烟丝热解气体产物中有机物的分析

摘 要 ：应用热解吸与气相色谱一 质谱联用技术，对某品牌卷烟烟丝的热解气体产物进行 了 成分分析 定性分析结果表明，
烟丝在 ２０ ５ ℃热解产 生的气体成分复杂，除了部分形 成烟草香 味的化合物外 ，大多数是有害成分，如糠醛 、糠醇、烟碱 等。
关键词 ：烟草；热解气体；有机成分；气相色谱一 质谱联机
ＬＵＸｕｕ ， Ｈ Ｉ ｉｈ ａ Ｚ ＯＮＧＺ ｉｎ ， ＥＹ ｎ Ｈ ａｂ ， ＡＯ Ｓ ａ ｇｅ ｈ ｉｇ ＸＩ ｕ ， ＥＸｉ ｏ Ｇ ｈｎ ｆｉ ｊ ｏ
（ｎ ｔｕｅｏ ｃｅ ｒ ｈ ｓｃ ｎ ｈ ｍｉｔ ， ｈｎ ａ ｅ ｆ ｎ ｉｅ ｒ ｇＰ ｙｉｓ Ｍｉ ｙ ｇＳｃ ｕ ２１ ０ ， ｉａ Ｉｓ ｔｔ ｆ ｉ Ｎｕ ｌａ ｙ ｉｓａ ｄＣ ｅ ｓｒ Ｃ ｉａＡｃ ｄ ｍｙｏ ｇｎ ｅｉ ｈ ｓｃ ， ａ ａ ｉｈ ａ ６ ９ ０ Ｃｈｎ ） Ｐ ｙ Ｅ ｎ ｎ ｎ ｎ Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｅｈ ｉｕ ｆｐ ｒ ｌｓｓ ａ ｄ ｃ ｒ ｍａｏ ｒｐ ｙ ｍａ ｓ ｓ ｅ ｔ ｍｅｒ （ ／ ）ｗａ ｐ ｌ ｄ ｔ ａｙ ｅ ｔｅ ｏ ｇ ｎｃ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｔｃ ｎｑ ｅ ｏ ｙｏｙ ｉ ｎ ｈ ｏ ｔｇａ ｈ — ｓ ｐ ｃｒ ｔｙ ＧＣ ＭＳ ｏ ｓ ａ ｐｉ ｏ ａ ｌｚ ｈ ｒａ ｉ ｅ ｎ
蜡 味 ，使烟 味变得 甜润舒 适［，但其对 烟草 香气只 ＿
起 间接 影响作 用 。 本 文检测 到的醇有 丙二 醇、糠 醇、３呋 喃 甲醇、 ． ３氧代 ．． 罗兰醇等 ，这些 醇均是 与脂类 代谢相 联 ． ０紫 【 系 的香味 物质 。检测 到 的酯有羟基 乙酸 甲酯 、烟酸
×３个 月 ，发 生粘膜刺 激 、结膜 炎 、流泪 、头痛 。 糠 醇 的蒸气 对眼 有刺激性 ，高浓度 持续 吸入还会 引 起 咳嗽 、 短和 胸部紧束 感 ， 气 极高浓度 可 引起死亡 。
烟碱 是烟 草 中的一种 主要生物 碱 ，对植物 神经和 中
酚 、 肉桂醛 、吲哚等 为形成 香气 的化合物 。其 可能
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中国烟 草 科 学
２ ０ ， ８ ６ ： ３１ ， １ ０ ７ ２ （ ） １—６ ２
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烟丝热解气体产物 中有机物 的分析
刘秀华 ，钟志京，谢 云 ，何 小波，高尚飞
（ 中国工程物理研 究院核物 理与化学研究所，四川 绵阳 ６ １０ ） ２ ９ ０
