烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法与流程

1.本发明涉及卷烟烟气检测技术领域，更具体地，涉及一种烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法。


背景技术：

2.气溶胶是卷烟烟气的重要组成部分，对环境和人体健康有着重要的影响。烟气气溶胶的理化特性是烟草科学研究领域的重要内容。目前对烟气气溶胶化学组分的研究较多，而烟气气溶胶物理特性的研究较少。
3.烟气气溶胶的物理特性包括粒径、浓度、形状、相态、密度等。目前，对烟气气溶胶的研究大多集中于其浓度和粒径的分布，对其形态与密度的研究报道较少。现有技术中，常使用扫描电镜进行烟气气溶胶形态的表征，扫描电镜是一种离线分析方法，但在样品收集的过程中，烟气气溶胶的形态可能会发生变化，从而导致测量有误差，且该方法只能观察颗粒的大小和形状，无法获得气溶胶的密度信息。
4.因此，有必要解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提出一种烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法，以检测烟气气溶胶的形态和密度，且提高烟气气溶胶的形态检测准确性。
6.基于上述目的，本发明提供一种烟气气溶胶的形态和密度检测装置，包括吸烟机、干燥管、稀释器、电中和器、离心式微粒质量分析仪、差分电迁移率分析仪、凝聚核粒子计数器，所述吸烟机、所述干燥管、所述稀释器、所述电中和器、所述离心式微粒质量分析仪、所述差分电迁移率分析仪、所述凝聚核粒子计数器依次相连通。
7.可选的，所述烟气气溶胶的形态和密度检测装置包括多个气体管道，所述吸烟机、所述干燥管、所述稀释器、所述电中和器、所述离心式微粒质量分析仪、所述差分电迁移率分析仪、所述凝聚核粒子计数器通过多个所述气体管道依次串联相连通。
8.可选的，所述吸烟机为单孔道模拟吸烟机。
9.可选的，所述单孔道模拟吸烟机包括深度抽吸模块和自定义模块。
10.可选的，所述离心式微粒分析仪的检测范围为0.2ag-1050fg。
11.基于同一发明构思，本发明还提供一种烟气气溶胶的形态和密度检测方法，使用前述任一技术方案所述的烟气气溶胶的形态和密度检测装置，包括以下步骤：步骤一、将卷烟样品经所述吸烟机按照设定抽吸模式产生烟气气溶胶，并经所述干燥管去除水分后进入所述稀释器；步骤二、所述烟气气溶胶经所述稀释器进行稀释；步骤三、稀释后的所述烟气气溶胶进入所述电中和器，并在所述电中和器中带上电荷，形成带电烟气气溶胶；步骤四、用所述离心式微粒质量分析仪对所述带电烟气气溶胶进行筛选，通过不同的参数设置，选取出预设质量的单分散烟气气溶胶，以获得所述单分散烟气气溶胶的质量；步骤五、用所述差分电迁移率分析仪和所述凝聚核粒子计数器对所述单分散烟气气溶胶的粒径和浓度进
行检测，获得所述单分散烟气气溶胶的粒谱分布，以获得所述单分散烟气气溶胶的中心粒径；步骤六、以所述单分散烟气气溶胶的质量为纵坐标，以所述单分散烟气气溶胶的中心粒径为横坐标，按照指数公式m＝a
×
db拟合，式中m为所述单分散烟气气溶胶的质量，d为所述单分散烟气气溶胶的中心粒径，a、b为拟合值，若拟合指数b为3，则所述烟气气溶胶的形态为液态球形，此时得到的密度为所述烟气气溶胶的真实密度，其值为6a/π；若拟合指数b小于3，则所述烟气气溶胶的形态为固态非球形，此时得到的密度为所述烟气气溶胶的有效密度，其值为6a/π，由拟合结果可获得所述烟气气溶胶的形态和密度。
12.可选的，所述步骤二中，所述稀释器内设置有氮气，所述氮气对所述烟气气溶胶进行稀释。
13.本发明提供的烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法，烟气气溶胶的形态和密度检测装置包括依次串联相连通的吸烟机、干燥管、稀释器、电中和器、离心式微粒质量分析仪、差分电迁移率分析仪、凝聚核粒子计数器，从卷烟样品中抽吸出来的烟气气溶胶经过干燥管后，去除了烟气气溶胶中的水分，再经过稀释器后进行稀释，电中和器使稀释后的烟气气溶胶带上电荷，并经过离心式微粒质量分析仪后，获得预设质量的单分散气溶胶的质量，差分电迁移率分析仪和凝结核粒子计数器对上述预设质量的单分散烟气气溶胶的粒谱进行测量，获得预设质量的单分散烟气气溶胶的中心粒径，以单分散烟气气溶胶的质量为纵坐标，以单分散烟气气溶胶的中心粒径为横坐标，按照指数公式m＝a
