专利名称：一种热分析产物收集装置的制作方法
技术领域：
一种热分析产物收集装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种烟草化学成分的收集装置，更具体地说是一种用于热分析 过程中烟草燃烧和热解产物的收集装置。
背景技术：
[0002]在卷烟的燃烧过程中，烟草处于温度和氧气浓度不断变化的环境条件下经过蒸 馏、转移、热解和燃烧等复杂的物理和化学途径会形成几千种产物。热分析技术是指在 程序温度控制下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术，常用的热分析技术方法主 要包括热重分析法(TG)，差热分析法(DTA)和差示扫描热量分析法(DSC)。热分析仪 与GC/MS等产物分析仪器的联用技术是模拟卷烟的燃烧条件，研究烟草燃烧过程和产物 形成机理的重要工具。[0003]目前，在烟草行业中广泛使用的热分析联用技术，一般是将热分析仪与GC/MS 等产物分析仪器直接联用，即采用在线的产物分析模式，虽然使用这种在线的产物分析 方法具有检测灵敏度高和快速、方便的特点，但是由于不能采用内标法或外标法进行准 确的定量，其产物的分析结果往往是定性或半定量的，而且其主要适合于对单一温度段 内的产物进行分析；另外，由于受热分析进样量的限制，在线分析方法也难以较为全面 地获得产物，尤其是一些微量产物的研究信息。已有采用离线的方法对热分析产物进行 分析的研究。例如，王洪波等人实用新型的20091017M81.3中国专利，公开了一种先用 捕集吸附管捕集热重分析产物，然后采用热脱附和GC/MS技术离线分析的方法，该方 法虽然可以实现在不同温度段内对烟草中挥发性和半挥发性化合物以及高温裂解产物的 分析，但是该方法不能实现对不同温度段内的产物进行不间断的连续收集，而且由于受 捕集吸附管捕集效率的影响，该方法还难以实现对同一温度段内的产物进行多次有效收 集，同时也无法采用内、外标方法对产物进行准确定量分析，因此，其具体应用也受到 很大的限制。发明内容[0004]为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、操作方 便、重复性好，能够对烟草燃烧和热解过程中不同温度段内的挥发性和焦油态产物进行 不间断的连续收集以及同一温度段内的相应产物进行多次有效收集，而且能够实现对产 物进行准确定性、定量的热分析产物收集装置，从而为烟草科技人员使用热分析仪模拟 卷烟燃烧条件，研究烟草燃烧过程以及香味成分和有害成分的形成机理，提供一种好的 技术手段。[0005]本实用新型解决技术问题采用如下技术方案[0006]一种热分析产物收集装置，设置多端口多角螺帽，其中一个端口为气体流入端 口，沿所述多端口多角螺帽的周向分布有多个气体流出端口；所述多端口多角螺帽的气 体流入端口与热分析仪的热解炉的气体出口端连通，所述多端口多角螺帽的各气体流出端口依次连接有二通阀和剑桥滤片收集器；所述剑桥滤片收集器的气体流入端与二通阀 相连，剑桥滤片收集器的另一出口端与在线分析质谱、集气袋或溶液捕集器相连。[0007]本实用新型的结构特点也在于[0008]所述多端口多角螺帽的气体流入端口与内部是一个空腔二通管的倒“T”形螺母 通过螺纹相连接，且倒“T”形螺母螺纹基部的“O”形弹性密封圈在倒“T”形螺母 与多端口多角螺帽之间形成密封；所述倒“T”形螺母与热分析仪的热解炉的气体出口 端通过倒“T”形螺母底部的法兰相连接。[0009]与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在[0010]本实用新型结构简单、操作方便、重现性好，在使用热分析仪模拟卷烟燃烧条 件下，能够对烟草燃烧和热解过程中不同温度段内的产物进行不间断的连续收集以及同 一温度段内的相应产物进行多次有效收集；采用剑桥滤片收集器、集气袋或溶液捕集器 等多种收集方式相结合，既可以对热分析过程中气态产物进行分析，也可以同时对焦油 态产物进行研究，这种产物的收集方法能够在化学分析前对产物进行预处理，从而能够 实现对热分析产物进行准确的定性和定量分析；另外，还能够利用在线分析质谱对气相 产物进行在线分析。