卷烟纸助燃有害物质影响

卷烟纸作为卷烟的辅料，约占烟支总质量的5%，尽管所占比例很小，但它对卷烟整体性能的影响却远远大于其他非烟草组分，另外，它对卷烟的静态燃烧速率、通风度、抽吸口数、烟支吸阻和主流、侧流烟气量都有较大影响，由于它参与燃烧，所以对卷烟烟气中危害性组分有着直接的影响［1-4］。卷烟纸助剂对卷烟烟气也有重要的影响［5-6］。以往考察卷烟烟气的危害性主要考虑烟气中的焦油、CO、烟碱等指标，在传统的卷烟纸研究中发现，通过加入助燃剂改善烟纸的燃烧性能，能够降低CO及焦油在烟气中的含量［5］。刘丽敏［7］分析了卷烟纸中助燃剂含量对烟气中焦油生成量的影响因素，通过控制助燃剂含量，稳定卷烟纸的燃烧速度，从而控制烟气中的焦油量。等人［8］研究了卷烟纸中柠檬酸钾钠混合盐助燃剂对卷烟主流烟气的影响，发现在助燃剂含量0.5%～2.0%范围内，随着含量的增加，抽吸口数、烟气中焦油量、CO量和烟碱量均显著下降。然而，焦油中只有少量的成分是有害的，用焦油量来评价卷烟烟气的危害性并不准确。本实验根据目前受国际普遍认可的评价标准“加拿大政府公布的46种有害物质名单”，结合国内比较重视的7种有害物质［9］，研究了卷烟主流烟气中7类(20种)主要有害成分与卷烟纸中助燃剂含量的关系，旨在为低危害卷烟的设计提供参考。

1实验

1.1材料及仪器Clarus500气相色谱-质谱联用仪(美国PerkinElmer公司);Agilent1100高效液相色谱仪，配备荧光检测器，DAD检测器和色谱工作站;ICS-3000型离子色谱仪(美国Dionex公司)，配备双泵模块、电导检测器、自动进样器和Chromeleon6.8色谱工作站;AcqityTMUPLC超高效液相色谱仪(美国Waters公司)，API3200QTRAP串联三重四级杆线性离子肼色谱仪(美国ABI公司);BranRubbe连续流动分析仪;SM40020孔道直线型吸烟机;BondElutJR-SI固相萃取柱;HR-XC(MCX)固相萃取柱。标品:9-苯基蒽、苯并蒽、Chrysene、苯并［α］芘、2，4-二硝基苯肼-甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2-丁酮、丁醛、o，p，m-苯二酚、苯酚、o，p，m-甲酚、NNK(亚硝胺)、d-NNK、NH3、HCN(氰化氢)标准品(纯度99%)。试剂:色谱纯环己烷、乙腈、四氢呋喃、异丙醇;分析纯高氯酸、2，4-二硝基苯肼、甲磺酸、盐酸、聚乙烯月桂醚、NaOH、氯胺T、KHC8H4O4(邻苯二甲酸氢钾)、异烟酸、KCN;分析纯柠檬酸钾、酒石酸钾钠。5种卷烟纸，卷烟纸中助燃剂含量依次为15、20、25、30、35kg/t，定量为28g/m2，透气度为60CU;实验烟丝;接装纸(200CU);滤棒(3430Pa)。

1.2卷烟的制备用同一台卷烟机将5种助燃剂(柠檬酸钾、酒石酸钾钠按质量比1∶1混合)含量不同的卷烟纸在相同的条件下卷制成卷烟，样品编号见表1，按GB/T19609—2004［10］规定的方法，挑选出同一圆周、质量和吸阻范围内的烟支。1.3实验方法使用气相色谱-质谱法［11］、YC/T254—2008［12］、YC/T255—2008［13］、GB/T23228—2008［14］、YC/T253—2008［15］、离子色谱法［16］测定卷烟主流烟气中的稠环芳烃、羰基化合物、酚类物质、NNK、HCN、NH3的释放量。按GB/T19609—2004［10］卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油和YC/T30—1996［17］卷烟烟气气相中CO的测定-非散射红外法测定烟气总粒相物和CO量;按YC/T156—200l［18］卷烟总粒相物中烟碱的测定-气相色谱法和YC/T157—200l［19］卷烟总粒相物中水分的测定-气相色谱法测定烟气烟碱量和水分;按GB/T19609—2004［10］计算出焦油量。

2结果与讨论

2.1卷烟纸中添加不同量助燃剂对主流烟气中稠环芳烃释放量的影响根据测定结果，以卷烟纸助燃剂含量为自变量，稠环芳烃释放量为因变量，对实验数据进行回归分析，所得结果见表2。由表2中数据可知，当卷烟纸助燃剂含量为20kg/t时，3种稠环芳烃的总释放量达到最低值，而含量超过20kg/t时，3种稠环芳烃的总释放量随助燃剂含量的增加而增加，据文献报道［20］，有机钾盐在热裂解时，会产生稠环芳烃，这可能是导致稠环芳烃释放量增加的原因。根据实验结果得知，卷烟纸中助燃剂的最佳含量为20kg/t。