×
db拟合，若拟合指数b为3，则烟气气溶胶的形态为液态球形，此时得到的密度为烟气气溶胶的真实密度，其值为6a/π；若拟合指数b小于3，则烟气气溶胶的形态为固态非球形，此时得到的密度为烟气气溶胶的有效密度，其值为6a/π，由拟合结果可获得烟气气溶胶的形态和密度，整个过程均以在线的方式进行，不需要用滤膜收集等采样过程，减少了离线方法的不确定性，且将电中和器前置于离心式微粒质量分析仪，可预先选择一定质量的单分散气溶胶，再对其中心粒径进行扫描检测，相较于气溶胶领域传统的先检测中心粒径再预设质量扫描的工作模式，本发明提高了烟气气溶胶的质量和中心粒径测量的分辨率，检测结果的重复性更好，也大幅度地减少了测量时间。本发明提供的烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法，检测了烟气气溶胶的形态和密度，且提高了烟气气溶胶的形态检测准确性。
附图说明
14.下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例，将有助于理解本发明的目的和优点，其中:
15.图1为本发明一实施例的烟气气溶胶的形态和密度检测装置的结构示意图；
16.图2为本发明一实施例的烟气气溶胶的形态和密度检测方法的流程图。
17.附图标记说明：
18.1：吸烟机；2：干燥管；3：稀释器；4：电中和器；5:离心式微粒质量分析仪；6:差分电迁移率分析仪；7:凝聚核粒子计数器。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本发明进行详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图
中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
20.如图1所示，本发明提供的烟气气溶胶的形态和密度检测装置，包括吸烟机1、干燥管2、稀释器3、电中和器4、离心式微粒质量分析仪5、差分电迁移率分析仪6、凝聚核粒子计数器7，吸烟机1、干燥管2、稀释器3、电中和器4、离心式微粒质量分析仪5、差分电迁移率分析仪6、凝聚核粒子计数器7依次串联相连通。
21.本发明提供的烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法，烟气气溶胶的形态和密度检测装置包括依次串联相连通的吸烟机1、干燥管2、稀释器3、电中和器4、离心式微粒质量分析仪5、差分电迁移率分析仪6、凝聚核粒子计数器7，从卷烟样品中抽吸出来的烟气气溶胶经过干燥管2后，去除了烟气气溶胶中的水分，再经过稀释器3后进行稀释，电中和器4使稀释后的烟气气溶胶带上电荷，并经过离心式微粒质量分析仪5后，获得预设质量的单分散气溶胶的质量，差分电迁移率分析仪6和凝结核粒子计数器对上述预设质量的单分散烟气气溶胶的粒谱进行测量，获得预设质量的单分散烟气气溶胶的中心粒径，以单分散烟气气溶胶的质量为纵坐标，以单分散烟气气溶胶的中心粒径为横坐标，按照指数公式m＝a
×
db拟合，若拟合指数b为3，则烟气气溶胶的形态为液态球形，此时得到的密度为烟气气溶胶的真实密度，其值为6a/π；若拟合指数b小于3，则烟气气溶胶的形态为固态非球形，此时得到的密度为烟气气溶胶的有效密度，其值为6a/π，由拟合结果可获得烟气气溶胶的形态和密度，整个过程均以在线的方式进行，不需要用滤膜收集等采样过程，减少了离线方法的不确定性，且将电中和器4前置于离心式微粒质量分析仪5，可预先选择一定质量的单分散气溶胶，再对其中心粒径进行扫描检测，相较于气溶胶领域传统的先检测中心粒径再预设质量扫描的工作模式，本发明提高了烟气气溶胶的质量和中心粒径测量的分辨率，检测结果的重复性更好，也大幅度地减少了测量时间。本发明提供的烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法，检测了烟气气溶胶的形态和密度，且提高了烟气气溶胶的形态检测准确性。
22.本发明一实施例中，烟气气溶胶的形态和密度检测装置包括多个气体管道，吸烟机1、干燥管2、稀释器3、电中和器4、离心式微粒质量分析仪5、差分电迁移率分析仪6、凝聚核粒子计数器7通过多个气体管道依次串联相连通，气体管道将上述部件依次串联连通起来，提高了烟气气溶胶的形态和密度检测装置的使用方便性。
