一种烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法及其装置与流程

本发明属于卷烟，特别是涉及一种烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法及其装置。

背景技术：

1、卷烟在高温燃烧时，烟丝内的化学成分在蒸馏、裂解、聚合、燃烧等一系列作用下，形成组分十分复杂的烟气，所含化学成分多达数千种。热裂解技术是烟草燃烧后烟气释放的一种较好的研究及表征方法：通过设定升温程序和调节反应气氛可以较好地模拟卷烟燃烧过程；同时具有操作简便、样品用量少、无需前处理、测试周期短等优点，因此在烟草行业中已得到广泛应用。现有的热裂解技术，主要聚焦于烟气挥发半挥发裂解成分，如酮、醛、醇、酸、酯等含氧化合物，吡嗪、吡啶、吡咯、生物碱等含氮化合物，以及烷烃、烯烃、苯系物、多环芳烃等。一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷等强挥发性成分在卷烟烟气气相中占比较大，能反应卷烟燃烧特性，水则是烟草的重要组成之一，但上述成分的裂解相关研究均较少。这是由于其分子量极小、挥发性极强或极性极强，常规gc-ms方法很难分离鉴定，需要使用特殊固定相的色谱柱如plot q色谱柱，而此类色谱柱则难以用于常规挥发半挥发成分的分析。基于上述原因，目前尚未解决强挥发性成分和挥发半挥发裂解成分同时检测的难题。

2、并联双柱系统则是实现一次进样对不同类型成分同时进行分离鉴定的有效手段。该系统主要通过分流器将样品引入两根固定相不同的色谱柱。但现有的并联双柱系统，如cn104198601a公开的一种色谱柱并联分析装置及方法、cn103063771a公开的一次进样双检测器气相色谱及变压器油分析气相色谱流程等，两根并联的色谱柱所进入的成分一般无选择性，均为样品全成分；而烟草裂解产物成分较为复杂，采用常规并联双柱系统，高沸点裂解产物易污染用于分析强挥发性裂解成分的色谱柱，导致其柱分离能力快速下降，严重影响分析结果；而且常规并联双柱系统往往采用双检测器，不仅数据融合度欠佳，而且增加了色谱仪成本。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法及其装置，以克服现有技术中烟草及烟草制品裂解成分中强挥发性成分和挥发半挥发成分同时分析困难以及常规并联双柱系统中分析柱以污染的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种烟草及烟草制品裂解全成分的分析装置，所述装置包括样品裂解器、ptv进样口、预柱、传输线、四通切换阀、第一压力控制器、第一分析柱和第二分析柱；所述ptv进样口内还设置有气相衬管，所述气相衬管中填充有吸附剂；

3、所述ptv进样口适于与样品裂解器连接；

4、强挥发性裂解成分分析状态下，所述ptv进样口、预柱、四通切换阀、第一分析柱适于与质谱仪沿物流方向经管路依次相连形成强挥发性裂解成分分析流路；所述第一压力控制器、传输线、四通切换阀、第一分析柱沿气流方向经管路依次相连形成载气补充流路a1段；所述第一压力控制器、四通切换阀、第二分析柱沿气流方向经管路依次相连形成载气补充流路a2段；

5、挥发半挥发裂解成分分析状态下，所述ptv进样口、预柱、四通切换阀、第二分析柱适于与质谱仪沿物流方向经管路依次相连形成挥发半挥发裂解成分分析流路；所述第一压力控制器、传输线、四通切换阀、第二分析柱沿气流方向经管路依次相连形成载气补充流路b1段；所述第一压力控制器、四通切换阀、第一分析柱沿气流方向经管路依次相连形成载气补充流路b2段；

6、反吹及吸附剂老化状态下，所述第一压力控制器、传输线、预柱与ptv进样口沿气流方向经管路依次相连形成反吹及吸附剂老化流路。

7、本发明还提供一种烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法，采用如上所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析装置进行分析，包括如下步骤：

8、一、样品裂解：将样品置于样品裂解器中，样品裂解后通过分流模式进样至ptv进样口；

9、二、强挥发性裂解成分分析：将预柱通过四通切换阀与第一分析柱连通，保持ptv进样口低温，使挥发半挥发裂解成分被气相衬管吸附，强挥发性裂解成分穿过ptv进样口经预柱进入第一分析柱进行分离，然后通过质谱仪进行质谱分析；所述强挥发性裂解成分进入第一分析柱的过程中采用所述第一压力控制器通过传输线为所述第一分析柱补充载气；

10、三、挥发半挥发裂解成分分析：完成强挥发性裂解成分分析后，切换四通切换阀，将预柱通过四通切换阀与第二分析柱连通；将ptv进样口快速升温，被气相衬管吸附的挥发半挥发裂解成分瞬间释放，经预柱进入第二分析柱进行分离，然后通过质谱仪进行质谱分析；所述挥发半挥发裂解成分进入第二分析柱的过程中采用所述第一压力控制器通过传输线为所述第二分析柱补充载气。