因此，本实用新型有效地克服了已有技术存在的不足，能够为烟草 科技人员究烟草燃烧和热解过程以及香味成分和有害成分的形成机理，从而指导卷烟的 配方设计和减害降焦，提供了一种良好的技术手段。本实用新型也可应用于其它有机物 热分析产物的收集与研究。
[0011]图1为本实用新型与热分析仪相连接的结构示意图；[0012]图2为本实用新型多端口多角螺帽剖面结构示意图；[0013]图3为本实用新型倒“T”形螺母主视结构示意图。[0014]图4为实施例1中剑桥滤片收集产物的GC/MS分析总离子流图。[0015]图5为实施例2中热分析TG/DTG(热重/微分热重)曲线。[0016]图6为实施例2中样品在5个热失重阶段5种羰基化合物的HPLC分析结果。[0017]图7为实施例2中样品在第I个温度段剑桥滤片收集产物的GC/MS分析总离子 流图。[0018]图8为实施例2中样品在第II个温度段剑桥滤片收集产物的GC/MS分析总离子 流图。[0019]图9为实施例2中样品在第III个温度段剑桥滤片收集产物的GC/MS分析总离 子流图。[0020]图10为实施例2中样品在第IV个温度段剑桥滤片收集产物的GC/MS分析总离 子流图。[0021]图11为实施例2中样品在第V个温度段剑桥滤片收集产物的GC/MS分析总离 子流图。[0022]图中标号1多端口多角螺帽，Ia气体流入端口，Ib气体流出端口，2倒“T” 形螺母，& “O”形弹性密封圈，沈法兰，3 二通阀，4剑桥滤片收集器，5在线分析质 谱，6集气袋，7溶液捕集器，8热分析仪的热解炉。4[0023]以下通过具体实施方式
，并结合附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
[0024]实施例图1、图2所示，多端口多角螺帽1的一个端口为气体流入端口 la，沿 多端口多角螺帽1的周向分布有多个气体流出端口 Ib ；多端口多角螺帽1的气体流入端 口 Ia与热分析仪的热解炉8的气体出口端连通，所述多端口多角螺帽1的各气体流出端 口 Ib依次连接有二通阀3和剑桥滤片收集器4 ；所述剑桥滤片收集器4的气体流入端与 二通阀3相连，剑桥滤片收集器4的另一出口端与在线分析质谱5、集气袋6或溶液捕集 器7相连。[0025]图1、图3所示，具体设置中，多端口多角螺帽1的气体流入端口 Ia与内部是 一个空腔二通管的倒“T”形螺母2通过螺纹相连接，且倒“T”形螺母2螺纹基部的“O”形弹性密封圈&在倒“T”形螺母2与多端口多角螺帽1之间形成密封，从而保 证了此处连接不会露气；倒“T”形螺母2与热分析仪的热解炉8的气体出口端通过倒 “T”形螺母2底部的法兰2b相连接，并在法兰2b的连接面设置有弹性密封片，从而保 证了该连接处亦不会漏气。[0026]本实用新型所使用的热分析仪为耐驰STA449C同步热分析仪，其热解炉8的气 体出口也可以以不漏气的任何方式与多端口多角螺帽的气体流入端口 Ia连通。[0027]本实用新型所使用的热分析仪带有两个样品支架，可以同时测定TG和DSC曲 线，也可以单独测定TG曲线。当需要同时获得热分析TG和DSC曲线时，选择TG/DSC 样品支架和最大烟草样品量约为30mg的小样品坩埚；当只需要获得热分析TG曲线时， 选择TG样品支架和最大烟草样品量约为140mg的大样品坩埚。[0028]实验时，先按图1组装、连接仪器，然后准确称取适量的烟末样品置于热分析 仪的坩埚中，设置热分析的起始温度、升温速率，以及氮/氧载气的混合比例和流量， 开始实验。