卷烟烟草段氧气含量检测装置及其检测方法与流程

1.本发明涉及烟草制品检测领域，更具体地，涉及一种卷烟烟草段氧气含量检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.卷烟在燃吸过程中会产生上千种化学物质，其中部分烟气成分对人体健康有较大的危害，可能会导致多种疾病的发生。烟草制品的多元化发展为加热不燃烧新型烟草制品提供了较大的机遇。由于加热不燃烧卷烟所施加的加热温度通常较低，使得有害成分种类及释放量明显降低。这从一方面降低了卷烟对人体的危害，另一方面也满足了吸烟人群对卷烟的需求，因此受到消费者的追捧和企业的重视。目前各大公司加大了对新型烟支烟具的研发力度，但是为了保证烟草不燃烧，所施加的加热温度一般较低，不超过300℃，造成加热不燃烧烟草制品普遍存在烟气满足感低等缺点。中国专利申请(申请号为201911174480.2)提出一种密闭式加热不燃烧卷烟，该卷烟采用密闭式的烟具，通过减少烟支中氧气的含量并适当增加烟具的加热温度，使烟草热解出更多的烟气成分，从而改善加热不燃烧新型卷烟制品满足感不强的情况。因此，新型加热不燃烧烟草制品在抽吸过程中烟草段氧气含量的变化对解决加热不燃烧烟草制品烟气满足感不强具有重要影响。因此，需要一种通过直接检测氧含量并获得烟草段逐口氧含量的装置与方法。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供一种卷烟烟草段氧气含量检测装置和使用该检测装置检测卷烟烟草段氧气含量的方法，所述检测装置和检测方法操作简单、准确度较高并可适用于各种规格的新型烟草制品，能够快速获得加热卷烟在抽吸状态下的烟草段逐口氧含量。此外，所述检测装置和方法抗干扰能力强、误差小且稳定性好。
4.根据本发明的一个方面，提供一种卷烟烟草段氧气含量检测装置，所述卷烟包括依次邻接的烟草段、中空段和滤嘴段，所述卷烟烟草段氧气含量检测装置包括加热腔体、密封腔体、第一密封部件、第二密封部件、两个氧气浓度测量装置、吸烟机、气室和处理系统，其中：第一密封部件可拆卸地同时设置在加热腔体和密封腔体的彼此相邻的两个端面上，并且第一密封部件和第二密封部件在检测期间分别可拆卸地位于密封腔体的相对的两个端面上，卷烟在检测期间穿过第一密封部件和第二密封部件，以将烟草段密封在加热腔体内并将中空段和滤嘴段的一部分密封在密封腔体内；滤嘴段在密封腔体外的端部插入吸烟机，并且吸烟机连接到气室，以将抽出的烟气捕集到气室内；以及两个氧气浓度测量装置中的一个设置在密封腔体内、另一个设置在气室内，并且两个氧气浓度测量装置中的每一个都连接到处理系统，所述处理系统用于接收两个氧气浓度测量装置检测到的氧气浓度并通过处理所述氧气浓度获得烟草段氧气含量。
5.进一步地，密封腔体可以进一步包括进气口、用于封闭进气口的密封盖以及分别形成在相对的两个端面上的第一中空段插入孔和第二中空段插入孔，其中第一中空段插入
孔用于插入第一密封部件，第二中空段插入孔用于插入第二密封部件。
6.可选地，密封腔体可以具有在50ml-10l之间的体积。
7.根据一个实施例，第一密封部件和第二密封部件中的每一个可以为密封环。
8.进一步地，密封环可以具有在0.5mm-10mm之间的厚度。
9.进一步地，密封环可以具有在1mm-10mm之间的宽度。
10.可选地，第一密封部件和第二密封部件可以由环氧树脂、聚氯乙烯、三元乙丙橡胶、硅胶、热塑性弹性体(tpe)、氯丁胶或者聚氨酯橡胶制成。
11.根据另一个实施例，两个氧气浓度测量装置可以包括微型探针式氧传感器。
12.进一步地，微型探针式氧传感器可以为固态传感器。
13.另外，固态传感器可以具有气敏元件。
14.可选地，气敏元件可以由半导体材料、半导体复合型材料、氧化锌、氧化铱以及光纤氧化物的复合材料制成。
15.可选地，气敏元件可以具有在0.1nm-1mm之间的尺寸。
16.根据又一个实施例，微型探针式氧传感器可以为光纤氧传感器。
17.进一步地，光纤氧传感器可以包括敏感膜，所述敏感膜由基质材料和荧光染料指示剂形成。
