烟气化学分析实验指导书.doc

烟气化学分析实验指导书编者：殷全玉河南农业大学二八年五月目录实验一、卷烟样品抽样和制备1实验二、主流烟气总凝聚物测定3实验三、主流烟气总粒相物水分测定6实验四、主流烟气总粒相物烟碱测定8实验须知烟气化学分析实验教学的主要目的时训练学生进行烟气化学分析的基本技能，培养学生正确掌握有关烟气化学分析的常规方法及分析解决实验中所遇到问题的能力，同时它也是培养学生理论联系实际的作风、实事求是、严格认真的科学态度与良好工作习惯的一个重要环节。在进行每个实验以前必须认真预习有关实验内容，明确实验目的和要求，了解实验的基本原理、内容和方法，要安排好当天的实验计划。在实验过程中应养成及时记录的良好习惯，凡是观察到的现象和结果，都应该立即如实地写在记录本中。实验完成后按照实验报告格式，写出一份内容完整、层次清楚，纸面整洁的实验报告按时交给老师。实验台面应该经常保持清洁和干燥，不是立即要用的仪器，应保存在实验柜内。需要放在台面上待用的仪器，也应放的整齐有序。使用过的仪器应及时洗净。所有废弃的固体和滤纸应丢入废物缸内，绝不能丢入水槽或下水道，以免堵塞。对产生有害气体的操作必须在通风厨内进行。烟蒂要完全熄灭后才倒入废物娄内。为了保证实验的正常进行和培养良好的试验室作分，学生必须遵守下列试验室规则。1.实验前做好一切准备工作。2.实验室中应保持安静和遵守秩序，实验进行时思想要集中，操作要认真，不得擅自离开，要安排好时间，准时结束。实验结束后，立即进行计算，写出实验报告。3.遵从教师的指导，注意安全，严格按照操作规程和实验步骤进行实验。如发生意外事故应立即报请教师处理。4.保持试验室整洁。实验时做到桌面、地面、水池、仪器四净。实验完毕后应把实验台整理干净。关妥水电。5.爱护公务。公用仪器及药品用后立即归还原处。节约水电及消耗性药品。小心使用仪器，尽量避免破损，若有破损应报请老师处理。6.同学轮流做值日生。值日生职责为整理公用仪器，打扫试验室，倒清废物缸，检查水电，关好门窗。实验一、卷烟样品抽样和制备一、相关术语1、检查批（简称批）：为实施抽样检查汇集起来的单位产品。2、随机抽样：每次抽取时，批中所有单位产品被抽取的可能性都相同的抽样方法。3、样品单位：批中抽取用于检查的单位产品。 4、盒：卷烟的最小包装单位。其中可装入若干支（通常为20支）卷烟，分为软盒、硬盒及其它三种。 5、条：卷烟盒的最小包装单位。其中可装入若干盒（通常为10盒）卷烟，硬包装称为条盒，软包装称为条包。6、箱：卷烟条的最小包装单位。其中可装入若干条（通常为50条）卷烟。7、抽样点：抽取样品单位的地点。8、实验室样品：为送往实验室供检验或试验而制备的样品。 9、试样：由实验室样品制得的样品，并从它取得试料。10、试料：用以进行检验或观测所取的一定量的试样。11、型式检验：是对产品各项指标的全面检验,以评定产品质量是否全部符合标准和达到设计要求。12、出厂检验：对正式生产的产品在出厂时必须进行的最终检验，以评定已通过型式检验的产品在出厂时是否具有型式检验中确认的质量，是否达到良好的质量特性的要求。13、监督检验：依据国家规定的标准，由代表国家的权威机构或其指定的检测机构对产品质量进行测试、检查和评定，以保证最终产品质量符合国家规定的标准和要求。二、抽样规则2.1、以一条（10盒、200支）卷烟为样品单位，当一条卷烟不是10盒（200支）包装时，应调整样品单位以达到抽样要求的卷烟数量。型式检验及监督检验时，实验室样品由五个样品单位组成；出厂检验、单项或部分项目检验时，实验室样品不低于三个样品单位组成。