專利名稱：利用熱重分析儀和gc/ms實(shí)現(xiàn)卷煙模擬燃燒在線分析方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙草化學(xué)成分檢測(cè)方法，具體講是利用熱重分析儀與GC/MS(氣 相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀)聯(lián)機(jī)檢測(cè)煙草樣品，實(shí)現(xiàn)巻煙的模擬燃燒實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物在線分析。
背景技術(shù)：
巻煙的燃燒過程是一個(gè)非常復(fù)雜的物理和化學(xué)反應(yīng)過程，煙支的燃燒會(huì)產(chǎn)生化 學(xué)成分這些成分中有些是蒸餾揮發(fā)出來的，有些是經(jīng)過燃燒分解產(chǎn)生的，還有一些是發(fā) 生化學(xué)反應(yīng)而生成的。 在現(xiàn)有技術(shù)中， 一般采用采用熱裂解儀和熱重分析儀來模擬煙支燃燒過程，進(jìn) 而了解致香成分與有害化學(xué)成分的前體物。熱裂解儀分析煙草的高溫裂解行為，具有升 溫速度快，裂解氣氛只能是惰性氣態(tài)，樣品用量小等特點(diǎn)；熱重分析儀分析煙草隨溫度 變化的熱化學(xué)行為，具有升溫速度慢，裂解氣氛(惰性、氧化氣氛)可選擇，樣品用量 大等特點(diǎn)，和GC/MS聯(lián)用可以分析熱失重產(chǎn)生裂解產(chǎn)物(楊柳，繆明明，吳億勤，向能 軍，中國煙草學(xué)報(bào)，2008年第4期，TGA和Py-GC/MS研究琥珀酸單薄荷酯的熱失重和 熱裂解行為)。 但現(xiàn)有技術(shù)存在一定的缺陷采用熱裂解儀時(shí)樣品用量較小(微克級(jí))，而裂解 得到的裂解產(chǎn)物含量很低(數(shù)量級(jí)納克)，通過熱裂解得到的裂解產(chǎn)物進(jìn)入GC/MS分 析，造成定性和定量不夠準(zhǔn)確；另外，采用熱裂解儀時(shí)熱裂解氣氛只能是惰性氣體，以 此模擬煙支燃燒過程與實(shí)際煙支燃燒過程有較大差距。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對(duì)針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不足之處而提供一種利用 熱重分析儀和GC/MS實(shí)現(xiàn)巻煙模擬燃燒在線分析方法及裝置。
本發(fā)明可通過下述技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn) 本發(fā)明的利用熱重分析儀和GC/MS實(shí)現(xiàn)巻煙模擬燃燒在線分析方法是將煙草樣 品置于惰性或合成空氣條件下在熱重分析儀中進(jìn)行程序升溫裂解，熱裂解產(chǎn)物經(jīng)可控溫 傳輸線進(jìn)入六通閥，同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，通過六通閥選擇性地將不同溫度階段的裂解 產(chǎn)物送入PTV進(jìn)樣口，經(jīng)液氮冷凝富集富集后的裂解產(chǎn)物通過氣相色譜GC分離后，進(jìn) 入質(zhì)譜MS進(jìn)行定性定量分析，模擬巻煙燃吸條件，對(duì)克級(jí)煙草樣品進(jìn)行不同升溫速度、 不同含氧量的裂解實(shí)驗(yàn)。 所述惰性或合成空氣為氮?dú)饣虻?、氧合成氣?本發(fā)明的裝置包括氣體流量計(jì)、熱重分析儀、六通閥、PTV-氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián) 用裝置GC/MS;所述氣體流量計(jì)的進(jìn)氣口端通過管路分別與氮、氧氣源相連，其出氣口 端通過管路與熱重分析儀的進(jìn)氣口相連通；所述熱重分析儀的出氣口通過可控溫傳輸管 線、以及六通閥與PTV(程序升溫進(jìn)樣口)-氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用裝置GC/MS相連。
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本發(fā)明中的溫控傳輸管線為公知技術(shù)，其中心為石英毛細(xì)傳輸管，毛細(xì)傳輸管 外部包有加熱絲和熱電偶，外層為石棉保溫層，其溫度由熱電偶和加熱控制器控制。 PTV進(jìn)樣口同樣為公知技術(shù)，它是一種兩層套管結(jié)構(gòu)，兩層管的夾層為液氮引入?yún)^(qū)域， 液氮對(duì)內(nèi)管進(jìn)行迅速降溫，使到達(dá)內(nèi)管的裂解物迅速冷卻富集；內(nèi)管上纏有電阻加熱 絲，能夠?qū)M(jìn)樣口迅速加熱。程序升溫控制器是主要由加熱單元、熱電偶測(cè)溫單元和控 溫單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外爐內(nèi)樣品加熱。 本發(fā)明中的熱重分析儀采用耐池STA409PC熱重分析儀；氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用 裝置GC/MS為Agilent 6890-5975GC/MS。 本發(fā)明將熱重分析儀通過可控溫傳輸管線與與PTV(程序升溫進(jìn)樣口 )-氣相色 譜、質(zhì)譜聯(lián)用裝置GC/MS相連的目的是用可控溫傳輸線在一定溫度下將煙草樣品經(jīng)熱
