4.5%。氣相物質(zhì)中的水分和二氧化碳約占90%，其余10%（占全部主流煙氣的1.35%）來(lái)源于煙草。粒相物質(zhì)中含有大約16%的水分，去除水分后的粒相物質(zhì)占全部主流

23、煙氣的3.78%（也來(lái)源于煙草）。氣相組分和粒相組分加在一起（除去大氣成分、水分和二氧化碳）只占煙氣組成的5.13%。記住這點(diǎn)是重要的，人們進(jìn)行過(guò)無(wú)數(shù)研究的這部分煙氣只是全部主流煙氣中很少一部分。圖10-6 主流煙氣的組成（%，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）（F. Dabe. and C. R. Green, 1985）第二節(jié) 標(biāo)準(zhǔn)吸煙條件和煙氣的收集一、標(biāo)準(zhǔn)吸煙條件人們的吸煙習(xí)慣是不一樣的，有的人習(xí)慣長(zhǎng)吸和深吸，有的人則習(xí)慣于短吸和輕吸；同樣一個(gè)人也會(huì)因情緒的改變而改變吸煙習(xí)慣。我們研究煙氣的理化特性是為人們更好地利用煙草服務(wù)的，但是人們吸煙習(xí)慣的差異又給煙氣的收集和分析帶來(lái)了困難。吸煙機(jī)是模擬人的吸煙行為而

24、設(shè)計(jì)的一種自動(dòng)化吸煙裝置。它不可能做到對(duì)人的吸煙行為完全“復(fù)制”，只能以人們吸煙行為的統(tǒng)計(jì)平均值作為各種抽吸變量的依據(jù)。吸煙機(jī)的抽吸方式和抽吸條件對(duì)煙氣氣溶膠理化特性產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，各種吸煙參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化可以降低吸煙量和煙氣成分的變異性，增加重現(xiàn)性和可比性。然而吸煙機(jī)的吸煙條件很久沒(méi)有統(tǒng)一地固定下來(lái)，直到1968年國(guó)際煙草科學(xué)研究合作中心（CORESTA）首次發(fā)布了吸煙機(jī)抽吸卷煙的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。從那時(shí)起，已經(jīng)提出了許多儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方法上的改進(jìn)措施。1988年和1989年，由CORESTA煙氣組和工藝組成員組成的工作組對(duì)卷煙總粒相物和干粒相物測(cè)定的重復(fù)性和重現(xiàn)性進(jìn)行了合作研究。在此基礎(chǔ)上，1991年

25、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）第126技術(shù)委員會(huì)（TC126），即煙草及煙草制品技術(shù)委員會(huì)制定了ISO3308：1991國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（常規(guī)分析用吸煙機(jī)定義和標(biāo)準(zhǔn)條件）。該標(biāo)準(zhǔn)代表著本學(xué)科的技術(shù)發(fā)展水平，提供了一套可供參考的常規(guī)分析用吸煙機(jī)定義和標(biāo)準(zhǔn)條件。同時(shí)ISO還制定了ISO3402：1991年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（煙草和煙制品調(diào)節(jié)和測(cè)試的大氣環(huán)境），ISO4387：1991國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（卷煙常規(guī)分析用吸煙機(jī)測(cè)定總粒相物和焦油）。以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的吸煙標(biāo)準(zhǔn)條件如下。(一)對(duì)吸煙機(jī)要求1.吸煙機(jī)壓降 卷煙煙蒂末端與吸力源之間的整個(gè)氣流路徑應(yīng)具有盡可能小的阻力，且不應(yīng)超過(guò)300Pa。2.抽吸持續(xù)時(shí)間 標(biāo)準(zhǔn)的單口抽吸持續(xù)時(shí)間應(yīng)