2.2、本标准以在规定时间内生产的同一牌号、同一规格、同一包装、同一价类、同一商品条码的卷烟为检查批。2.3、抽样由检验任务委托单位或指定的检验机构派遣持有抽样通知书的专业人员到指定的地点，在规定的时间内完成。2.4、除非有其它规定，抽样人员在抽样点抽样时，应有该抽样点的代表陪同。2.5、实验室样品只能从检查批中抽取，对每个样品单位均要加贴封条。2.6、封条应记载下列信息：抽样单位；抽样人；抽样时间。2.7、实验室样品应严密包装，防止损坏，并以快捷的方式送至质量检验机构。2.8、抽样人员应携带抽样记录表，该表一式三份。第一份作为抽样人员记录，第二份随样品包装，第三份交抽样点备案。2.9、抽样记录表应记载下列信息：卷烟牌号、规格、包装、价类、商品条码和其他能区别不同批卷烟的特征；抽样基数、抽样数量及生产日期；抽样点；抽样日期；抽样目的；盒标焦油量，盒标烟气烟碱量，盒标烟气一氧化碳量；有关参数的设计值；抽样人。2.10、卷烟规格以长度和圆周即“卷烟长度（滤嘴长+烟支长）mm圆周mm”表示。三、抽样程序3.1、在生产企业抽样时，抽样点应为成品库；在销售点抽样时，抽样点应选在销售点仓库。抽样前应先确定所抽的箱在烟垛上以及所抽条在烟箱中的位置。 3.2、进行型式检验、监督检验时，按2.1和3.1的要求随机抽取五箱，检验箱包装标识及箱装，然后从每箱中抽取一个样品单位，按2.8和2.9的要求填写抽样记录表，并粘贴封条。进行出厂检验、单项或部分项目检验时，应按以上程序从三箱或三箱以上中进行抽样。3.3、若同一批卷烟要进行重复测试时，必须抽取足够的样品单位。四、试样制备4.1型式检验时，采取以下方法制备各项检验用试样。4.1.1实验室样品送达质量检验机构后，先进行条包装标识及条装检验。然后采用随机抽取的方法制备各项检验用试样。4.1.2从实验室样品中随机抽取二条，从每条中随机抽取一盒（20支），共二盒组成卷烟感官检验试样。4.1.3从实验室样品中每条随机抽取三盒，共15盒组成卷烟主流烟气检验试样。4.1.4卷烟盒包装标识和盒装及卷烟卷制检验试样如下制备。4.1.4.1从实验室样品中每条随机抽取二盒，共10盒组成盒包装标识和盒装及外观检验试样，试样同时亦为试料。4.1.4.2从实验室样品中随机抽取二条，每条随机抽取一盒，共二盒组成卷烟含水率检验试样。4.1.4.3使用烟支综合测试台的实验室，从实验室样品中随机抽取13盒卷烟，组成卷烟熄火、长度、圆周、重量、吸阻、硬度、含末率、总通风率和端部落丝量检验试样。不使用烟支综合测试台的实验室，从实验室样品中随机抽取16盒卷烟组成卷烟熄火、长度、圆周、重量、吸阻、硬度、含末率、总通风率和端部落丝量检验试样。4.1.5剩余样品作为备份样品。4.2 监督检验、出厂检验、单项或部分项目检验时，参照4.1.14.1.4进行相关各项的试样制备。剩余样品作为备份样品。实验二、主流烟气总凝聚物测定一、了解几个术语1总粒相物（TPM）：total particulate matter：又叫总凝聚物，总颗粒物。定义为被阻留及沉积于捕集器中玻璃纤维滤膜片内表面的主流烟气组分。主要包括：焦油，生物碱和水分，以mg表示。2干粒相物（DPM）dry particulate matter：除去水分的总粒相物，以mg表示。3 焦油（NFDPM）nicotine-free dry particulate matter：除去烟碱的水分的总颗粒物，以mg表示。二、试验原理抽取卷烟、调节水分。在自动吸烟机上抽吸卷烟，同时用玻璃纤维滤片烟气捕集器收集总粒相物，称取总粒相物的质量。