一种卷烟主流烟气的电喷雾萃取电离质谱在线分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于在线分析技术领域，特别涉及一种卷烟主流烟气的电喷雾萃取电离质谱在线分析方法，该方法通过单孔道吸烟机产生卷烟主流烟气，经两位三通电磁阀、聚四氟乙烯管和进样锥口引入电喷雾萃取电离质谱完成在线分析。
【背景技术】
[0002]卷烟烟气是不断变化的极其复杂的化学物质混合物，是在卷烟抽吸期间烟草不完全燃烧形成的。在卷烟燃烧时，烟草暴露于从常温至高达约950 V的温度下和变化着的氧浓度中，通常产生了几千种化学物质。通常，从烟支滤嘴端或“烟蒂”端吸出来的烟气被称为卷烟主流烟气，是高度浓集的不断变化的气溶胶系统。卷烟主流烟气通常分为粒相和气相两部分。在卷烟抽吸时，从卷烟滤嘴端出来的主流烟气立即被抽吸通过玻璃纤维滤片。其中，收集在玻璃纤维滤片上的烟气称为粒相部分，通过玻璃纤维滤片的物质通常定义为卷烟烟气的气相或蒸汽相。卷烟烟气成分在两相之间分配存在，这种分配随着时间、温度和烟气的稀释而变化。通常认为，分子量低于60的物质主要趋向于在气相，而分子量超过200的物质则全部趋向于在粒相。
[0003]卷烟主流烟气的标准分析方法中，主流烟气通常由玻璃纤维滤片和吸收液或捕集阱分别对粒相部分和气相部分进行捕集。样品分析检测时，根据需要常采用溶剂萃取、固相萃取、浓缩等步骤对样品进行净化和富集，最后采用GC、GC-MS、LC-MS等分析技术对样品进行定性和定量分析。这些离线分析方法的特点是分析准确，通用性强。但是，这些方法的分析过程繁琐，耗时长。卷烟的抽吸是一个不断变化的过程，且卷烟烟气的化学成分性质活泼，卷烟主流烟气的成分在传输过程中会存在变化。传统离线分析方法无法准确反映出主流烟气化学成分的真实情况。对卷烟主流烟气进行在线分析，能够准确反映卷烟烟气的成分组成及变化过程，对深入研宄卷烟的抽吸过程和主流烟气的释放行为具有重要的意义。
[0004]近年来，以软电离技术为核心的在线质谱技术在有机物快速检测和在线监测方面取得了较大的进展。质谱的软电离技术将有机物分子电离成分子离子或准分子分子离子，而极少形成碎片离子，从而使得到的质谱图简单，容易解析，可快速获得有机物的分子量信息和强度信息，完成定性和定量分析。同时，软电离质谱在线分析技术避免了样品在预处理过程中的干扰，使测量结果更准确可靠。
[0005]卷烟主流烟气的在线分析方面，《一种卷烟主流烟气在线分析方法及其专用的在线分析装置》(公开号:CN104198573A)采用毛细管将主流烟气引入离子分子反应质谱的电离源，实现烟气中七种挥发性有机物的在线检测。离子分子反应电离源为真空电离源，仅能实现主流烟气气相成分中挥发性有机物的电离检测，不能用于粒相成分中半挥发性和难挥发性有机物的检测。《一种卷烟主流烟气在线分析装置及方法》(公开号:CN103364484A)采用大气压化学电离串联质谱对卷烟主流烟气进行在线分析。大气压化学电离源只能对卷烟主流烟气中的挥发性有机物及非极性有机物进行电离，而对于半挥发、难挥发性有机物和极性较强有机物的电离则较为困难。
[0006]电喷雾萃取电离是为了实时在线监测液体样品而发明的一种快速质谱电离技术，已逐渐拓展到气体、气溶胶、固体、胶体和粘稠物的分析。电喷雾萃取电离源通常由样品引入通道和电喷雾试剂通道两部分以一定角度交叉构成。在大气压环境下，电喷雾萃取电离源一般通过电喷雾甲醇试剂产生带电液滴。带电液滴与从样品通道引入的样品在空间进行碰撞融合，发生电荷转移，从而获得样品离子供质谱分析，适用于复杂样品中挥发性、半挥发性及难挥发性有机物的电离检测。