2.2卷烟纸中添加不同量助燃剂对主流烟气中羰基化合物释放量的影响根据测定结果，以卷烟纸助燃剂含量为自变量，羰基化合物释放量为因变量，对实验数据进行回归分析，所得结果见表3。如表3所示，当卷烟纸助燃剂含量超过20kg/t，随着卷烟纸助燃剂的增加，除甲醛外的各羰基化合物的释放量呈减少趋势，其中乙醛、丙烯醛、丙醛、巴豆醛、2-丁酮的变化趋势可以用2次函数来模拟。导致醛酮释放量降低的原因可能是随着卷烟纸中助燃剂含量的增加，加快了卷烟纸的阴燃速率［21］，从而减少了卷烟的抽吸口数所导致的。说明卷烟纸中助燃剂的含量增加有助于降低卷烟主流烟气中羰基化合物释放量。

2.3卷烟纸中添加不同量助燃剂对主流烟气中酚类化合物释放量的影响根据测定结果，以卷烟纸助燃剂含量为自变量，酚类化合物释放量为变量，对实验数据进行回归分析，所得结果见表4。由表4所示，随着卷烟纸助燃剂含量增加，除间-苯二酚、邻-甲酚无明显变化规律外，对-苯二酚、邻-苯二酚、苯酚、间、对-甲酚的释放量均呈现出线性减少的趋势。这可能是因为随着卷烟纸中助燃剂含量的增加，加快了卷烟纸的阴燃速率，从而减少了卷烟的抽吸口数所导致的。说明卷烟纸中助燃剂的含量增加有助于降低酚类化合物的释放量。

2.4卷烟纸中复配助燃剂含量不同对主流烟气中NNK释放量的影响根据测定结果，以卷烟纸助燃剂含量为自变量，NNK释放量为因变量，对实验数据进行回归分析，所得结果见表5。由表5已知，随着卷烟纸中助燃剂含量的增加，卷烟主流烟气中NNK的释放量基本无变化。

2.5卷烟纸中助燃剂含量不同对主流烟气中HCN释放量的影响根据测定结果，以卷烟纸助燃剂含量为自变量，HCN释放量为因变量，对实验数据进行回归分析，所得结果见表6。由表6所示，当卷烟纸助燃剂含量小于30kg/t时，随着卷烟纸中助燃剂含量的增加，卷烟主流烟气中HCN的释放量减少，其变化趋势可用2次函数来模拟。回归方程:y=0.041x2－2.504x+131.337，R2=0.84。因此，从HCN的释放量考虑，卷烟纸中助燃剂的最佳含量为30kg/t。

2.6卷烟纸中助燃剂含量不同对主流烟气中NH3释放量的影响根据测定结果，以卷烟纸助燃剂含量为自变量，NH3释放量为因变量，对实验数据进行回归分析，所得结果见表7。由表7所示，当卷烟纸助燃剂含量小于30kg/t时，随着卷烟纸中卷烟纸助燃剂含量的增加，卷烟主流烟气中NH3的释放量减少，其变化趋势可用2次函数来模拟。回归方程:y=0.004x2－0.248x+10.504，R2=0.821。因此，从NH3的释放量考虑，卷烟纸中助燃剂的最佳含量为30kg/t。2.7卷烟纸中助燃剂含量不同对主流烟气中焦油、CO释放量的影响根据测定结果，以卷烟纸助燃剂含量为自变量，焦油、CO释放量为因变量，对实验数据进行回归分析，所得结果见表8。由表8所示，随着卷烟纸助燃剂的增加，烟气中焦油、CO释放量减少，其变化趋势可用2次函数来模拟。回归方程:焦油:y=0.0006x2－0.0886x+14.509;CO:y=－0.0009x2－0.0351x+12.777。焦油:R2=0.994;CO:R2=0.938。说明增加卷烟纸助燃剂含量可以有效降低烟气中的焦油与CO。

3结论

在卷烟纸中添加助燃剂可以减少卷烟主流烟气中的焦油量，从而降低主流烟气中羰基化合物、酚类化合物以及CO的释放量，当卷烟纸助燃剂含量小于kg/t时，卷烟主流烟气中NH3、HCN的释放量随着卷烟纸中助燃剂含量的增加而减少，稠环芳烃的释放量在20kg/t时达到最小，部分有害物质随卷烟纸助燃剂的变化规律可用数学方程模拟。这说明卷烟纸助燃剂可以有效降低烟气的有害成分，但对NNK的释放量影响不大。