三、试验仪器：常规分析用吸烟机，剑桥滤片，捕集器，手套（棉质或无滑石粉手套），分析天平，长度测量仪（精确至0.5mm），调节箱。四、总粒相物的测定1抽吸卷烟的准备。 随机从实验室样品的每个包装中抽取尽量相等数量的卷烟，剔除有明显缺陷的烟支，抽取卷烟的总数应至少为抽吸烟支数的2.5倍。然后用相同方法再抽取50支卷烟用于物理参数的测试。2调节将所有供试烟支在规定的调节大气中调节（主要是调节水分以达到平衡水分状态），最短48h，最长10天。若吸烟位置与调节箱位置不相邻，或两者所处的大气条件不同，则应将供试烟支放入密闭容器（大小刚好容纳试料）内转移到吸烟位置。2.1调节大气：温度(221),相对湿度（602）%，大气压（9610）kPa.2.2测试大气：供测试大气环境必须和调节大气环境相同，但允许公差略宽。温度(222),相对湿度（605）%注：调节大气是调节烟支时的环境大气；测试大气是吸烟机工作的环境大气。3烟支的挑选根据分析研究的目的要求，若需对烟支进行质量或吸阻（或其它参数）的挑选，则挑选不应作为减少抽吸烟支数的理由。3.1重量挑选：将调节好水分的烟支取100支称重，求出烟支平均重量，用重量分选仪选出平均重量0.02g范围内的烟支为重量合格烟支。3.2吸阻挑选：测定100支重量合格烟支的平均吸阻，选取平均吸阻49Pa范围内的烟支为吸阻合格烟支。4烟蒂长度的标记4.1烟蒂长度标准烟蒂长度应为下列三种长度中的最大者：23mm；滤嘴长+8mm；接装纸长+3mm。4.2滤嘴长度的测量4.1所指滤嘴长度是10支卷烟的平均值，测定精确至0.5mm，平均值修约至0.5mm。注： 有时可能需要测定10支以上卷烟的滤嘴长度，但若滤嘴长度的变异性不大，也可以不必测定10支卷烟的滤嘴长度。4.3接装纸长度的测量4.1所指接装纸长度是10支卷烟的平均值，测定精确至0.5mm，平均值修约至0.5mm。注： 有时可能需要测定10支以上卷烟的滤嘴长度，但若滤嘴长度的变异性不大，也可以不必测定10支卷烟的滤嘴长度。4.4调节前烟蒂长度的标记在卷烟嘴端标准烟蒂长度处，用细软头笔或铅笔划线，精确至0.5mm。划线时要小心以免损伤烟支。划破、刺破及有缺陷的烟支均应弃去，以备用烟支代替。若吸烟机上可以预设烟蒂长度，则可不必标记烟蒂长度。5吸烟和粒相物的收集5.1 抽吸对于常规测定，每个牌号抽吸40支卷烟。5.2烟气捕集器的准备在所有操作中，操作者应配戴手套以免手指污染。将已经在测试大气中调节至少12小时的滤片放入滤片夹持器中，滤片粗糙的一面应面向进入的烟气，合上滤片夹持器，检查确认应装配妥当。称取装配好的烟气捕集器的质量，精确至0.1mg。由于烟气捕集器和溶剂吸收水分，应测定空白样品水分。按照准备捕集烟气用捕集器的方法准备另外的捕集器用于水分空白测定。对于直线型吸烟机，每轮抽吸应有2个水分空白。对于转盘型吸烟机，每个样品均应有2个空白，空白的插入频次应与环境的稳定性相适应。5.3吸烟机的准备5.3.1总则取下吸烟机上的保护滤片。开机，置于自动抽吸状态预热至少20min。预热结束后，检查每通道的抽吸持续时间和抽吸频率应符合标准条件的规定。若抽吸过程中吸烟机温度有大的变化，应检查抽吸容量。5.3.2抽吸持续时间测定应使用晶体管振荡器计时器，测定触发吸烟机开始和终止一口抽吸两个动作之间的时间段的时间。计时器应能检测到1%的抽吸持续时间误差。计时器应直接连接到吸烟机的触发电路上。将抽吸持续时间校正到2秒0.05秒。5.3.3抽吸频率测定测定触发连续两口抽吸动作之间时间段的时间，得出抽吸频率。计时器精度0.1s，最好直接连接到吸烟机的触发电路上。