專利名稱：：煙氣捕集吸收裝置及在卷煙煙氣重金屬元素測定中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于巻煙煙氣有害成分分析測定
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種煙氣捕集吸收裝置及其在電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測定巻煙煙氣6種有害重金屬元素Hg、Pb、As，Cd，Cr，Ni中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：巻煙是一種特殊的'食品，隨著吸煙與健康運(yùn)動(dòng)的深入，人們對巻煙吸食的安全性問題越來越重視，重金屬元素是巻煙中的一類重要有害成分。因此，準(zhǔn)確測定巻煙煙氣中的重金屬元素對煙草安全性保證具有現(xiàn)實(shí)意義。電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)是近年來迅速發(fā)展起來的一門新型分析測試技術(shù)，其主要特點(diǎn)是靈敏度高、檢出限低、線性檢測范圍寬(可達(dá)8個(gè)數(shù)量級)，并可同時(shí)進(jìn)行多元素測定等。在巻煙煙氣中重金屬元素的測定中，煙氣的捕集直接影響測定的準(zhǔn)確性。國內(nèi)已有用許多ICP-MS測定重金屬元素的報(bào)道，文獻(xiàn)報(bào)道了用劍橋?yàn)V片收集粒相物，濾片用1MHN03溶液浸取，ICP-MS測定煙氣總粒相物中重金屬元素的方法。但是該方法只能捕集煙氣粒相物中的重金屬，不能全面反應(yīng)煙氣中重金屬含量。其他煙氣捕集方法有冷阱捕集、靜電沉降捕集、取樣袋直接捕集以及溶液捕集方法等，這些方法依然滿足巻煙煙氣捕集達(dá)到準(zhǔn)確定量分析的要求。為此，本發(fā)明人在溶液捕集法的基礎(chǔ)上研制開發(fā)了一種巻煙煙氣捕集吸收裝置，用于巻煙煙氣中重金屬元素的捕集，并在ICP-MS法測定巻煙煙氣重金屬元素種得以應(yīng)用，并取得了滿意的分析測試結(jié)果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一目的在于提供一種便于拆開清洗，能夠充分高效吸收煙氣成分的煙氣捕集吸收裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用煙氣捕集吸收裝置測定巻煙煙氣6種有害重金屬元素Hg、Pb、As，Cd，Cr，Ni的方法。本發(fā)明的第一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括外套管、內(nèi)套管和密封塞，外套管、內(nèi)套管、密封塞依次密封配合，內(nèi)套管中設(shè)置上下篩板，兩篩板之間填充緩沖填料。本發(fā)明的另一目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，包括下列步驟-A、煙氣捕集吸收裝置中注入捕集劑5X的硝酸35mL，用于捕集巻煙煙氣中的重金屬元素；B、檢測巻煙的處理，取巻煙樣品l條，在GB/T16447標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行平衡，挑選平均重量士0.02g和平均吸阻士49Pa的煙只作為測試樣品；將煙只密封裝設(shè)于煙氣捕集吸收器的吸入口機(jī)上，在YC/T29標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下用吸煙機(jī)從煙氣捕集吸收器排出口進(jìn)行抽吸，每口抽吸容量為35.0±0.3mL，抽吸時(shí)間為2士0.1s,抽吸間隔為30土s，每次抽吸20支煙；捕集完后從煙氣捕集吸收器中將吸收了煙氣的捕集液倒出，分兩次用7.0mL5X的硝酸超聲清洗吸收器，溶液與捕集液合并后定容到50mL;同時(shí)按常規(guī)工藝制作對照空白樣品；C、儀器工作的參數(shù)選擇儀器RF功率1400W;采樣深度7mm;等離子體氣流Ar，15L/min;載氣Ar，1.2L/min;輔助氣Ar，1.0L/min;霧化室溫度2°C;積分時(shí)間0.05s;進(jìn)樣速度0.4mL/min;選擇同位素2G8Pb、75As、mCd、52Cr、60NUl]2Q2Hg;選擇Sc、Y、Bi和In作為內(nèi)標(biāo)物。D、采用EPA200.8方法推薦的干擾校正公式扣除同離子干擾；通過半定量掃描了解樣品中主要元素、高含量元素，調(diào)整樣品的測定濃度，使之處于測定線性動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)；用Pb、As、Cd、Cr、Ni和Hg的標(biāo)準(zhǔn)溶液和體積分?jǐn)?shù)5%的硝酸配制一套混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，并分別加入內(nèi)標(biāo)溶液，然后用等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行測定，按實(shí)驗(yàn)方法對空白液連續(xù)進(jìn)行10次測量，計(jì)算出計(jì)數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以計(jì)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對應(yīng)的濃度作為檢測限。