18.可选地，基质材料可以包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、醋酸纤维素、聚氯乙烯、聚苯乙烯或室温硫化硅橡胶中的一种或多种。
19.可选地，荧光染料指示剂可以包括双丁基芘或者ru(i i)双齿配合物中的一种或多种。
20.根据另外一个实施例，两个氧气浓度测量装置可以包括色谱类或光谱类测量装置。
21.根据一个示例性实施例，处理系统可以进一步包括：检测电路，所述检测电路分别与两个氧气浓度测量装置中的每一个相连，以接收检测到的氧气浓度；以及数据采集系统，所述数据采集系统连接到检测电路，以对所述氧气浓度进行数据采集和处理。
22.根据本发明的另一个方面，提供一种使用上述的卷烟烟草段氧气含量检测装置来检测卷烟烟草段氧气含量的方法，包括以下步骤：
23.将待测卷烟经由第一密封部件和第二密封部件插入加热腔体和密封腔体中，使得烟草段被密封在加热腔体内并将中空段和滤嘴段的一部分密封在密封腔体内，此时密封腔体的进气口与大气连通；
24.将滤嘴段的端部插入吸烟机，并检查卷烟烟草段氧气含量检测装置的密封状态；
25.选择吸烟机的抽吸模式；
26.通过两个氧气浓度测量装置检测密封腔体和气室内在吸烟机抽吸前的氧浓度，并发送到处理系统；
27.通过密封盖封闭进气口并启动吸烟机抽吸；
28.抽吸结束后等待处理系统接收到的密封腔体检测信号和气室检测信号稳定，并对所述密封腔体检测信号和所述气室检测信号进行处理，以分别获得密封腔体和气室内在吸烟机抽吸后的氧气浓度；以及
29.通过处理系统根据以下公式计算出卷烟烟草段的氧气含量：
30.x＝(c
2-c
02
)*v
2-(c
01-c1)*v
31.其中，x为抽吸过程中的烟草段氧气含量(ml)；c1为密封腔体内在吸烟机抽吸后的氧气浓度(％)；c2为气室内在吸烟机抽吸后的氧气浓度(％)；c
01
为气室内在吸烟机抽吸前的氧气浓度(％)；c
02
为密封腔体内在吸烟机抽吸前的氧气浓度(％)；v2为密封腔体的体积；v1为气室的体积。
32.根据一个实施例，所述对所述密封腔体检测信号和所述气室检测信号进行处理的步骤包括根据标定曲线将密封腔体检测信号和气室检测信号分别换算为密封腔体和气室内在吸烟机抽吸后的氧气浓度。
33.根据另一个实施例，所述抽吸结束后等待处理系统接收到的密封腔体检测信号和气室检测信号稳定的步骤包括根据密封腔体和气室的体积抽吸多口后打开密封盖，直到两个氧气浓度测量装置的读数稳定后再关闭密封盖进行检测。
34.优选地，卷烟在被检测前可以在温度为22
±
2℃、相对湿度为60
±
5％的环境下平衡48小时，并挑选出平均质量差异在5mg范围内的卷烟用于检测。
35.可选地，抽吸模式可以包括i so抽吸模式或者hci抽吸模式。
附图说明
36.本发明的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中：
37.图1是根据本发明实施例的卷烟烟草段氧气含量检测装置的结构示意图；以及
38.图2是根据本发明的一个实施例的密封腔体的结构示意图。
具体实施方式
39.下面参照附图详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的卷烟烟草段氧气含量检测装置及其检测方法进行进一步说明。
40.根据本发明的卷烟烟草段氧气含量检测装置用于检测加热卷烟在抽吸状态下的烟草段逐口氧含量，包括加热腔体1、密封腔体2、第一密封部件3、第二密封部件4、两个氧气浓度测量装置5、吸烟机6、气室7和处理系统，如图1中所示。待检测的卷烟通常包括依次邻接的烟草段8、中空段9和滤嘴段10。例如，加热腔体的1可以采用周向加热、针式加热、电磁加热中的一种或几种加热方式。