将抽吸频率调整到58秒0.5秒5.3.4吸容量测定利用皂膜流量计皂膜的位移直接测定抽吸容量，并可检查系统是否漏气。皂膜流量计35mL刻度处的分辨率应为0.1mL，应通过一个1kPa5%的压降装置连接到抽吸通道上。抽吸容量测定之前，应先用皂液润湿皂膜流量计内壁两次，然后等待30s45s，让内壁所挂皂液流下。皂膜流量计应使用15%的表面活性剂溶液。Teepol L 1）效果符合要求，购买时应清楚其浓度以便稀释。将烟气捕集器装到吸烟机上。将与卷烟夹持器迷宫环尺寸相当的塑料插件通过压降装置与皂膜流量计连接，用皂液润湿皂膜流量计刻度管内壁至刻度线的顶端。将皂膜流量计与第1孔道连接，测定抽吸容量，必要时予以调整，应为35.0mL0.3mL。重复操作测定剩余孔道。重复测定直至抽吸容量符合要求。如果重复测定超过3次，应继续测定直至符合要求，但在卷烟抽吸前应更换滤片重新称重、检查抽吸容量。测定吸烟机环境的温度和相对湿度，记录大气压力。5.4吸烟步骤将调节好的抽吸卷烟插入卷烟夹持器，使烟蒂末端正好接触捕集器内的有孔垫片。插入时，应避免漏气或使烟支变形。有明显缺陷或插入时损伤的烟支均应弃去，并由调节好的备用烟支替代。确保卷烟位置正确，以使所有卷烟位置与孔道位置相一致。调整卷烟使燃烧锥到达烟蒂标记处时启动抽吸终止装置。如果用烧断纯棉线(48旦4旦）的方法终止抽吸，则棉线应在烟蒂标记处刚好接触到烟支而不改变其位置。将抽吸口数计数器清零，从第一口开始计数，若需重新点燃烟支，则需用一手持电热点火器。当燃至每一烟蒂标记处时，从烟支上取下燃烧锥并记录口数。一次抽吸过程结束后，保持烟蒂在原位置停留至少30s，使烟气捕集器中残留的烟气沉积。避免人为移动烟灰，以免干扰卷烟燃烧，应让烟灰自然落到烟灰盘上。立即插入新的卷烟，重复抽吸过程，直至将预定数量的卷烟抽吸完毕。立即按照6测定总粒相物。6总粒相物的测定从吸烟机上取下烟气捕集器（带手套）。必要时取下卷烟夹持器。将烟气捕集器的前后孔用密封装置（5.8）盖上。取下烟气捕集器时，建议面向卷烟的一面朝下，以免卷烟夹持器上的污染物掉落到滤片上，抽吸无滤嘴卷烟时更应如此。抽吸结束后，应立即称取烟气捕集器的质量，精确至0.1mg。检查每个滤片背后是否有因穿滤或破损造成的黄斑，若有应弃去。直径44mm的玻璃纤维滤片可承载150mg总粒相物，直径92mm的玻璃纤维滤片可承载600mg总粒相物。如果总粒相物质量超过承载量，则应减少抽吸烟支的数量，同时在计算时予以调整。7总粒相物的计算每通道总粒相物的质量mTPM，以每支卷烟的毫克数表示，按下列公式计算：式中：m0 - 抽吸前烟气捕集器的质量，单位毫克（mg）；m1 - 抽吸后烟气捕集器的质量，单位毫克(mg)；q - 吸入每个捕集器的烟支数。实验三、主流烟气总粒相物水分测定第三节 总粒相物中水分的测定方法卷烟主流烟气总粒相物中水分测定方法有两种：气相色谱法和卡尔费修法。注：国标法规定使用气相色谱法，如果没有条件，则可以使用卡尔费休法测定总粒相物中的水分（YC/TXXXX）。卡尔费休法测出的水分结果同样有效，但应在结果中注解说明。气相色谱法测总粒相物中水分含量1. 原理：将主流烟气的总粒相物溶解于含有内标物的萃取剂中，用气相色谱法测定萃取液的水分含量，计算出总粒相物中的水分含量。2. 试剂 使用分析纯级试剂。2.1 载气：氦气（高纯度氮气也行，但最好是氦气）。2.2异丙醇，水分含量不高于1.0mg/mL。2.3 内标物，乙醇或甲醇（最低纯度99%）。2.4 萃取剂，含有合适浓度内标物质（2.3）的异丙醇（2.2），一般为5mL/L（二者体积比为1：200）。