失重后產(chǎn)生的化合物導(dǎo)入六通閥。 本發(fā)明將熱重分析儀通過六通閥與PTV(程序升溫進(jìn)樣口 )-氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用 裝置GC/MS相連的目的是經(jīng)六通閥采集到的裂解產(chǎn)物進(jìn)入PTV進(jìn)樣口冷卻后再程序升溫 進(jìn)入GC的毛細(xì)管柱。 本發(fā)明與比現(xiàn)有技術(shù)不僅能夠?qū)煵葸M(jìn)行熱失重分析、而且不同溫度段煙草的 熱失重產(chǎn)物能夠用GC/MS快速分析。不需要先熱重分析，然后再進(jìn)行熱裂解-GC/MS分 析。


圖1為本發(fā)明裝置的連接示意圖。 圖中序號(hào)l是氣體流量計(jì)，2是熱重分析儀TG， 3是可控溫傳輸管線，4是六
通閥，5是PTV(程序升溫進(jìn)樣口 )， 6氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用裝置GC/MS。 圖2為本發(fā)明的流程方框。 圖3是本發(fā)明中六通閥的采樣狀態(tài)工作圖。 圖4是本發(fā)明中六通閥的進(jìn)樣狀態(tài)工作圖。 圖5、圖6為實(shí)施例1的裂解產(chǎn)物分析圖。 圖7、圖8為實(shí)施例2的裂解產(chǎn)物分析圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述 如圖2所示，本發(fā)明的利用熱重分析儀和GC/MS實(shí)現(xiàn)巻煙模擬燃燒在線分析方 法是將煙草樣品置于氮?dú)饣虻⒀鹾铣蓺鈼l件下在熱重分析儀中進(jìn)行程序升溫裂解，熱 裂解產(chǎn)物經(jīng)可控溫傳輸線進(jìn)入六通閥，同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，通過六通閥選擇性地將不 同溫度階段的裂解產(chǎn)物送入PTV進(jìn)樣口 ，經(jīng)液氮冷凝富集富集后的裂解產(chǎn)物通過氣相色 譜GC分離后，進(jìn)入質(zhì)譜MS進(jìn)行定性定量分析，模擬巻煙燃吸條件，對(duì)克級(jí)煙草樣品進(jìn) 行不同升溫速度、不同含氧量的裂解實(shí)驗(yàn)。
具體步驟如下 稱取10 50mg將巻煙煙絲粉碎過40目篩的煙末樣品，放入熱重分析儀的坩堝 中，設(shè)置熱重分析儀上樣品升溫程序(升溫速率5 5(TC/min，從室溫至800°C )，調(diào)節(jié)
4載氣流量(氮?dú)?0 35mL/min，氧氣0 15mL/min)，連接好可控溫傳輸線(傳輸線溫 度28(TC)，開始升溫；六通閥開始工作，熱失重產(chǎn)物不斷經(jīng)過可控溫傳輸線和六通閥進(jìn) 入PTV進(jìn)樣口 ，每隔20min取一次樣品，在PTV進(jìn)樣口捕集的樣品按照GC/MS分析條 件進(jìn)行分析。 GC/MS的測(cè)定條件 進(jìn)樣口升溫速率IO(TC/min，溫度-40°C 280°C ;電離方式EI;離子源
溫度230°C ;傳輸線溫度280°C ;分流比40 : 1 ;載氣氦氣，恒流流速1.2mL/
min;色譜柱60mX0.25mmX0.32iim非極性彈性石英毛細(xì)管柱；程序升溫初始溫 度150°C ，升溫速率10°C /min至280°C ，保持30min。 如圖l所示本發(fā)明的裝置包括氣體流量計(jì)1、熱重分析儀TG2、六通閥4、 PTV-氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用裝置GC/MS5;所述氣體流量計(jì)l的進(jìn)氣口端通過管路分別與 氮、氧氣源相連，其出氣口端通過管路與熱重分析儀TG2的進(jìn)氣口相連通；所述熱重分 析儀TG的出氣口通過可控溫傳輸管線3、以及六通閥4與PTV(程序升溫進(jìn)樣口 )-氣相 色譜、質(zhì)譜聯(lián)用裝置GC/MS5相連。
本發(fā)明中六通閥的工作狀態(tài)如下 如圖3所示A.采樣狀態(tài)即煙草模擬裂解產(chǎn)物從熱重分析儀頂端出口經(jīng)過可 控溫傳輸線和六通閥進(jìn)入氣相色譜的PTV進(jìn)樣口進(jìn)行冷凝富集。