41.具体地，加热腔体1和密封腔体2相邻设置，第一密封部件3可拆卸地同时设置在加热腔体1和密封腔体2的彼此相邻的两个端面上，如图1中所示。另外，第一密封部件3和第二密封部件4在检测期间分别可拆卸地位于密封腔体2的相对的两个端面上。这种结构使得当卷烟在检测期间穿过第一密封部件3和第二密封部件4时，烟草段8被密封在加热腔体1内以便被加热，并将中空段9和滤嘴段10的一部分密封在密封腔体2内，从而构成密闭检测结构。滤嘴段10的一部分位于密封腔体2之外，所述滤嘴段在密封腔体外的端部插入吸烟机6，吸烟机6接着连接到气室7，以将抽出的烟气捕集到气室内。
42.两个氧气浓度测量装置5中的一个设置在密封腔体2内、另一个设置在气室7内以用于实时监测氧气浓度，并且每一个氧气浓度测量装置5都连接到处理系统。所述处理系统用于接收所述两个氧气浓度测量装置检测到的氧气浓度并通过处理所述氧气浓度获得烟
草段氧气含量。根据一个示例性实施例，所述处理系统可以进一步包括检测电路11和数据采集系统12。检测电路11分别与两个氧气浓度测量装置5中的每一个相连以接收检测到的密封腔体2和气室7内的氧气浓度，例如，检测电路可以通过光纤13与氧气浓度测量装置5相连。数据采集系统12连接到检测电路11，以对检测电路接收到的氧气浓度进行数据采集和处理，从而获得烟草段的氧气含量。根据本发明的卷烟烟草段氧气含量检测装置易操作且能够快速得到检测结构，并且抗干扰能力强、误差小且稳定性好，并且可用于检测各种规格的新型烟草制品。
43.根据本发明的一个实施例，密封腔体2可以进一步包括进气口21、用于封闭进气口21的密封盖22以及分别形成在相对的两个端面上的第一中空段插入孔23和第二中空段插入孔24。第一中空段插入孔23用于插入第一密封部件3，第二中空段插入孔24用于插入第二密封部件24。优选地，密封腔体2可以具有在50ml-10l之间的体积。
44.优选地，第一密封部件3和第二密封部件4中的每一个可以为密封环。例如，密封环可以具有在0.5mm-10mm之间的厚度。另外，密封环例如可以具有在1mm-10mm之间的宽度。根据一个示例，第一密封部件3和第二密封部件4可以由环氧树脂、聚氯乙烯、三元乙丙橡胶、硅胶、热塑性弹性体(tpe)、氯丁胶、聚氨酯橡胶或者其他有机聚合物橡胶制成。
45.根据本发明的一个可选实施例，两个氧气浓度测量装置5可以包括微型探针式氧传感器。进一步地，根据一个示例，所述微型探针式氧传感器可以为固态传感器。所述固态传感器例如可以具有气敏元件。可选地，所述气敏元件可以由半导体材料、半导体复合型材料、氧化锌、氧化铱等金属氧化物材料以及光纤氧化物的复合材料制成。优选地，所述气敏元件可以具有在0.1nm-1mm之间的尺寸。根据另一个示例，所述微型探针式氧传感器可以为光纤氧传感器。所述光纤氧传感器可以包括敏感膜，所述敏感膜由基质材料和荧光染料指示剂形成。可选地，所述基质材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、醋酸纤维素、聚氯乙烯、聚苯乙烯或室温硫化硅橡胶中的一种或多种。所述荧光染料指示剂可以包括双丁基芘或者ru(i i)双齿配合物中的一种或多种。另外，氧气浓度测量装置也可以是色谱或其他光谱类测量装置。
46.下面将说明根据本发明的检测卷烟烟草段氧气含量的方法，该方法使用上述的卷烟烟草段氧气含量检测装置进行检测，以便逐口检测卷烟在抽吸过程中的烟草段氧气含量。具体地，根据本发明的检测卷烟烟草段氧气含量的方法可以包括以下步骤：
47.将待测卷烟经由第一密封部件3和第二密封部件4插入加热腔体1和密封腔体2中，使得烟草段8被密封在加热腔体1内并将中空段9和滤嘴段10的一部分密封在密封腔体2内，此时密封腔体2的进气口21与大气连通；
48.将滤嘴段10的端部插入吸烟机6，并检查所述卷烟烟草段氧气含量检测装置的密封状态；
49.选择吸烟机6的抽吸模式，例如，所述抽吸模式可以包括标准抽吸模式(iso抽吸模式)、加拿大深度抽吸模式(hci抽吸模式)或者本领域常用的任一种抽吸模式；
50.通过两个氧气浓度测量装置5检测密封腔体2和气室7内在吸烟机6抽吸前的氧浓度c
01
、c
02
，并发送到处理系统；
51.通过密封盖22封闭进气口21并启动吸烟机6抽吸；
52.抽吸结束后等待处理系统接收到的密封腔体检测信号和气室检测信号稳定，并对