計(jì)算公式為Z)f36Z)化，其中SD為空白溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差，A:為工作曲線斜率。由于本發(fā)明采用了自行設(shè)計(jì)的煙氣捕集吸收裝置，與常規(guī)吸收裝置相比，煙氣的逸出可以得到緩和，在捕集劑中的停留時(shí)間延長；而且經(jīng)篩板的分散和緩沖填料的緩沖，煙氣吸收的表面積大大增大，可保證煙氣與捕集劑接觸充分，使煙氣成分得到高效率的吸收，6種重金屬元素的檢出限在0.003-0.008pg/L之間；相關(guān)系數(shù)r》0.9990;回收率在85%-103%之間；RSD<3.4%。而且本發(fā)明裝置可拆開清洗，清洗非常方便；該方法檢測靈敏度高，檢出限低，具有良好的準(zhǔn)確度和精密度，可滿足巻煙煙氣中痕量重金屬元素分析的要求。下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制。附圖為本發(fā)明煙氣捕集吸收裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中l(wèi)外套管，2內(nèi)套管，3密封塞，4下篩板，5緩沖填料，6上篩板，7吸入口，8排出口。具體實(shí)施例方式如附圖所示，本發(fā)明煙氣捕集吸收器，包括外套管l、內(nèi)套管2和密封塞3，外套管1設(shè)有吸入口7，排出口8，外套管1、內(nèi)套管2、密封塞3依次密封配合，內(nèi)套管2中設(shè)置上篩板6、下篩板4，兩篩板之間填充緩沖填料5。所述的緩沖填料5為玻璃珠、陶瓷粒和四氟乙烯粉末等。所述的緩沖填料5的粒徑為50~150|Lim,尤其為80—120pm。所述的上篩板6、下篩板4的孔徑為30—50pm。外套管.l和內(nèi)套管2之間，根據(jù)捕集煙氣成分的不同選擇合適的捕集液和材料，如硫酸、硝酸、鹽酸和有機(jī)試劑等液體捕集；也可以選擇固體吸附劑，如硅膠、活性炭、C18、弗羅里硅土、離子交換樹脂、活性氧化鋁和碳分子篩等。應(yīng)用煙氣捕集吸收裝置分析測定巻煙煙氣中重金屬元素的方法，包括下列步驟A、煙氣捕集吸收裝置中注入捕集劑5X的硝酸35mL，用于捕集巻煙煙氣中的重金屬元素；B、檢測巻煙的處理，取巻煙樣品l條，在GB/T16447標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行平衡，挑選平均重量士0.02g和平均吸阻士49Pa的煙只作為測試巻煙；將煙只密封裝設(shè)于煙氣捕集吸收器的吸入口機(jī)上，在YC/T29標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下用吸煙機(jī)從煙氣捕集吸收器排出口進(jìn)行抽吸，每口抽吸容量為35.0±0.3mL，抽吸時(shí)間為2土0.1s，抽吸間隔為30土s，每次抽吸20支煙；捕集完后從煙氣捕集吸收器中將吸收了煙氣的捕集液倒出，分兩次用7.0mL5X的硝酸超聲清洗吸收器，溶液與捕集液合并后定容到50mL;同時(shí)按常規(guī)工藝制作對照空白樣品；C、儀器工作的參數(shù)選擇儀器RF功率1400W;采樣深度7mm;等離子體氣流Ar，15L/min;載氣Ar，1.2L/min;輔助氣Ar，1.0L/min;霧化室溫度2°C;積分時(shí)間0.05s;進(jìn)樣速度0.4mL/min;選擇同位素2G8Pb、75As、mCd、52Cr、6QN^n2Q2Hg;選擇Sc、Y、Bi和In作為內(nèi)標(biāo)物。D、采用EPA200.8方法推薦的干擾校正公式扣除同離子干擾;通過半定量掃描了解樣品中主要元素、高含量元素，調(diào)整樣品的測定濃度，使之處于測定線性動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)；根據(jù)待分析元素及其含量范圍，用Pb、As、Cd、Cr、Ni和Hg的標(biāo)準(zhǔn)溶液和體積分?jǐn)?shù)5%的硝酸配制一套混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，并分別加入內(nèi)標(biāo)溶液，然后用等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行測定，按實(shí)驗(yàn)方法對空白液連續(xù)進(jìn)行IO次測量，計(jì)算出計(jì)數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以計(jì)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對應(yīng)的濃度作為檢測限。計(jì)算公式為D^3SD"，其中SZ)為空白溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差，A為工作曲線斜率。本發(fā)明煙氣捕集吸收裝置的工作過程捕集煙氣時(shí)，巻煙煙氣由外套管1的吸入口7吸進(jìn)，由密封塞3的排出口8出，在內(nèi)套管中裝了孔徑30-50)Lim的上下兩個(gè)篩板，兩篩板之間裝直徑100jLim的玻璃珠作為緩沖；這樣煙氣吸入后通過下篩板分散為多股小氣流，經(jīng)過玻璃珠緩沖帶，然后再由上篩板流出，再次得到分散，'使煙氣充分的被捕集液吸收。