当需要收集整个实验起始温度范围内的产物时，打开一个二通阀3，关闭其余 的二通阀3，此时烟草样品燃烧、热解产生的焦油态产物和气相产物分别通过与该打开的 二通阀3相连的剑桥滤片收集器4和集气袋6或溶液捕集器7进行收集；当需要连续收集 不同温度段内的产物时，首先打开一个二通阀3，关闭其余的二通阀3，待热解炉8的温 度到达下一个产物收集温度段的起始温度时，关闭前一个已经打开的二通阀3，同时打开 下一个二通阀3，这样不同温度段内的产物可以通过与相应打开的二通阀3相连接的剑桥 滤片收集器4和集气袋6或溶液捕集器7进行收集。在上述实验中，气相产物也可以直 接用在线分析质谱5进行分析。另外，实验还可以在不取走剑桥滤片收集器4、集气袋 6或溶液捕集器7的条件下进行多次重复操作；也可以置换新的剑桥滤片，并将多次重复 操作条件下的不同剑桥滤片放入相应温度段的同一个萃取瓶中。这样可以更多地收集产 物，从而更加全面地获得产物、尤其是一些微量产物的研究信息。[0029]热分析实验结束后，剑桥滤片收集器4收集到的焦油态产物经萃取、加入内标 和浓缩后，用GC/MS或其它分析仪器检测；集气袋6收集到的产物可用质谱、气相色 谱、傅立叶变换红外光谱等仪器检测；溶液捕集器7收集到的产物可用色谱等仪器分 析。[0030]实施例1 [0031]打开一个二通阀，关闭其余的二通阀，热分析产物采单通道收集。选择TG样 品支架，称取IOOmg烟叶粉末样品置于热分析仪的坩埚中。热分析升温速率设置为 20°C/min；温度范围设置为室温 1000°C;载气流量设置为总流量为lOOmL/η ι， 氮气/氧气为9/1。开始升温进行实验，热分析过程中焦油态产物用剑桥滤片收集，气 相产物直接排空。热分析结束后，取下剑桥滤片，将其放置于一个IOOmL的三角烧瓶 中。接着，在剑桥滤片收集器中装入新的滤片，重复上述实验两次，将后两个剑桥滤片 放入装有前一个剑桥滤片的三角烧瓶中，在三角烧瓶中加入50mL 二氯甲烷，振荡30min 后，移取40mL萃取液置于浓缩瓶中，并加入0.5mL浓度为l.lmg/mL的Y-葵内酯作为 内标，然后将萃取液浓缩至ImL进行GC/MS分析。[0032]GC/MS (Agilent 6890GC/5973MSD)分析条件为色谱柱为 DB_:35MS 毛细管 色谱柱(30mX0.25mmX0.25 μ m)；进样口温度250°C，MSD传输线温度^(TC ；氦气 作为载气，流量为l.OmL/η ι ；不分流进样，进样量2.0yL;采用程序升温，初始温度 40°C,保持2min，然后以4°C /min的速率升至250°C，再保持5min ；离子源(EI)温度 2300C ；四极杆温度150°C ；电子倍增器电压70eV ；扫描范围为；35 500m/z。[0033]产物分析结果参见图4。[0034]实施例2[0035]在进行产物收集实验前，先单独对烟草样品进行热分析，选择TG样品支架，称 取120mg烟叶粉末样品置于热分析仪的坩埚中，热分析实验条件同实施例1，热分析TG/ DTG(热重/微分热重)曲线参见图5。从图5中的DTG(微分热重)曲线可以清楚地看 出，该烟草样品在燃烧过程中主要经历了5个明显的热失重阶段，第I个阶段的温度范围 为室温 140°C;第II个阶段的温度范围为140°C 240°C;第III个阶段的温度范围 为240°C 370°C ；第IV个阶段的温度范围为370°C 730°C ；第V个阶段的温度范 围为730°C 1000°C。[0036]然后，进行产物的收集实验，热分析条件与单独对烟草样品进行热分析的实验 条件相同，采用5通道方式对烟草样品燃烧过程中5个热失重阶段，即上述5个温度段 内的产物进行连续收集。除了收集焦油态产物外，气相产物中的甲醛、乙醛、丙酮、丙 烯醛和丙醛等5种挥发性羰基化合物采用20mL 2，4- 二硝基苯胼的高氯酸/乙腈溶液 (3.396g2，4-二硝基苯胼+IL乙腈+1.85mL高氯酸，乙腈定容至2L)收集。