11、如上所述，本发明的烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法及其装置，具有以下有益效果：

12、本发明采用ptv进样口与第一分析柱、第二分析柱并联的方式，使裂解强挥发性成分和挥发半挥发成分各自进入适配的分析柱中，实现了裂解全成分在质谱中有序出峰，首次实现裂解强挥发性成分和挥发半挥发成分的同时分析，且有效避免了高沸点裂解产物对强挥发性成分分析柱的污染，方法灵敏度和准确度高，重复性好。

13、本发明改进了现有裂解分析装置，优化了并联双柱系统，开发了强挥发性成分和挥发半挥发裂解成分同时检测方法，填补了技术空白，为更全面开展烟气成分生成研究提供了有力的技术手段；同时设置的第一压力控制器不仅在强挥发性裂解成分分析状态下为第一分析柱补充载气，通过控制气路流向有效避免了强挥发性裂解成分向第二分析柱扩散而导致损失，而且在挥发半挥发裂解成分分析状态下为第二分析柱补充载气，避免挥发半挥发裂解成分逆转流路进入第一分析柱，污染第一分析柱，进而影响柱效。本发明的装置还进一步设置了第二压力控制器，可以控制四通接口内压力，使始终维持正压，有效避免了空气渗透对质谱检测器的影响。

14、本发明的装置和方法自动化程度高，样品无需前处理，进样后仪器自动在线裂解、分析、反吹、老化，整个过程简单高效，适用于大批量样品分析。

15、本发明的装置和方法不仅适用于裂解全成分检测，还适用于强挥发性成分或挥发半挥发成分的单独检测分析，可根据研究需求灵活选择分析模式。

技术特征：

1.一种烟草及烟草制品裂解全成分的分析装置，其特征在于，所述装置包括ptv进样口(2)、预柱(4)、传输线(5)、四通切换阀(6)、第一压力控制器(7)、第一分析柱(8)和第二分析柱(10)；所述ptv进样口(2)内还设置有气相衬管(3)，所述气相衬管(3)中填充有吸附剂；

2.根据权利要求1所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析装置，其特征在于，所述ptv进样口(2)上还设有分流口(14)，所述反吹及吸附剂老化流路中的气流经过ptv进样口(2)后从分流口(14)排出；

3.根据权利要求1所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析装置，其特征在于，所述装置还包括第二压力控制器(11)和质谱端限流管(13)；

4.根据权利要求3所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析装置，其特征在于，所述装置还包括阻尼柱(9)，所述阻尼柱(9)设于所述第一分析柱(8)与所述质谱端限流管(13)之间的管路上。

5.根据权利要求3所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析装置，其特征在于，所述装置还包括四通接口(12)，所述第一分析柱(8)、第二分析柱(10)以及第二压力控制器(11)分别与所述四通接口(12)连接，所述四通接口(12)还连接质谱端限流管(13)。

6.一种烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法，其特征在于，采用如权利要求1～5任一项所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析装置进行分析，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法，其特征在于，步骤一中所述样品裂解器(1)的初始温度为280～320℃；

8.根据权利要求6所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法，其特征在于，步骤三中所述快速升温的升温速率为300～500℃/min；

9.根据权利要求6所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法，其特征在于，步骤二与步骤三中，所述预柱(4)、传输线(5)、四通切换阀(6)、第一分析柱(8)和第二分析柱(10)集设于柱箱(100)中；步骤三所述挥发半挥发裂解成分分析完成后，还包括反吹和吸附剂老化步骤，具体包括：将ptv进样口(2)再次升温，柱箱(100)保持高温状态，载气经第一压力控制器(7)、传输线(5)对预柱(4)反吹，同时反吹气经过ptv进样口(2)的分流口(14)排出，同时对气相衬管(3)中的吸附剂进行老化。

10.根据权利要求9所述的烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法，其特征在于，步骤二中所述柱箱(100)的升温程序为：逐步升温至90～120℃；或先升温至220～230℃，然后降温至40～50℃；

技术总结
本发明提供一种烟草及烟草制品裂解全成分的分析方法及装置，所述装置包括PTV进样口、预柱、传输线、四通切换阀、第一压力控制器、第一分析柱和第二分析柱，通过形成的强挥发性裂解成分分析流路、载气补充流路A1和A2段，挥发半挥发裂解成分分析流路、载气补充流路B1和B2段以及反吹及吸附剂老化流路，并通过PTV进样口的程序升温实现裂解强挥发性成分和挥发半挥发成分的分步进样，并通过四通切换阀使裂解强挥发性成分和挥发半挥发成分进入各自适配的分析柱中，实现裂解全成分在质谱中有序出峰，首次实现裂解强挥发性成分和挥发半挥发成分的同时分析，且有效避免了高沸点裂解产物对强挥发性成分分析柱的污染，方法重复性好，自动化程度高，适用于大批量样品分析。

技术研发人员：吴秉宇,戚大伟,李俊杰,吴达,费婷,罗辰,周妍
受保护的技术使用者：上海烟草集团有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/20