一种同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法及加热卷烟烟草薄片与流程

本发明涉及烟草检测，具体涉及一种同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法及加热卷烟烟草薄片。

背景技术：

1、加热不燃烧卷烟（亦称加热卷烟）为主流新型烟草制品，其再造烟叶体系中需大量添加丙三醇作为发烟剂，丙三醇添加质量占再造烟叶总质量可达20%以上。该类制品工作加热区间通常为200℃～350℃，典型加热温度约300℃，在此热作用条件下，丙三醇易发生热裂解反应，生成甲醛、乙醛、丙烯醛等多种挥发性羰基有害物。精准解析丙三醇受热全过程的转化路径、定量表征各类有害羰基产物的生成占比，是实现加热卷烟配方定向优化、精准削减烟气有害成分释放水平的核心技术基础。

2、但现有分析检测技术体系存在明显缺陷，尚无可靠手段可实现丙三醇热解产物与烟草基质内源热解产物的精准溯源区分。加热卷烟再造烟草薄片组分体系复杂，基质本身包含纤维素、木质素、果胶、蛋白质、果糖、有机酸等天然大分子及小分子内源组分；上述全部基质组分在200℃～350℃加热工况下均会发生热裂解，同步生成丙烯醛、甲醛、乙醛、丙酮等多类挥发性羰基化合物。丙三醇外源发烟剂热解产物与烟草基质内源热解产物存在大量化学结构重叠，以丙烯醛为例，其既可由丙三醇分子脱水裂解生成，亦可由烟草基质纤维素热降解产生。常规气相色谱-质谱联用等传统烟气分析手段仅能定量检测烟气中羰基化合物总释放量，无法拆分单一目标有害物中源自丙三醇外源发烟剂、烟草内源基质的贡献占比。

3、该技术短板严重限制加热卷烟减害配方的精细化研发工作。研发人员通过下调丙三醇添加量、替换发烟剂种类等方式开展减害配方调试时，因无法区分烟气有害羰基化合物的物质来源，难以客观量化配方调整带来的真实减害收益，同时无法精准测算丙三醇向各类羰基有害物的实际转化效率，配方优化工作缺乏定量数据支撑。

4、现阶段针对加热卷烟体系丙三醇的现有研究及专利技术，研究重心集中于丙三醇施加工艺、烟片保润性能、丙三醇吸附效率等物理改性方向，未涉及丙三醇热转化产物溯源定量相关技术方案。如中国专利cn116210940a公开一种加热卷烟烟丝丙三醇粘度调控与促吸收工艺，仅优化丙三醇在烟丝表面的涂布施加方式；中国专利cn114343230a提供含丙三醇的烟草薄片专用添加剂及配套制备工艺；中国专利cn112493528a公开含丙三醇功能组分的复合烟草薄片及其加热卷烟应用方案。前述现有专利均聚焦丙三醇在烟草薄片中的物理负载、薄片基质结构改良，未提出采用示踪技术对丙三醇受热裂解过程进行产物溯源、定量解析的技术思路，无法解决外源丙三醇与内源烟草基质热解产物相互干扰的检测难题。

5、综上，本领域亟待开发一种可突破现有溯源检测局限的分析方法，依托示踪技术实现加热卷烟再造烟叶中丙三醇热转化路径精准识别与产物定量分析，为加热卷烟减害配方定向优化提供定量、可靠的检测技术依据。

技术实现思路

1、为了解决加热卷烟再造烟叶中热转化路径精准识别与产物定量分析难题，本发明提供一种同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法及加热卷烟烟草薄片。

