一种用于香烟吸入颗粒物的稀释装置及使用方法与流程

1.本发明属于烟草技术领域，特别是涉及一种用于香烟吸入颗粒物的改良引入装置及使用方法。该装置能提供一种快速稀释烟气气溶胶浓度的改良引入装置，使单颗粒质谱仪在高浓度烟气下，能够高效稳定地进行质谱检测分析。


背景技术：

2.近年来，国内外的研究发现吸烟暴露出越来越多危害健康的证据，特别是与呼吸系统疾病、恶性肿瘤、心脑血管疾病、糖尿病“四大慢病”的联系。为了解香烟中所含的有害物质组分及其含量，已有大量论文对香烟的烟草、烟油等成分及香烟烟气成分、扩散规律等方面进行了深入的探讨；其中大部分采用的分析仪器为单颗粒质谱仪或色谱-质谱联用仪。
3.通常对香烟成分的检测过程，是将香烟直接制成样品，抑或在香烟周围设置采样设备对现实中人体所处的环境进行模拟，这种采样模式下所得样品的浓度较为符合质谱仪器分析的样品浓度条件，且容易稀释。近期暨南大学的胡斌团队研制出一种香烟吸入样品模拟装置，该装置通过小型机械泵将烟气吸入样品管以模拟吸烟者吸入烟气的情况，据实验测得该装置产生的气溶胶浓度可以达到每毫升约10^7至10^8个，而质谱仪器检测浓度上限仅为每毫升10^4至10^3个。高浓度气溶胶颗粒物在传输过程中，由于颗粒间距极小，容易产生两者间的凝并，单颗粒质谱仪通过两个射频极板检测颗粒物通过极板的时间，结合极板间的距离得到颗粒物运动速度反推出颗粒物质量，由于小粒径粒子速度较快，大粒径粒子速度较慢，从而出现粒子赶超现象，此时检测器会将这段信号识别为无效信号，这将导致测定误差的出现。原香烟吸入颗粒物引入装置产生的气溶胶浓度过高，更容易产生此类赶超现象，大大降低检测的准确度；
4.另外，由于烟气成分中除气溶胶外，还有一定量的有机挥发物(vocs)存在，而烟气气溶胶本身化学活性高，易于同vocs在表面结合发生反应，从而导致成分的改变，所以更应控制好气溶胶颗粒物的浓度，过高浓度的样品引入质谱仪器后，由于高浓度的气溶胶与有机挥发物(voc)接触面积更大，voc会更易吸附于气溶胶表面，使气溶胶组分发生变化；与此同时，由于颗粒间距过小，气溶胶之间还会互相凝并，对检测结果产生较大影响；且超限浓度的气溶胶会令仪器报错，甚至对仪器造成损坏。
5.因此，有必要设计一种具有稀释作用的香烟吸入颗粒物的改良引入装置以减少过高颗粒物浓度对仪器检测稳定性的影响。为此提出本发明。


