柠檬酸和苹果酸在卷烟阴燃状态下的燃烧行为和机制研究

柠檬酸和苹果酸在卷烟阴燃状态下的燃烧行为和机制研究王程辉;周顺;徐迎波;田振峰

【摘要】[Objective] The comparative study on the behavior and mechanism of citric acid and malic acid in the smoldering combustion of cigarette was conducted.[Method] The effect of the rate of temperature-raising in combustion on the burning behavior of citric acid and malic acid in cigarette was tested with micro-combustion calorimeter ( MCC). The combustion process of the cigarette, especially for the formation rule of the gas products of major pyrolysis, was comparatively analyzed with TG-FTIR in order to explore the combustion mechanism.[Result] It was found through MCC testing that in the same combustion condition, the flammability of citric acid was better than that of malic acid, but its combustion was slightly worse than that of citric acid. The rate of temperature-raising in combustion greatly affected the burning behavior of malic acid and citric acid in cigarette. The TG-FTIR testing results showed that the burning behavior of citric acid and malic acid in cigarette mainly depended on the formation of pyrolysis products. The citric acid was relatively more susceptible to thermal decomposition than malic acid and much more H2O, CO2, CO and carbonyl compounds would be generated in the pyrolysis process.[Conclusion] The burning behavior , in which the flammability of citric acid was better than that of malic acid and its combustion was slightly worse than that of citric acid, was determined because of the relatively weak stability of pyrolysis and the relative

composition of un-flammable gas and flammable gas in initial period.%[目的]比较研究柠檬酸和苹果酸在卷烟阴燃状态下的燃烧行为和机制.[方法]利用微燃烧量热仪(MCC)考察升温速率对柠檬酸和苹果酸燃烧行为的影响；利用热重-红外联用仪(TG-FTIR)比较研究其燃烧过程,特别是主要热解气相产物的形成规律,探讨其燃烧机理.[结果] MCC测试结果发现,在相同的燃烧条件下,柠檬酸的易燃性优于苹果酸,但燃烧性稍差于苹果酸；升温速率对柠檬酸和苹果酸燃烧行为的影响很大.TG-FTIR测试结果发现,柠檬酸和苹果酸的燃烧行为主要取决于热解气相产物的生成；柠檬酸相对于苹果酸更易发生热分解,且在热解过程中生成更多的H2O、CO2、CO和羰基化合物.[结论]初期相对较弱的热解稳定性和热解气相产物中可燃性气体和不可燃性气体的相对组成,共同决定了柠檬酸易燃性强于苹果酸而燃烧性稍弱于苹果酸的燃烧行为.

【期刊名称】《安徽农业科学》

【年(卷),期】2012(040)003

【总页数】4页(P1441-1444)

【关键词】柠檬酸;苹果酸;燃烧;微燃烧量热仪;热重-红外联用仪

【作者】王程辉;周顺;徐迎波;田振峰

【作者单位】安徽中烟工业有限责任公司技术中心,安徽合肥230088;安徽中烟工业有限责任公司技术中心,安徽合肥230088;安徽中烟工业有限责任公司技术中心,安徽合肥230088;安徽中烟工业有限责任公司技术中心,安徽合肥230088

【正文语种】中文

【中图分类】TS45

柠檬酸和苹果酸是烟草中重要的非挥发性有机酸［1－2］，其能与生物碱结合成盐，调节烟草中碱性成分的挥发性，在燃烧过程中分解产生的酸性片段可调节烟气中质子化和游离态烟碱的比例，从而影响烟叶的劲头和吸味［3－5］。目前关于

柠檬酸和苹果酸燃烧热解特性方面的研究报道较少，仅见英美烟草公司的Baker

等曾利用热解气相色谱质谱联用对柠檬酸和苹果酸的热解产物进行了分析［6］。近年来，由菲莫、英美、帝国和日本烟草公司的科学家组成的研究小组，提出一种可模拟卷烟燃烧时的热解环境。根据他们的建议，在较低的升温速率和2%～20%氧气浓度的热解气氛条件下的热解环境较为接近卷烟的阴燃状态［6－7］。

笔者利用微燃烧量热仪(MCC）和热重－红外联用仪(TG-FTIR）对比研究了柠檬酸和苹果酸在卷烟阴燃状态下的燃烧行为和热解过程，特别是主要热解气相产物的形成规律，旨在进一步了解柠檬酸和苹果酸在卷烟阴燃状态下的燃烧机制及其与烟气之间的关系。

1.1 材料

1.1.1 供试样品。柠檬酸和DL-苹果酸均为分析纯，均由上海国药集团化学试剂有

限公司提供。

1.1.2 主要仪器。MCC(MCC-2型，美国哥马克公司），其工作原理建立在氧消耗基础之上，即每消耗1 g氧气会产生(13.1±0.7）kJ的热量，因此根据物质燃烧所消耗的氧气量就可得到其燃烧所释放的热量，进而判断物质的燃烧行为［8－9］。TG-FTIR，由热重/差热综合热分析仪(TGA Q5000 IR，美国TA仪器公司）和傅

里埃变换红外光谱仪(6700 FTIR，美国尼高力公司）经过一热重分析接口连接而成。

1.2 方法

1.2.1 微燃烧量热试验。称取4～6 mg样品，在纯氮气气氛下分别以30和

60℃/min的升温速率从100℃升至650℃，热解产物实时进入温度为900℃、气