以后 ，颜 色变 灰黑 ，有 碳化 的倾 向，刺 激性和 香味 均变差 。热解 后产生 多种有机 气体 ， 由图 １和表 １ 可 以看 出 ，气 体产物有有 机酸 、酯类 、醇类 、酚类 等 。在所 检测 到的气体 产物 中，大部分 为呋喃 、吡 咯 、吡 啶和苯 的 甲基 、 乙基 、羟 基 、醛 基 、乙酰基 衍 生物等 。其 中丁二酮 、苯 乙醛 、糠醛 、 甲基麦 芽
Ｋｙ ｅ ｗｏｒ ：ｏ ａ ｃ ； ａ ｅ ｕ ｙｏｙ ｉ； ｒａ ｉ ｏ ｏ ｅ ｔ； ｄｓ ｔｂ ｃ ｏ ｇ ｓ ｏ ｓｐ ｒｌｓｓ ｏ ｇ ｎｃｃ ｍｐ ｎ ｎ ＧＣ／ Ｓ ｓ Ｍ
香 烟 在 不完 全 燃 烧 过 程 中发 生 一 系列 的热 分 解 与热合 成 的化 学反应 ，形成大 量新 的物质 ，其化 学成分很 复杂 ，主要 是刺激 性气 体和致 癌 的焦 油颗
大 部分 的降害技 术仍然 停 留在 实验室 阶段 ，在 实 际
的卷烟 产 品 中的应 用效 果不 明显 。 为有效控 制 吸烟 烟气 的危害 性 ，探 索烟 草成 分
１ 材 料 与方 法
１ １ 试验 仪器 ．
Ｈ ５ ９ 气相色 谱仪 、５ ８ Ａ 质谱 仪 （ 国惠 Ｐ ８０ ９９ 美 普 公 司 ） Ｊ６ ８ 热解 吸 仪 、色谱 柱 ：５ ０３ ；Ｔ ．１ ０ ｍｘ ．２ ｍ ０１ ｍ膜 厚 （ ｍｘ ． 兰州化物 所 ） 。前处 理装置进样 器 的操作 条件 见参考 文献【］ ５。 １ ２ Ｇ 定条件 ． Ｃ测
吸仪与色质 联机联 用建立起 来 的在线热解 方法 ，对
烟 丝在 ２ ０ ５ ℃环 境下挥发 和裂解 产生 的气体 产物 中
的有机 成分进 行 了在 线分析 。称 取 ０１ ． ｇ研碎 的烟 ０
丝 ，装入 Ｔ ．１ Ｊ ８热解 吸仪 配套 的 已清 洁 的玻璃 管 ６ 中，两 端塞上清 洁 的玻 璃棉 ，将 装好 的玻璃管放 入 热解 吸炉 内，密 封 。按照 前处理 装置进样 器 的操 作 条件控 制热解 吸仪 ，将 烟丝快 速升温 至 ２ ０ ℃后 ， ５
１ ４
中 国烟 草 科 学
持８ ｎ ，然后 以 ８ ￣／ ｎ的速率 升到 １０ ℃，再 ｍｉ Ｃｍｉ ５
以 ５ ￣／ ｎ的速 率升到 ２ ０ ℃， Ｃ ｍｉ ５ 在此温 度保 持 ４０ ．０
ｍｉ ｎ。
上 可分 为挥 发性酸 、半挥 发性 酸和 不挥发性 酸 ［。 ６ 】
本 文检测 到 的挥 发性有 机酸有 甲酸和 乙酸 ，甲酸和 乙酸 的挥 发性较 强，刺激性 较大 ，其 中乙酸 的峰较
大 ，说 明热解 气体 中 乙酸 的含量较 高 。检测 到 的半
１３ Ｍ ． Ｓ测 定条件 检测 器 ： Ｄ；电离方式 ： Ｉ 扫 描范 围： ０ ＭＳ Ｅ； ２ ～ ２０ａ ｌ ５ ｍｌ ；四级杆温 度 ：１０ ℃：离子源温 度 ：２ ０ ０ ０ ℃ ；传输 线温度 ：２ ０ ℃ 。 ８
作者简 介 ：刘 秀华 （９ ５） 女，博 士，助 理研 究员 ，从事 环境 保护与 污染控 制研 究 。Ｅｍａ ：ｕｉｈａｕｉ ａｏ ． ｎ． １７ ．， ｉｌｘｕ ｕｊｌ ＠ｙｈ ｏ ｏｉｎ ｌｉ ａ ｔ ｃ
收稿 日期 ：２ ０ ．５ １ ０ ７０ ．３