第一次热分 析实验结束后，取下溶液捕集器，并用高效液相色谱(HPLC)分析；分析前先配制一系 列不同浓度的上述5种羰基化合物的混标溶液，测定标准工作曲线，采用外标法定量， 保留时间定性。[0037]HPLC (Agilent 1100)分析条件为色谱柱为 DIONEX Acclaim Explosives E2 柱 (4.6mmX 250mm, 5 μ m)；柱温为30°C，柱流速为1.0mL/min ；流动相A为水，流动相 B为乙腈；梯度洗脱，0 20η ι，A的体积分数为50%，20 25min，A的体积分数 为由50 %到60 %，25 30η ι，A的体积分数为60 %，30 35η ι，A的体积分数为由 60%到80%，35 40η ι，A的体积分数为由80%到90%，40 41η ι，A的体积分数 为由90%到50%，41 45η ι，A的体积分数为50%;进样量为10 μ L ；紫外检测器， 检测波长为325nm。[0038]5个热失重阶段，即5个温度段内羰基化合物的HPLC分析结果参见图6。[0039]与此同时，在不置换新的剑桥滤片的条件下，重复上述实验四次，此时气相产 物直接排空，剑桥滤片收集到的焦油态产物的前处理方法和分析条件同实施例1，GC/ MS分析结果参见图7、图8、图9、图10和图11。[0040]因此，本实用新型所提供的热分析产物收集装置，可以在使用热分析仪模拟卷 烟燃烧条件下，既能够对烟草燃烧、热解过程中不同温度段内的焦油态产物和气相产物 进行不间断的连续收集，也可以对同一温度段内的相应产物进行多次有效收集，同时还 能够实现对热分析产物的准确定量分析，从而为烟草科技人员研究烟草燃烧过程以及香 味成分和有害成分的形成机理，提供了一种有效的技术方法和手段。
权利要求1.一种热分析产物收集装置，其特征是设置多端口多角螺帽(1)，其中一个端口为气 体流入端口(Ia)，沿所述多端口多角螺帽(1)的周向分布有多个气体流出端口(Ib)；所 述多端口多角螺帽⑴的气体流入端口(Ia)与热分析仪的热解炉⑶的气体出口端连通， 所述多端口多角螺帽(1)的各气体流出端口(Ib)依次连接有二通阀( 和剑桥滤片收集 器；所述剑桥滤片收集器的气体流入端与二通阀( 相连，剑桥滤片收集器(4) 的另一出口端与在线分析质谱(5)、集气袋(6)或溶液捕集器(7)相连。
2.根据权利要求1所述的一种热分析产物收集装置，其特征是所述多端口多角螺帽 (1)的气体流入端口(Ia)与内部是一个空腔二通管的倒“T”形螺母( 通过螺纹相连 接，且倒“T”形螺母( 螺纹基部的“O”形弹性密封圈Oa)在倒“T”形螺母(2) 与多端口多角螺帽(1)之间形成密封；所述倒“T”形螺母O)与热分析仪的热解炉(8) 的气体出口端通过倒“T”形螺母( 底部的法兰Ob)相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种热分析产物收集装置，设置多端口多角螺帽，其中一个端口为气体流入端口，沿多端口多角螺帽的周向分布有多个气体流出端口；所述多端口多角螺帽的气体流入端口与热分析仪的热解炉的气体出口端连通，多端口多角螺帽的各气体流出端口依次连接有二通阀和剑桥滤片收集器；所述剑桥滤片收集器的气体流入端与二通阀相连，剑桥滤片收集器的另一出口端与在线分析质谱、集气袋或溶液捕集器相连。本实用新型在使用热分析仪模拟卷烟燃烧条件下，既能够对烟草燃烧、热解过程中不同温度段内的焦油态产物和气相产物进行不间断的连续收集，也可以对同一温度段内的相应产物进行多次有效收集，同时还能够实现对热分析产物的准确定量分析。
文档编号G01N25/22GK201811930SQ20102052922
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月8日 优先权日2010年9月8日
发明者徐迎波, 王程辉, 田振峰, 胡永华, 黄兰 申请人:安徽中烟工业公司