23.本发明一实施例中，吸烟机1为单孔道模拟吸烟机1。抽吸效果较好，提高了烟气气溶胶的形态和密度检测装置的使用可靠性。
24.本发明一实施例中，单孔道模拟吸烟机1包括深度抽吸模块和自定义模块。多个抽吸模块的切换，提高了单孔道模拟吸烟机1的使用适用性，进而提高了烟气气溶胶的形态和密度检测装置的使用适用性。
25.本发明一实施例中，离心式微粒分析仪的检测范围为0.2ag-1050fg。上述检测范围的离心式微粒分析仪，通过烟气气溶胶所受离心力和电场力的平衡关系，可较好地选取出预设质量的单分散气溶胶，提高了烟气气溶胶的形态和密度检测装置的使用方便性。
26.如图1和图2所示，基于同一发明构思，本发明一实施例中还提供一种烟气气溶胶的形态和密度检测方法，使用前述任一实施例的烟气气溶胶的形态和密度检测装置，包括以下步骤：步骤一、将卷烟样品经吸烟机1按照设定抽吸模式产生烟气气溶胶，并经干燥管2去除水分后进入稀释器3；步骤二、烟气气溶胶经稀释器3进行稀释；步骤三、稀释后的烟气
气溶胶进入电中和器4，并在电中和器4中带上电荷，形成带电烟气气溶胶；步骤四、用离心式微粒质量分析仪5对带电烟气气溶胶进行筛选，通过不同的参数设置，选取出预设质量的单分散烟气气溶胶，以获得单分散烟气气溶胶的质量；步骤五、用差分电迁移率分析仪6和凝聚核粒子计数器7对单分散烟气气溶胶的粒径和浓度进行检测，获得单分散烟气气溶胶的粒谱分布，以获得单分散烟气气溶胶的中心粒径；步骤六、以单分散烟气气溶胶的质量为纵坐标，以单分散烟气气溶胶的中心粒径为横坐标，按照指数公式m＝a
×
db拟合，式中m为单分散烟气气溶胶的质量，d为单分散烟气气溶胶的中心粒径，a、b为拟合值，若拟合指数b为3，则烟气气溶胶的形态为液态球形，此时得到的密度为烟气气溶胶的真实密度，其值为6a/π；若拟合指数b小于3，则烟气气溶胶的形态为固态非球形，此时得到的密度为烟气气溶胶的有效密度，其值为6a/π，由拟合结果可获得烟气气溶胶的形态和密度。
27.具体地，步骤一中，烟气气溶胶经干燥管2将相对湿度降到20％；步骤四中，可以依次筛选出质量为0.5fg、1fg、2fg、4fg、8fg、16fg、32fg、64fg的单分散烟气气溶胶供进一步检测；步骤五中，差分电迁移率分析仪6和凝结核粒子计数器串联使用，样流为0.3l/min，鞘流为3l/min，在14-670nm范围内。
28.本发明一实施例中，步骤二中，稀释器3内设置有氮气，氮气对烟气气溶胶进行稀释。具体地，用氮气将烟气气溶胶浓度稀释100倍，提高了烟气气溶胶的形态和密度检测方法的操作方便性。
29.本发明提供的烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法，烟气气溶胶的形态和密度检测装置包括依次串联相连通的吸烟机1、干燥管2、稀释器3、电中和器4、离心式微粒质量分析仪5、差分电迁移率分析仪6、凝聚核粒子计数器7，从卷烟样品中抽吸出来的烟气气溶胶经过干燥管2后，去除了烟气气溶胶中的水分，再经过稀释器3后进行稀释，电中和器4使稀释后的烟气气溶胶带上电荷，并经过离心式微粒质量分析仪5后，获得预设质量的单分散气溶胶的质量，差分电迁移率分析仪6和凝结核粒子计数器对上述预设质量的单分散烟气气溶胶的粒谱进行测量，获得预设质量的单分散烟气气溶胶的中心粒径，以单分散烟气气溶胶的质量为纵坐标，以单分散烟气气溶胶的中心粒径为横坐标，按照指数公式m＝a
×
db拟合，若拟合指数b为3，则烟气气溶胶的形态为液态球形，此时得到的密度为烟气气溶胶的真实密度，其值为6a/π；若拟合指数b小于3，则烟气气溶胶的形态为固态非球形，此时得到的密度为烟气气溶胶的有效密度，其值为6a/π，由拟合结果可获得烟气气溶胶的形态和密度，整个过程均以在线的方式进行，不需要用滤膜收集等采样过程，减少了离线方法的不确定性，且将电中和器4前置于离心式微粒质量分析仪5，可预先选择一定质量的单分散气溶胶，再对其中心粒径进行扫描检测，相较于气溶胶领域传统的先检测中心粒径再预设质量扫描的工作模式，本发明提高了烟气气溶胶的质量和中心粒径测量的分辨率，检测结果的重复性更好，也大幅度地减少了测量时间。本发明提供的烟气气溶胶的形态和密度检测装置及检测方法，检测了烟气气溶胶的形态和密度，且提高了烟气气溶胶的形态检测准确性。
30.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。