所述密封腔体检测信号和所述气室检测信号进行处理，以分别获得密封腔体2和气室7内在吸烟机6抽吸后的氧气浓度c1、c2；以及
53.通过处理系统根据以下公式计算出卷烟烟草段的氧气含量：
54.x＝(c
2-c
02
)*v
2-(c
01-c1)*v
55.其中，x为抽吸过程中的烟草段氧气含量(ml)；c1为密封腔体2内在吸烟机6抽吸后的氧气浓度(％)；c2为气室7内在吸烟机6抽吸后的氧气浓度(％)；c
01
为气室7内在吸烟机6抽吸前的氧气浓度(％)；c
02
为密封腔体2内在吸烟机6抽吸前的氧气浓度(％)；v2为密封腔体2的体积；v1为气室7的体积。
56.此外，所述对密封腔体检测信号和气室检测信号进行处理的步骤可以进一步包括根据标定曲线将密封腔体检测信号和气室检测信号分别换算为密封腔体和气室内在吸烟机抽吸后的氧气浓度。
57.根据一个实施例，所述抽吸结束后等待处理系统接收到的密封腔体检测信号和气室检测信号稳定的步骤可以进一步包括根据密封腔体2和气室7的体积抽吸多口(例如，3-5口)后打开密封盖22，直到两个氧气浓度测量装置的读数稳定后再关闭密封盖22进行检测。
58.当对卷烟进行检测时，待检测的卷烟样品在被检测前优选地可以在温度为22
±
2℃、相对湿度为60
±
5％的环境下平衡48小时，并挑选出平均质量差异在5mg范围内的卷烟用于检测。
59.接下来，将说明根据本发明的两个示例性实施例。
60.第一示例性实施例
61.检测某牌号加热不燃烧卷烟在iso抽吸模式下的烟草段逐口氧含量。
62.1、某牌号加热不燃烧卷烟样品的制备与挑选。在温度为22
±
2℃、相对湿度为60
±
5％的环境下，将卷烟样品平衡48小时，挑选若干支，控制平均质量在5mg范围内。
63.2、密封环为聚氯乙烯材质，厚度约为1mm，宽度为3mm。密封腔体2的体积为500ml，气室7的体积为500ml。
64.3、对密封腔体2及气室7内的氧气浓度测量装置5进行标定，绘制标准曲线。
65.4、将卷烟按照图1所示与根据本发明的卷烟烟草段氧气含量检测装置连接，采样口5位置处放置光纤氧传感器，启动吸烟机进行iso标准模式抽吸。在吸烟机6抽吸前，密封腔体2内的氧气浓度为c
01
，气室7内的氧气浓度为c
02
，而在吸烟机6抽吸后，密封腔体2及气室7内的浓度分别为c1、c2。实验数据记录及烟草段的氧含量结果如表1所示。
66.5、抽吸4口之后，打开密封盖22，待光纤氧传感器的读数稳定后，再进行测量。
67.表1.iso抽吸模式下的烟草段逐口氧气含量变化情况
[0068][0069]
第二示例性实施例
[0070]
检测某牌号加热不燃烧卷烟在iso抽吸模式下的烟草段逐口氧含量。
[0071]
1、某牌号加热不燃烧卷烟样品的制备与挑选。在温度为22
±
2℃、相对湿度为60
±
5％的环境下，将卷烟样品平衡48小时，挑选若干支，控制平均质量在5mg范围内。
[0072]
2、密封环为聚氯乙烯材质，厚度约为0.5mm，宽度为5mm。密封腔体2的体积为300ml，气室的体积为300ml。
[0073]
3、色谱仪标定，绘制标准曲线。
[0074]
4、将卷烟按照图1所示与根据本发明的卷烟烟草段氧气含量检测装置连接，采样口5位置处插入色谱采样口，启动吸烟机6进行iso标准模式抽吸。在吸烟机6抽吸前，密封腔体2内的氧气浓度为c
01
，气室7内的氧气浓度为c
02
，而在吸烟机6抽吸后，静置60s，测得密封腔体2及气室7内的氧气浓度分别为c1、c2。实验数据记录及烟草段的氧含量结果如表2所示。
[0075]
5、抽吸3口之后，打开密封盖22，120s后，再进行测量。
[0076]
表2.iso抽吸模式下的烟草段逐口氧气含量变化情况
[0077][0078]
尽管对本发明的示例性实施例进行了说明，但是显然本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以对这些实施例进行改变，本发明的保护范围在权利要求书及其等效形式中进行了限定。