技术实现要素：

6.为了克服上述技术问题，本发明提供一种能够快速稀释气溶胶浓度的改良引入装置，使单颗粒质谱仪在高浓度烟气下，能够高效稳定地进行质谱检测分析。
7.本发明的技术方案如下：
8.本发明第一方面公开了一种用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，包括如下部件：雾化管道1、稀释气体管道2和稀释腔体3；
9.所述稀释腔体3为长方体状或圆筒状，也可以为其他形状；
10.所述雾化管道1为管状，其一端口穿过所述稀释腔体3的侧壁深入到所述稀释腔体3的腔体内；深入到所述稀释腔体3的腔体内的所述雾化管道1的管口内径逐渐变小形成喇叭嘴12状孔径收窄；留在所述稀释腔体3的管口用于容纳烟支7，该管口侧壁上有雾化气进气管11；在所述雾化管道1的外周设置有加热装置；
11.在所述雾化管道1两侧的所述稀释腔体3的侧壁上设置有稀释气体管道2；所述稀释气体管道2进入到所述稀释腔体3中的进气口靠近所述喇叭嘴12口。稀释气体管道2也可以设置在其他部位，只要能起到稀释和降温烟气的作用即可。
12.优选地，在所述稀释腔体3的相对所述雾化管道1的另一侧壁上有一毛细管4与所述稀释腔体3连通连接；所述毛细管4另一端连通连接离子透镜5；所述离子透镜5连通连接单颗粒质谱检测仪6。
13.优选地，在所述稀释腔体3的上侧壁和/或下侧壁上设置有烟气过滤层31，用于释放过量的烟气。
14.优选地，在所述雾化管道1的外周设置的加热装置为加热线圈13。
15.优选地，所述毛细管4的管径不大于所述稀释腔体3高或宽(稀释腔体为长方体状时)、或直径(稀释腔体为圆筒状时)的千分之一；所述毛细管4的管内壁上涂有防止烟气颗粒粘附的涂层，防止烟气中的颗粒粘附在毛细管4的管内壁上。
16.本发明第二方面公开了所述用于香烟吸入颗粒物的稀释装置的使用方法，包括如下步骤：
17.将烟支7插入所述雾化管道1中点燃，向雾化气进气管11中通入一定流量的雾化气体，由于所述雾化管道1的喇叭嘴12口的孔径收窄，雾化气流速急速增加，使其在喇叭嘴12口区域产生相对负压，通过压差可以使烟支7产生的烟气吸入所述雾化管道1中然后进入所述稀释腔体3中；同时加热线圈13加热，使得雾化管道1中内温度升高，防止烟气气溶胶颗粒在所述雾化管道1内凝并；同时所述稀释气体管道2向所述稀释腔体3内通入稀释冷却气，使烟气与冷却气在所述稀释腔体3内混合稀释和降低烟气的温度；烟气稀释过程中，过量的烟气将会通过烟气过滤层31离开所述稀释腔体3；一定时间后，单颗粒质谱检测仪6的样品入口的负压将稀释后的烟气沿所述毛细管4进入离子透镜5中，将颗粒物束聚焦后进入所述单颗粒质谱检测仪6中进行测定。
18.本发明的有益效果
19.1、本发明的用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，结合香烟吸入样品模拟装置及单颗粒质谱仪的运行条件，设计了一种能够快速稀释气溶胶(即烟气)浓度的改良引入装置。该装置克服了原香烟吸入样品模拟装置颗粒物进样浓度过高导致检测准确度较低的问题，以及降低了质谱仪器校正所消耗的成本。本发明的稀释装置可以使得单颗粒质谱仪能够对高浓度气溶胶样品进行高效、可靠地质谱检测分析。
20.2、本发明的用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，除了可以用于香烟引入气溶胶稀释外，对于其他用于单颗粒质谱仪的高浓度气溶胶的检测稀释也可以起到很好的调节作用。
附图说明
21.图1为本发明的用于香烟吸入颗粒物的稀释装置示意图。
22.附图标记为：1、雾化管道；11、雾化气进气管；12、喇叭嘴；13、加热线圈；2、稀释气体管道；3、稀释腔体；31、烟气过滤层；4、毛细管；5、离子透镜；6、单颗粒质谱检测仪；7、烟支。
具体实施方式
23.下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
24.如图1所示的一种用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，包括如下部件：雾化管道1、稀释气体管道2和稀释腔体3；所述稀释腔体3为长方体状或圆筒状、或其他形状；所述雾化管道1为管状，其一端口穿过所述稀释腔体3的侧壁深入到所述稀释腔体3的腔体内；深入到所述稀释腔体3的腔体内的所述雾化管道1的管口内径逐渐变小形成喇叭嘴12状管口内径逐渐变小；留在所述稀释腔体3的管口用于容纳烟支7，该管口侧壁上有雾化气(即空气)进气管11；在所述雾化管道1的外周设置有加热装置为加热线圈13；在所述雾化管道1两侧的所述稀释腔体3的侧壁上设置有稀释气体管道2；所述稀释气体管道2进入到所述稀释腔体3中的进气口靠近所述喇叭嘴12口。稀释气体管道2可以设置在其他部位，只要能起到稀释和降温烟气的作用就行。
25.本发明的装置还包括：在所述稀释腔体3的相对所述雾化管道1的另一侧壁上有一毛细管4与所述稀释腔体3连通连接；所述毛细管4另一端连通连接离子透镜5；所述离子透镜5连通连接单颗粒质谱检测仪6。在所述稀释腔体3的上侧壁和下侧壁上设置有烟气过滤层31以去除过量的烟气。本发明的装置所述毛细管4的管径为所述稀释腔体3高或宽(当稀释腔体3为长方体时)或直径(当稀释腔体3为水平放置的圆筒时)的千分之一；所述毛细管4的管内壁上涂有防止烟气颗粒粘附的涂层，防止烟气中的颗粒粘附在毛细管4的管内壁上。
26.使用本发明的稀释装置的进行香烟吸入颗粒物的稀释方法，包括如下步骤：
27.将烟支7插入所述雾化管道1中点燃，通过雾化气进气管11通入一定流量的雾化气体(即空气)，由于所述雾化管道1的喇叭嘴12口的孔径逐渐收窄，雾化气流速急速增加，使其在喇叭嘴12口区域产生相对负压，该负压可以使烟支7产生的烟气吸入所述雾化管道1中然后进入所述稀释腔体3中；同时加热线圈13加热，使得雾化管道1中内温度升高，防止烟气气溶胶颗粒在所述雾化管道1内凝并；同时所述稀释气体管道2向所述稀释腔体3内通入稀释冷却气(即常温下的空气)，使烟气与冷却气在所述稀释腔体3内混合稀释和降低烟气的温度；烟气稀释过程中，过量的烟气将会通过烟气过滤层31离开所述稀释腔体3；一定时间后，单颗粒质谱检测仪6的样品入口的负压，将稀释腔体3内稀释冷却后的烟气沿所述毛细管4送入离子透镜5中，离子透镜5将烟气中的颗粒物束聚焦后送入所述单颗粒质谱检测仪6中进行测定。
28.以上所述仅用来详细介绍本发明的具体实施方式，但本发明提出的技术方案并不受限于上述方法。在不脱离本技术的基本原理的前提下，所熟悉本领域的技术人员对本发明提出的技术做出的等效修改和变化均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