26、為2.0s，其標(biāo)準(zhǔn)偏差不應(yīng)大于0.05s。3.抽吸容量 配以1kPa的壓降裝置后，測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)容量應(yīng)為35ml，其標(biāo)準(zhǔn)偏差不應(yīng)大于0.15ml。在每口抽吸持續(xù)時(shí)間內(nèi)，從卷煙煙蒂末端捕集的氣體不應(yīng)少于抽吸容量的95%。4.抽吸頻率 標(biāo)準(zhǔn)的抽吸頻率應(yīng)為每60 s抽吸一口，標(biāo)準(zhǔn)偏差不應(yīng)大于0.5 s。5.抽吸流量圖（將直接在煙蒂后面 測(cè)得的氣流量作為時(shí)間的函數(shù)繪制的圖形） 用一支未點(diǎn)燃卷煙測(cè)試，抽吸流量圖應(yīng)為鐘形。最大值應(yīng)在抽吸開(kāi)始后的0.81.2 s之間，流量圖上升與下降部分的拐點(diǎn)均不應(yīng)多于一點(diǎn)，最大氣流量應(yīng)為2530ml/s，所有點(diǎn)上均不應(yīng)有反向氣流。6.限制性抽吸 分析用吸煙機(jī)應(yīng)為限制性抽吸式吸

27、煙機(jī)。7.抽吸口數(shù) 每口抽吸均應(yīng)計(jì)數(shù)和記錄，并以抽吸持續(xù)時(shí)間為基礎(chǔ)，修約至1/10口。8.卷煙夾持器 標(biāo)準(zhǔn)的卷煙夾持器應(yīng)從卷煙煙蒂末端包覆卷煙（9±0.5）mm，并對(duì)煙氣組分和空氣均具有不可滲透性。它應(yīng)確保卷煙與卷煙夾持器之間漏氣量不超過(guò)抽吸容量的0.5%。卷煙夾持器可用真空式卷煙夾持器或迷宮環(huán)卷煙夾持器。建議抽吸無(wú)濾嘴卷煙時(shí)使用真空式卷煙夾持器。(二)大氣環(huán)境要求1.調(diào)節(jié)大氣 溫度（22±1）°C，相對(duì)濕度（60±2）%大氣壓力應(yīng)限制在（96±10）kPa的范圍內(nèi)，應(yīng)測(cè)試大氣壓力，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中進(jìn)行說(shuō)明。上述的具體范圍規(guī)定了試樣周圍的瞬間大氣

28、環(huán)境，因此，試樣周圍的大氣環(huán)境應(yīng)保持在平均溫度22°C和平均相對(duì)濕度60%的范圍內(nèi)。2.測(cè)試大氣 供測(cè)試的大氣環(huán)境必須和調(diào)節(jié)大氣環(huán)境相同，但允許公差略寬。溫度（22±2）°C，相對(duì)濕度（60±5）%。3.調(diào)節(jié)時(shí)間 對(duì)于散裝卷煙并且使用強(qiáng)制氣流進(jìn)行平衡的，48h的調(diào)節(jié)時(shí)間足夠達(dá)到平衡要求。對(duì)于某些試樣（如包裝的卷煙或堆積的卷煙和沒(méi)有使用強(qiáng)制氣流進(jìn)行調(diào)節(jié)的散裝卷煙），這個(gè)時(shí)間是不夠的，因此，必須證實(shí)已獲得平衡（凡符合下列條件之一，認(rèn)為已獲得平衡：試樣質(zhì)量的相對(duì)變化在3h之內(nèi)不大于0.2%；試樣放在與其體積相當(dāng)?shù)拿荛]容器內(nèi)，該容器中的相對(duì)濕度與調(diào)節(jié)的相對(duì)濕度相同）。同時(shí)推薦使用標(biāo)準(zhǔn)濕度表對(duì)試樣附近大氣的相對(duì)濕度進(jìn)行證實(shí)。(三)抽吸卷煙的制備1.卷煙水分調(diào)節(jié) 同上述大氣環(huán)境和卷煙調(diào)節(jié)要求。2.重量挑選 將調(diào)節(jié)好水分的試樣取100支稱重，求出煙支平均重量。用重量分選儀選取平均重量±0.02g范圍內(nèi)的煙支為重量合格煙支。3.吸阻挑選 測(cè)定重量合格的煙支的吸阻，取100支卷煙的吸阻進(jìn)行平均，求出平均吸阻。選取平均吸阻±49Pa范圍內(nèi)的煙支為吸阻合格煙支，總數(shù)不得少于100支。4.夾持長(zhǎng)度和煙蒂長(zhǎng)度 將重量和吸阻均合格的煙支距卷煙嘴端9mm處畫第一條線，準(zhǔn)確至0.5mm，作為插入卷煙夾持器中的長(zhǎng)度；距卷煙嘴端標(biāo)準(zhǔn)煙蒂長(zhǎng)度處畫