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安光所在烟气气溶胶质谱仪研制方面取得重要进展

仪表研发 2021年11月19日 15:30:40 来源:安光所 温作赢人气:13299
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  【仪表网 仪表研发】近日,安光所基础科学研究中心张为俊研究员课题组在卷烟烟气气溶胶质谱仪研制方面取得重要进展,相关研究论文以“真空紫外光电离质谱在线检测加热卷烟烟气气溶胶中气体和颗粒物的化学成分”为题发表于分析化学领域国际著名期刊Talanta(IF=6.057)上(Vol. 238, Page 123602, 2022)。
 
  卷烟烟气气溶胶是一种固、液、气多组分混合物体系,具有浓度高、化学成分复杂且不断变化等特点,其成分检测对于优化烟草产品设计、揭示吸烟的危害性以及开展其毒理性研究等具有十分重要的意义。目前,行业内卷烟烟气气溶胶的化学成分检测常采用离线分析技术,如GC-MS和LC-MS等色谱质谱连用技术,由于需要结合样品分离、收集和浓缩等预处理手段,容易改变烟气的成分,且检测速度慢,往往只能检测整支烟气的总量信息,难以获得卷烟抽吸过程中烟气变化动态信息,需要发展在线检测技术和仪器。
 
  针对行业内的需求,课题组与多家单位密切合作,唐小锋研究员和温作赢博士后通过发展新的关键技术和方法,自行设计和研制了小型化、高性能真空紫外光电离烟气气溶胶质谱仪(如图1所示),主要包括抽烟机、扫描式电迁移率粒径谱仪和反射式飞行时间质量分析器等部分,可用于在线测量燃烧烟、电子烟和加热卷烟等烟气气溶胶的粒径分布和化学成分等信息,通过一台仪器实现了从分子层次上实时检测烟气中气体和颗粒物的化学成分。
 
  同时,研究人员还针对近年来国内外发展迅速的加热卷烟开展了研究,首次报道了加热卷烟烟气颗粒物成分的在线测量结果,以及抽吸过程各成分的动态变化信息等,为揭示其化学反应机理提供了重要数据。研究结果还表明,加热卷烟烟气中气体和颗粒物的化学成分十分丰富,且两者存在着很大的差别,烟气中的主要成分尼古丁和甘油仅仅存在于颗粒物中(如图2所示);同时,尽管加热卷烟的工作温度低(~ 350 ℃),但其抽吸过程中的化学反应也很复杂,各成分参与颗粒物成核的机理也存在较大的差别(见图3),加热卷烟烟气中仍然存在很多的有害物质,对人体的健康影响不容忽视。本研究为深入研究烟草化学反应过程、揭示其健康危害性等提供了技术手段和重要数据。
 
真空紫外光电离烟气气溶胶质谱仪的工作原理图
 
加热卷烟烟气中气体和颗粒物成分的质谱图
 
烟气中不同成分的逐口抽吸信息(时间响应为1秒)
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