电喷雾萃取电离源具有较高的长期稳定性和灵敏度，能够在无需样品预处理条件下对烟气进行直接电离，非常适合于卷烟主流烟气的实时在线分析。本发明将卷烟主流烟气引入电喷雾萃取电离质谱，通过电喷雾试剂离子与主流烟气中的气相成分和粒相成分进行碰撞融合，并发生电荷转移，产生的离子由质谱完成检测，从而实现卷烟主流烟气的在线分析和表征。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是根据卷烟主流烟气在线分析的需要，针对现有卷烟主流烟气实时在线分析技术的不足而发明的一种卷烟主流烟气的电喷雾萃取电离质谱在线分析方法。该方法将单孔道吸烟机与电喷雾萃取电离质谱相结合，利用单孔道吸烟机对卷烟进行抽吸，并充分发挥电喷雾萃取电离源的优势，实现卷烟主流烟气的在线分析和表征。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
一种卷烟主流烟气的电喷雾萃取电离质谱在线分析方法，是通过单孔道吸烟机和电喷雾萃取电离质谱用于卷烟主流烟气的在线分析。该方法所涉及的装置包括:单孔道吸烟机、两位三通电磁阀、聚四氟乙烯管、进样锥口、电喷雾萃取电离源和质谱等。其中，单孔道吸烟机的烟气出口通过两位三通电磁阀及聚四氟乙烯管与进样锥口相连，卷烟主流烟气由电喷雾萃取电离源完成电离，并由质谱完成检测。卷烟主流烟气在线分析方法的具体步骤:
(1)采用单孔道吸烟机对卷烟进行抽吸，产生卷烟主流烟气；
(2)卷烟主流烟气通过两位三通电磁阀及聚四氟乙烯管引入进样锥口；
(3)卷烟主流烟气由电喷雾萃取电离源完成电离，并由质谱完成检测。
[0009]所述的单孔道吸烟机，根据卷烟抽吸方案设定参数对插入夹持器的卷烟进行抽吸，所设定的抽吸方案为:每口抽吸容量35 mL，抽吸持续时间2 S，抽吸间隔60 S。
[0010]所述的质谱为离子阱质谱，其特有的多级质谱检测能力能够实现卷烟烟气化学成分的定性分析。
[0011]所述的两位三通电磁阀的两切换通道分别与单孔道吸烟机的烟气出口和高纯氮气相连，两位三通电磁阀的常开通道通过聚四氟乙烯管与进样锥口相连。卷烟主流烟气经单孔道吸烟机的烟气出口、两位三通电磁阀、聚四氟乙烯管和进样锥口引入电喷雾萃取电离源。两位三通电磁阀的两切换通道使烟气和高纯氮气交替通过聚四氟乙烯管，高纯氮气可有效地消除烟气的残留。
[0012]所述的电喷雾萃取电离源由注射器、流动注射泵、石英毛细管和不锈钢管等组成。注射器安装固定于流动注射泵，注射器的针头与石英毛细管的一端连接，石英毛细管的另一端插入不锈钢管内部，并密封固定；不锈钢管的侧方开口与高纯氮气相连。
[0013]所述的电喷雾萃取电离源工作时，注射器内储有电喷雾试剂，注射器在流动注射泵的驱动下向石英毛细管内注入电喷雾试剂；注射器针头与高压输出线相连，以提供电喷雾电压；不锈钢管侧方的高纯氮气用以辅助电喷雾试剂离子的生成。电喷雾萃取电离源的工作条件为:电喷雾电压为3-5 KV,电喷雾试剂为甲醇，注射泵流量为5-10 yL/min，高纯氮气的压力为0.8 MPa0
[0014]本发明的卷烟主流烟气电喷雾萃取电离质谱在线分析方法，具体过程为:
首先，优化电喷雾萃取电离质谱的相关参数，包括质谱工作参数和电喷雾萃取电离源的参数；其次，打开单孔道吸烟机并预热，根据卷烟抽吸方案对单孔道吸烟机参数进行设定；然后，插入卷烟对卷烟进行抽吸，产生的主流烟气通过两位三通电磁阀、聚四氟乙烯管和进样锥口通向电喷雾萃取电离源；最后，主流烟气中的有机物发生电喷雾萃取电离，并由质谱完成检测；主流烟气进样分析结束后，两位三通电磁阀切换至高纯氮气对整个管路进行吹扫，以消除残留的烟气。
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