技术特征：
1.一种用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，其特征在于，包括如下部件：雾化管道(1)、稀释气体管道(2)和稀释腔体(3)；所述稀释腔体(3)为长方体状或圆筒状；所述雾化管道(1)为管状，其一端口穿过所述稀释腔体(3)的侧壁深入到所述稀释腔体(3)的腔体内；深入到所述稀释腔体(3)的腔体内的所述雾化管道(1)的管口内径逐渐变小形成喇叭嘴(12)状；留在所述稀释腔体(3)的管口用于容纳烟支(7)，该管口侧壁上有雾化气进气管(11)；在所述雾化管道(1)的外周设置有加热装置；在所述雾化管道(1)两侧的所述稀释腔体(3)的侧壁上设置有稀释气体管道(2)；所述稀释气体管道(2)进入到所述稀释腔体(3)中的进气口靠近所述喇叭嘴(12)口。2.根据权利要求1所述用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，其特征在于，在所述稀释腔体(3)的相对所述雾化管道(1)的另一侧壁上有一毛细管(4)与所述稀释腔体(3)连通连接；所述毛细管(4)另一端连通连接离子透镜(5)；所述离子透镜(5)连通连接单颗粒质谱检测仪(6)。3.根据权利要求1所述用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，其特征在于，在所述稀释腔体(3)的上侧壁和/或下侧壁上设置有烟气过滤层(31)。4.根据权利要求1所述用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，其特征在于，在所述雾化管道(1)的外周设置的加热装置为加热线圈(13)。5.根据权利要求2所述用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，其特征在于，所述毛细管(4)的管径不大于所述稀释腔体(3)高或宽、或直径的千分之一；所述毛细管(4)的管内壁上涂有防止烟气颗粒粘附的涂层。6.根据权利要求1-5任一所述用于香烟吸入颗粒物的稀释装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将烟支(7)插入所述雾化管道(1)中点燃，向雾化气进气管(11)中通入一定流量的雾化气体，由于所述雾化管道(1)的喇叭嘴(12)口的孔径收窄，雾化气流速增加，使其在喇叭嘴(12)口区域产生相对负压，该负压可以使烟支(7)产生的烟气吸入所述雾化管道(1)中然后进入所述稀释腔体(3)中；同时加热线圈(13)加热，使得雾化管道(1)中内温度升高，防止烟气气溶胶颗粒在所述雾化管道(1)内凝并；同时所述稀释气体管道(2)向所述稀释腔体(3)内通入稀释冷却气，使烟气与冷却气在所述稀释腔体(3)内混合稀释和降低烟气的温度；烟气稀释过程中，过量的烟气将会通过烟气过滤层(31)离开所述稀释腔体(3)；一定时间后，单颗粒质谱检测仪(6)的样品入口的负压使得稀释后的烟气沿所述毛细管(4)进入离子透镜(5)中，离子透镜(5)将烟气中的颗粒物束聚焦后进入所述单颗粒质谱检测仪(6)中进行测定。

技术总结
本发明公开了一种用于香烟吸入颗粒物的稀释装置，包括如下部件：雾化管道(1)、稀释气体管道(2)和稀释腔体(3)。本发明还公开了所述用于香烟吸入颗粒物的稀释装置的使用方法。本发明用于香烟吸入颗粒物的稀释装置可以使得单颗粒质谱仪能够对高浓度气溶胶样品高效、可靠地进行质谱检测分析。靠地进行质谱检测分析。靠地进行质谱检测分析。


技术研发人员：杨继 唐石云 刘劲芸 刘泽 刘春波 杨乾栩 周国福 朱瑞芝 司晓喜 李振杰 张凤梅 蒋薇 朱志杨 刘志华
受保护的技术使用者：云南中烟工业有限责任公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/26