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ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｉ ａ ｅ ｕ ｙ ｏ ｙ ｉ ｐ ｏ ｕ ｔ ｒ ｍ ｅ ｇ ｖ ｎ ｃ ｔｒ ｇ ． ｅ ｑ ａｉ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｅ ａ ｎ ｔｅ ｃ ｍｐ ｅ ａ ｅ ｕ ｏ ｏ ｅ ｔ ｎ ｇ ｓ ｏ ｓ ｐ ｒ ｌ ｓｓ ｒ ｄ ｃｓ ｆｏ ｔ ｉ ｅ ｕ ａ ｓ Ｔｈ ｕ ｔ ｉ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ｔｉ ｏ ｌ ｘ ｇ ｓ ｏ ｓ ｈ ｌ ａｖ ｓ ｈ ｈ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｆｃｇ ｅｔ ， ｏ ｏ ｏ ｏ ｓｉ ｅ ｔ ｄ ｈ ｒ ｕ ｎ ｒ ｄ ｅ ｔ ｏ ｌ ｅ ｆ ｕ ｄ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｆ ｒｕ ａ ， － ｒ ｎ ａｂ ｎ ｌ ｏ ｏ ｅ ｔ ｏ ｉ ａ ｔ ｂ ｔ ｓ ｍｅ ａ ｍａｃ ｎ ｔ ｕ ｎ ａ ａ ｍｆ ｌｉ ｇ ｅ ｉ ｎ ｓｃ ｕｄ ｂ ｏ ｎ ， ｎ ｌｄ ｎ ｕ ｆ ｒ ２ ｆ ａ ｃ ｒ ｉ ｏ ｓ ｒ ｅ ｈ ｒ ｔ ｓｎ ｌ ｕ ｎ ａ ｄｎ ｃ ｔ ｅ ｉｏ ｎ ． ｉ
重危害 Ｉ。尽管 目前 国 内外 通过研 制卷 烟添 加剂 、 １ 】
分子筛 、纳米 贵金属催 化氧 化等方 法 降低卷烟 烟气 中有 害成 分 ，但大 多 以专利 形式 加 以保 护 。而且 绝
热 裂 解 成 分 的 检测 可 以为 烟 草裂 解 动 力 学 和裂 解 机 理提 供一 定的理 论参考 。
类 是具有洋 酒和果 实味 的香气成 分 ，故该类 酯类有
抑制刺 激 的效果 。 测到 的 内酯类 化合 物有 ５氢 ．． 检 ． ２
呋喃 酮 、５ 甲基 ．． ． ２呋喃 酮 、３ ． 甲基呋 喃 二酮 ， ，二 ４
内酯类 是果 实 、乳制 品等 的主要香 气成 分，对于烟 草 的加 料变 味有一 定效果 ，而且 对烟 梗杂 味和刺激
１４ 试验 方法 ．
挥 发性有机 酸有棕 榈酸 ，在柱温 升到 ２０ 以后 ， ５℃ 延 长在 此温 度 的检测 时 间至 １ ｎ （０Ｃ保 持 ８ ０ ｍｉ ４ ￣
ｍｉ ，然后 以 １ ℃／ ｎ的速 率升 到 ２ ０Ｃ，在此温 ｎ ０ ｍｉ ５ ｏ
度 保 持 １ ｎ ，在棕榈 酸 甲酯 峰 的后 面还检测 到 ０ｍｉ）
与烟气 成分 间的成 因规律 ，烟 草热解 建模 和燃烧 机 理研 究 已成 为重要研 究领 域之一 。由于烟 草燃吸 的 复杂性 ，近年 来 ，国 内外利用 不 同采样方 法 ，如 水
蒸气蒸 馏 、有机 溶剂萃 取 、项 空共 蒸馏 、同时蒸 馏 萃取和 固相微 萃取等 ４ －，与气 相色 谱． 谱（，／ ） Ｊ 质 Ｃ ＭＳ Ｃ