2、本发明提供了一种同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法，包括：

3、步骤s1、制备同位素标记丙三醇溶液，同位素标记丙三醇溶液的溶质为碳-13标记丙三醇或氘代丙三醇；

4、步骤s2、将同位素标记丙三醇溶液与未标记丙三醇溶液混合制备混合发烟剂，将所述混合发烟剂施加至加热卷烟烟草薄片基材中制备含同位素标记丙三醇的烟草薄片样品；

5、步骤s3、对烟草薄片样品加热，捕集加热过程中产生的烟气样品；

6、步骤s4、对烟气样品中目标化合物进行检测获得同位素比值，根据同位素比值计算烟气样品中目标化合物源自标记丙三醇的生成量；

7、步骤s5、根据目标化合物源自标记丙三醇的生成量绘制丙三醇热转化路径图谱，所述热转化路径图谱包括温度-转化率关系曲线和各裂解产物分布图。

8、进一步地，所述步骤s4中，目标化合物包括丙烯醛、甲醛、乙醛、丙酮、乙二醇、羟基丙酮中的至少一种。

9、进一步地，

10、所述步骤s4中目标化合物源自标记丙三醇的生成量的计算公式为：

11、

12、其中，为目标化合物中源自标记丙三醇的生成量，为目标化合物的总生成量，为样品中目标化合物的同位素比值，为天然同位素丰度比值，为标记丙三醇的同位素丰度比值。

13、进一步地，所述步骤s3中烟草薄片样品的加热温度为200℃～350℃。

14、进一步地，碳-13标记丙三醇为甘油-1,2,3-13c3，碳-13同位素丰度≥99atom%；

15、氘代丙三醇为丙三醇-d8，氘同位素丰度≥98%。

16、进一步地，若同位素标记丙三醇溶液的溶质为碳-13标记丙三醇，同位素比值为碳-13与碳-12的同位素比值；

17、若同位素标记丙三醇溶液的溶质为氘代丙三醇，同位素比值为氘与氢的同位素比值。

18、进一步地，步骤s2具体包括：

19、步骤s201、将同位素标记丙三醇溶液与未标记丙三醇溶液按预设比例混合，获得混合发烟剂；

20、步骤s202、将所述混合发烟剂施加至加热卷烟烟草薄片基材中，施加方式选自喷涂、浸渍或辊涂，所述混合发烟剂的施加量为加热卷烟烟草薄片基材质量的5%至25%，施加后的加热卷烟烟草薄片基材经干燥、平衡水分处理，制得含同位素标记丙三醇的烟草薄片样品。

21、进一步地，所述步骤s1中同位素标记丙三醇溶液的浓度0.1mol/l至2.0mol/l；所述步骤s2中混合发烟剂中，同位素标记丙三醇与未标记丙三醇的质量比为1:10至1:100。

22、进一步地，所述步骤s4中同位素比值的检测方法为：

23、s401、对捕集获得的烟气样品进行前处理获得待测样品溶液；

24、s402、采用气相色谱-质谱联用仪或同位素比质谱仪，对所述待测样品溶液中的目标化合物进行检测，获得同位素比值。

25、并且，本发明的实施例还提供了一种加热卷烟烟草薄片，使用上述同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法，定量追踪加热卷烟烟草薄片在加热过程中来源于丙三醇的热解产物与来源于烟草基质自身的热解产物。

26、本发明具有以下有益效果：

27、1、本发明提供的一种同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法及加热卷烟烟草薄片，采用稳定同位素（¹³c、氘）对发烟剂丙三醇进行分子标记，依托同位素示踪机制赋予丙三醇热解产物独特同位素特征指纹，与烟草基质天然组分热解产物形成可辨识的同位素信号差异；结合气相色谱-质谱联用仪、同位素比质谱仪对烟气目标羰基化合物开展同位素比值检测解析，可在多组分共存的复杂烟气体系中精准判别各挥发性产物的物质来源，清晰拆分丙三醇外源裂解产物与烟草基质内源裂解产物；相较于传统检测手段仅能测定烟气组分总释放量、无法实现来源溯源的固有缺陷，本发明从根源上攻克了行业长期未能解决的产物来源区分技术瓶颈，可精准溯源区分外源丙三醇与烟草内源基质的热裂解产物。

28、2、本发明提供的一种同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法及加热卷烟烟草薄片，构建专属分源定量计算公式，依托样品同位素比值、天然同位素丰度、标记试剂同位素丰度，直接换算得到单一目标有害物中源自丙三醇的绝对生成量，可进一步计算丙三醇向各羰基产物的热转化转化率，实现丙三醇热转化路径的量化表征，精准定量丙三醇向甲醛、乙醛、丙烯醛等挥发性羰基有害物的转化效率，依靠该量化数据能够完成加热卷烟配方有害风险精准评估，为发烟剂添加比例调控、配方减害改良提供直接、客观的定量数据依据，支撑配方量化优化，彻底突破现有技术仅能定性推测、无法量化评估丙三醇产害贡献的技术局限。

29、3、本发明提供的一种同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法及加热卷烟烟草薄片，可在200℃～350℃加热工况区间内开展梯度温度平行试验，获取各类裂解产物生成量随温度变化的动力学特征曲线，构建完整的丙三醇热转化路径分布图谱；依托图谱可厘清不同温度区间下丙三醇热裂解主、副反应路径及对应产物分布特征，为加热卷烟热源工作温度区间的优化标定提供理论与数据支撑，实现在保障制品基础发烟性能的前提下，最大限度抑制有害羰基化合物生成，明晰温度对丙三醇热转化行为的调控规律，指导加热工况优化。

30、4、本发明提供的一种同位素标记丙三醇追踪卷烟薄片热转化行为的方法及加热卷烟烟草薄片，本发明首次将同位素示踪定量技术完整应用于加热卷烟发烟剂热行为解析，填补了该细分研究方向的技术空白，为加热卷烟减害精细化机理研究提供全新成套分析手段；本发明提出的稳定同位素标记溯源定量技术思路，对电子烟、各类气溶胶发生制品等其他气溶胶体系中挥发性组分热转化机理研究具备重要参考与复用价值，应用场景覆盖面广。