若萃取剂储存时温度未经控制，使用前应将其温度平衡至（222）。2.5 标准物质，蒸馏水或去离子水。2.6 标准溶液：加入一定量的水（2.5）于萃取剂（2.4）中，制备至少4个标准溶液，其浓度应覆盖预计在样品溶液中检测到的水分浓度（一般最高浓度为4mg/mL），其中一个标准溶液不加水（溶剂空白）。可以配制浓度梯度为0，1，2，3，4mg/mL水的异丙醇溶液作为标准溶液。 为防止吸水，盛放萃取剂的容器应装有去水装置，所有溶液均应密封，萃取剂在使用之前应持续搅拌以使水分均匀，标准溶液制备所用萃取剂应与萃取总粒相物所用萃取剂为同一批。建议标准溶液至少每周制备一次。3 仪器设备3.1气相色谱仪，配有热导池检测器，记录仪和积分仪或其它合适的数据处理装置。3.2 色谱柱，内径2mm4mm，长度1.5m2m。固定相：150um（100目）190um（80目）的Porapak Q。色谱柱最好使用去活的不锈钢柱，其它材料如玻璃或镍色谱柱也可以使用。也可以使用Porapak QS或Chromosorb 102固定相。3.3 加液器，最好是自动的，可以取需要体积的萃取剂（2.4）。加液器在加液前应至少放出50mL萃取剂冲洗。玻璃器皿和色谱瓶盖应储存于干燥器中直至使用。4操作步骤4.1 制备待测液 将吸烟机抽吸卷烟得到的总粒相物用一定体积的萃取剂（2.4）溶解，44mm玻璃纤维滤片用萃取剂20mL，92mm滤片用萃取剂50mL，应确保萃取剂浸没滤片。只要能够有效萃取总粒相物，也可以调整萃取液的体积以得到适合于标准曲线（请见4.3）的萃取液水分浓度。标准的卷烟抽吸请见YC/T29。4.2 仪器准备 按照制造商说明调整和操作气相色谱仪（3.1），应确保水分峰、内标峰和溶剂峰完全分离，分析时间大约4min，分析之前应注入2L萃取剂调节仪器。 合适的操作条件如下： 柱箱温度：170（等温线） 进样口温度：250 检测器温度：250 载气：氦气，流量大约30mL/min 进样体积：2L 注 若检测器灵敏度足够高，也可以使用氮气。4.3 标准曲线制做 将一定体积（2L）标准溶液（2.6）注入气相色谱仪，记录水分和内标物（2.3）的峰面积（或峰高），此操作至少进行2次。 计算水分与内标物的峰面积比（或峰高比），做出水分浓度与峰面积比的关系曲线或计算出回归方程。 标准曲线应每天制做一次。另外每20个样品测定后应注入一中等浓度的标准溶液，若所得结果与原浓度相差超过5%，则应重新制做标准曲线。注： 由于萃取剂中含有水分，回归曲线不过原点。若萃取剂水分含量超过1.0mg/mL，该批萃取剂不应使用。4.4 空白实验由于烟气捕集器和溶剂吸收水分，必须测定样品空白。用另外的装有滤片的捕集器（每100支卷烟至少2个）按与收集烟气的捕集器相同的方法制备样品空白。吸烟过程中将空白捕集器放在吸烟机旁边，与样品同样萃取、分析。4.5 测定 将样品溶液（4.3）和空白溶液（4.4）注入气相色谱仪，计算峰面积比（或峰高比）。 在同样的条件下重复测定2次，计算平行测定的平均峰面积比（或峰高比）。注：若测定结果是由几个通道的结果平均得到，且采用自动进样器，可不进行平行测定。5 结果的表述 用4.3条制做的标准曲线或回归方程计算样品萃取液和空白萃取液的水分浓度。总粒相物的水分含量mW，以每支卷烟所含的mg数表示，由下式得出：式中 WS 样品溶液的水分浓度，mg/mL； WB 空白溶液的水分浓度，mg/mL； q 吸入每个捕集器的烟支数； VES 萃取剂体积。每通道结果精确至0.01mg，平均值精确至0.1mg。