如圖4所示B.進(jìn)樣狀態(tài)PTV進(jìn)樣口程序升溫，開始對(duì)富集的熱失重產(chǎn)物進(jìn)
行氣相色譜-質(zhì)譜分析。
實(shí)施例1 稱取20mg將巻煙煙絲粉碎過40目篩的煙末樣品，放入熱重分析儀的坩堝中， 設(shè)置熱重分析儀上樣品升溫速率為10/°C min，調(diào)節(jié)載氣流量(氮?dú)?0mL/min，氧氣 10mL/min)，連接好可控溫傳輸線(傳輸線溫度280°C )，開始升溫；六通閥開始工作，熱 失重產(chǎn)物不斷經(jīng)過可控溫傳輸線和六通閥進(jìn)入PTV進(jìn)樣口，每隔20min取一次樣品，在 PTV進(jìn)樣口捕集的樣品按照GC/MS分析條件進(jìn)行分析。
參見GC-MS譜圖(圖5、圖6): 從上圖可以看出，采用該發(fā)明裝置熱重分析儀和GC-MS，能夠?qū)啛熯M(jìn)行模擬
燃燒實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬燃燒產(chǎn)物的在線分析。
實(shí)施例2 稱取50mg將巻煙煙絲粉碎過40目篩的煙末樣品，放入熱重分析儀的坩堝中， 設(shè)置熱重分析儀上樣品升溫程序40°C /min，調(diào)節(jié)載氣流量(氮?dú)?5mL/min，氧氣5mL/ min)，連接好可控溫傳輸線(傳輸線溫度28(TC)，開始升溫；六通閥開始工作，熱失重產(chǎn) 物不斷經(jīng)過可控溫傳輸線和六通閥進(jìn)入PTV進(jìn)樣口 ，每隔20min取一次樣品，在PTV進(jìn) 樣口捕集的樣品按照GC/MS分析條件進(jìn)行分析。
參見GC-MS譜圖(圖7、圖8): 從上圖可以看出，采用該發(fā)明裝置熱重分析儀和GC-MS，能夠?qū)啛熯M(jìn)行不同 氣氛條件下模擬燃燒實(shí)驗(yàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模擬燃燒產(chǎn)物的在線分析。
權(quán)利要求
一種利用熱重分析儀和GC/MS實(shí)現(xiàn)卷煙模擬燃燒在線分析方法，其特征在于所述方法是將煙草樣品置于惰性或合成空氣條件下在熱重分析儀中進(jìn)行程序升溫裂解，熱裂解產(chǎn)物經(jīng)可控溫傳輸線進(jìn)入六通閥，同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，通過六通閥選擇性地將不同溫度階段的裂解產(chǎn)物送入PTV進(jìn)樣口，經(jīng)液氮冷凝富集富集后的裂解產(chǎn)物通過氣相色譜GC分離后，進(jìn)入質(zhì)譜MS進(jìn)行定性定量分析，模擬卷煙燃吸條件，對(duì)克級(jí)煙草樣品進(jìn)行不同升溫速度、不同含氧量的裂解實(shí)驗(yàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于所述惰性或合成空氣為氮?dú)饣?氮、氧合成氣。
3. —種適用于權(quán)利要求1所述方法的裝置，其特征在于所述裝置包括氣體流量 計(jì)、熱重分析儀、六通閥、PTV-氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用裝置GC/MS;所述氣體流量計(jì)的進(jìn) 氣口端通過管路分別與氮、氧氣源相連，其出氣口端通過管路與熱重分析儀的進(jìn)氣口相 連通；所述熱重分析儀的出氣口通過可控溫傳輸管線、以及六通閥與PTV-氣相色譜、質(zhì) 譜聯(lián)用裝置GC/MS相連。
全文摘要
一種利用熱重分析儀和GC/MS實(shí)現(xiàn)卷煙模擬燃燒在線分析方法及裝置，其特征在于所述方法是將煙草樣品置于惰性或合成空氣條件下在熱重分析儀中進(jìn)行程序升溫裂解，熱裂解產(chǎn)物經(jīng)可控溫傳輸線進(jìn)入六通閥，同時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，通過六通閥選擇性地將不同溫度階段的裂解產(chǎn)物送入PTV進(jìn)樣口，經(jīng)液氮冷凝富集富集后的裂解產(chǎn)物通過氣相色譜GC分離后，進(jìn)入質(zhì)譜MS進(jìn)行定性定量分析，模擬卷煙燃吸條件，對(duì)克級(jí)煙草樣品進(jìn)行不同升溫速度、不同含氧量的裂解實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01N30/00GK101692031SQ200910172480
公開日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者張曉兵, 彭斌, 王洪波, 胡斌, 謝復(fù)煒, 趙閣, 郭軍偉, 郭吉兆 申請(qǐng)人:中國煙草總公司鄭州煙草研究院