用载 气 将 产 生 的气 体 在 线带 入 气 质 联机 中进 行 分
离检测 。
甲酯 、苯 甲酸苄酯 、棕 榈酸 甲酯等 。高分 子量脂肪
的 甲酯可 增加烟香 气 ，和顺 吸味 ，某些低 分子量酯
２ 结 果
烟丝气 体产物 得到 的总离 子流色谱 图见 图 １ 。 烟气 中挥 发性组分种 类 多，挥 发性成 分 的总离子流
图上有些 谱峰 中有 部分 峰形重 叠 ，因此本 实验根据 匹配度 较 高，峰 形分离较 好 ，含 量较显 著 的原 则 ， 采用 谱库 自动检索和 人 工谱 图解 析 的方 法 ，分别对 图中各 个峰进 行综合 分析 鉴定 ，得到定 性 的分析结
果 （ １。 表 ）
烟 丝 在氮 气 的惰 性氛 围中经过 ２０ ℃ 的加 热 ５
了硬 脂酸 ， 脂 酸是 Ｃｌ酸 ，Ｃｌ酸是烤烟 中含量 最 硬 ８ ８ 多 的非挥发 性高级 脂肪酸 ，Ｃｌ酸 （ 榈酸 ）次 之 。 ６ 棕 由于 高级脂肪 酸及其 脂具有 抑制刺激 的效果 ，所 以 这 类酸 可 以增加 烟气 酸性 ，能使烟 气 醇和 ，且带有
以天 下秀牌 香烟 的烟 丝为例 ， 利用 Ｔ ． １ 热 解 Ｊ６ ８
中图分 类号 ：Ｔ ４２ Ｓ５． ３０） — １— ０７ １ ２ ７ ６０ ３０ ５ ９０ ０ ０ ５
Ａｎ ｌｓｓｏ ｒ ａ ｉ ｍｐ ｎ ｎｓｉ ｓ ｏｕ ｙ ｏｙ ｉ ｏ ｕ ｔ ｆ ｔ ｇ ａｙ ｉ ｆ ｇ ｎｃＣｏ ｏ ｅ ｔ Ｇａ ｅ ｓＰ ｒ ｌｓｓＰｒ ｄ ｃｓｏ Ｏ ｎ Ｃｕ Ｒａ ｓ
性有 一定 的抑 制效果 。 Ｊ 烟 丝 热 解 气 体 中 除 了产 生 一 些 重 要 的香 味 成 分外 ，还 产生大 量 的有 害成 分 ，如 乙酸 、糠 醛 、糠 醇 、烟碱 等 。乙酸 、糠醛 和烟碱 的峰都 比较 大 ，说 明含量较 高 。乙酸对人 体有刺激 和腐 蚀作 用 。糠 醛 的蒸气有 强烈 的刺激性 ， 并有 麻醉 作用 。 动物 吸入 、 摄 入或经 皮肤 吸收均 可引起 急性 中毒 ，表 现有 呼吸 道 刺激 、肺 水肿 、肝损害 、中枢 神经 系统损害 、呼 吸 中枢 麻痹 ，以致死 亡 ；人 吸入 ７４ ２７ ｍｇｍ ．￣５ ． ／
载气 ：高纯氦 气 ；进 样 口温度 ：２０ ℃；检 测 ５ 器温 度 ：２ ０ ℃；柱前 压 ：５Ｐｉ ５ ｓ；柱温 ：４ ℃保 Ｏ
联用 ，对烟 草和烟气 化 学成分进 行分 析 已有 较多研 究 ，但 因这 些方法 制样过 程前 处理 步骤 多，持续 时
基金项 目： 中国工程 物理研 究 院环保基 金 资助项 目
粒物 的混合物 ，对吸烟 者及 其周 围人 的健康造 成严
间长 ，易造成 成分损 失 ，因此 ，分 析结果不 能客观
反映燃 吸前后 过程变 化 。本文模 拟烟 草低温燃 吸 的
过 程 ，即快速使 烟草 升温 ，产 生烟气 中有机气 体 的 成 分利 用 Ｇ ／ Ｃ ＭＳ联用进 行在 线分析研 究 。希望该