实验四、主流烟气总粒相物烟碱测定一、气相色谱法1原理：将主流烟气的总粒相物溶解于含有内标物的萃取剂中，用气相色谱法测定萃取液的烟碱含量，计算出总粒相物中的烟碱含量。2试剂使用分析纯级试剂2.1载气，高纯氮气或氦气。2.2 辅助气体，空气、高纯氢气。2.3 异丙醇，水分含量不高于1.0mg/mL。 2.4 内标物，正十七碳烷或喹哪啶（最低纯度99%）。 在测定纯度符合要求且不与其它烟气组分同时洗脱的情况下，香芹酮、正十八碳烷或其它物质也可用做内标物。应监控每个样品测定时内标物的峰面积保持不变，如果改变，应使用不加内标物的样品萃取液进行验证，确认样品液组分不在内标物的峰位置处洗脱。2.5 萃取剂：含有适当浓度内标物（2.4）的异丙醇，一般为0.2mg/mL0.5mg/mL。若萃取剂存放时未控制温度，使用之前应平衡至（222）。2.6标准物质：按照YC/T34验证的已知纯度的烟碱，于（04）避光保存。也可以使用按照YC/T34验证的已知纯度的水杨酸烟碱盐。2.7标准溶液：将烟碱（2.6）溶解于萃取剂中制备至少4个标准溶液，其浓度范围应覆盖预计在样品中检到的浓度（一般0.02mg/mL2.0mg/mL）。标准溶液应于（04）避光保存。低温保存的萃取剂和溶液在使用之前应平衡至（222）。3仪器设备3.1 气相色谱仪，配有火焰离子化检测器，记录仪和积分仪或其它合适的数据处理设备。3.2色谱柱，内径2mm4mm，最佳长度1.5m2m。色谱柱最好是玻璃的，其它材料如不锈钢或镍制成的色谱柱也可使用。固定相：150um（100目）190um（80目）酸洗的硅烷化担体上涂渍10%PEG20M+2%氢氧化钾。4操作步骤4.1制备待测液将机器抽吸卷烟得到的烟气冷凝物溶解于一定体积的萃取剂（2.5）中，44mm玻璃纤维滤片用20mL萃取剂，92mm玻璃纤维滤片用萃取剂50mL，应确保萃取剂浸没滤片。只要能保证萃取效率，萃取剂的体积也可调整以给出合适的标准曲线烟碱浓度（请见4.3）。应尽快进行分析，但如果需要存放，应于（04）避光保存。4.2 仪器准备 按照制造商的说明调整和操作气相色谱仪（3.1）。应确保溶剂峰、内标物峰、烟碱峰及其它烟气组分的峰完全分离，尤其是与新植二烯的峰分离完全（它的峰有时会在烟碱峰尾部出现）。 合适的操作条件如下： 柱箱温度，170（等温线）； 进样口温度，250； 检测器温度，250； 载气，氦气或氮气，流量30mL/min； 进样体积，2L。 采用上述条件，分析时间大约6min8min。 4.3 标准曲线制做 将标准溶液（2.7）分别取2L注入气相色谱仪，记录烟碱和内标物（2.4）的峰面积（或峰高），至少进行两次测定。 计算每个标准溶液烟碱与内标物的峰面积比（或峰高比），做出烟碱浓度与峰面积比的关系曲线或计算出回归方程，应为直线关系，且通过坐标原点。用斜率进行计算。 每天进行一次标准曲线制做。另外，每20次样品测定后应注入一个中等浓度的标准溶液，如果测得的值与原值相差超过3%，则应重新进行整个标准曲线制做。4.4 测定 注入一份（2L）待测液（4.1）于气相色谱仪，计算烟碱与内标物的峰面积比（或峰高比）。 同一试样重复测定两次。 计算两次测定的平均比值。如果最终测定结果是取几个通道测定结果的平均值，且采用自动进样器，可不进行平行测定。5 结果的表述用4.3条制做的标准曲线或线性回归方程计算待测液的烟碱浓度，由烟碱浓度计算总粒相物的烟碱含量，除以抽吸的烟支数，结果mN以每支卷烟的mg数表示，每通道精确至0.01mg，平均值精确至0.1mg。注：如果在萃取剂中同时加入测水分和烟碱的内标物（乙醇和正十七碳烷），一份总