表l回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢測限<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例1:取某品牌巻煙樣品l條，在GB/T16447標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行平衡，挑選平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的煙只作為測試巻煙；將煙只密封裝設(shè)于煙氣捕集吸收器的吸入口機(jī)上，在YC/T29標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下用吸煙機(jī)從煙氣捕集吸收器排出口進(jìn)行抽吸，每口抽吸容量為35.0±0.3mL，抽吸時(shí)間為2士0.1s，抽吸間隔為30士s，每次抽吸20支煙，煙氣用35mL5X的硝酸為捕集劑；捕集完后從煙氣捕集吸收器中將吸收了煙氣的捕集液倒出，分兩次用7.0mL5X的硝酸超聲清洗吸收器，溶液與捕集液合并后定容到50mL;同時(shí)按常規(guī)工藝制作對照空白樣品。煙氣中重金屬的測定結(jié)果如下表2。表2，樣品l中重金屬元素的測定結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例2:取國外某品牌巻煙樣品1條，在GB/T16447標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行平衡，挑選平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的煙只作為測試巻煙；將煙只密封裝設(shè)于煙氣捕集吸收器的吸入口機(jī)上，在YC/T29標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下用吸煙機(jī)從煙氣捕集吸收器排出口進(jìn)行抽吸，每口抽吸容量為35.0±0.3mL，抽吸時(shí)間為2士0.1s，抽吸間隔為30士s，每次抽吸20支煙煙氣用35mL5X的硝酸為捕集劑；捕集完后從煙氣捕集吸收器中將吸收了煙氣的捕集液倒出，分兩次用7.0mL5X的硝酸超聲清洗吸收器，溶液與捕集液合并后定容到50mL;同時(shí)按常規(guī)工藝制作對照空白樣品。煙氣中重金屬的測定結(jié)果如下表3。.表3，樣品2中重金屬元素的測定結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>.實(shí)施例3:取某品牌巻煙樣品l條，在GB/T16447標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行平衡，挑選平均重量士0.02g和平均吸阻±49Pa的煙只作為測試巻煙；將煙只密封裝設(shè)于煙氣捕集吸收器的吸入口機(jī)上，在YC/T29標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下用吸煙機(jī)從煙氣捕集吸收器排出口進(jìn)行抽吸，每口抽吸容量為35.0±0.3mL，抽吸時(shí)間為2±0.1s，，抽吸間隔為30土s，每次抽吸20支煙，煙氣用35mL5X的硝酸為捕集劑；捕集完后從煙氣捕集吸收器中將吸收了煙氣的捕集液倒出，分兩次用7.0mL5Q/^的硝酸超聲清洗吸收器，溶液與捕集液合并后定容到50mL;同時(shí)按常規(guī)工藝制作對照空白樣品。煙氣中重金屬的測定結(jié)果如下表4。_表4,樣品3中重金屬元素的測定結(jié)果_<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>RSD%2.8-3.02.5-2.82.7-3.22.4-3.02.6-3.12.7-3.2(n=5)回收率％91-9588-9692-10189-9592-9693-102(n=5)取某品牌巻煙樣品l條，在GB/T16447標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行平衡，挑選平均重量±0.02g和平均吸阻±49Pa的煙只作為測試巻煙；將煙只密封裝設(shè)于煙氣捕集吸收器的吸入口機(jī)上，在YC/T29標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下用吸煙機(jī)從煙氣捕集吸收器排出口進(jìn)行抽吸，每口抽吸容量為35.0±0.3mL，抽吸時(shí)間為2土0.1s，抽吸間隔為30士s，每次抽吸20支煙，煙氣用35mL5X的硝酸為捕集劑；捕集完后從煙氣捕集吸收器中將吸收了煙氣的捕集液倒出，分兩次用7.0mL5X的硝酸超聲清洗吸收器，溶液與捕集液合并后定容到50mL;同時(shí)按常規(guī)工藝制作對照空白樣品。煙氣中重金屬的測定結(jié)果如下表2，表5，樣品4中重金屬元素的測定結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本發(fā)明的特點(diǎn)-1、方法精密度好，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在3.4%以下。表6，方法精密度<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>complextableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>3、本裝置和常規(guī)吸收裝置相比，煙氣的逸出可以得到緩和，在吸收液中的停留時(shí)間延長；而且經(jīng)篩板的分散和玻璃珠的緩沖，煙氣吸收的表面積大大增大，可保證煙氣與吸收液接觸充分，使煙氣中的成分得到高效率的吸收。而且該裝置可拆開清洗，清洗非常方便。4、同時(shí)測定巻煙煙氣中的Hg、Pb、As，Cd，Cr和Ni6種重金屬元素，可以大大加快樣品的檢測速度，'減少揮發(fā)性成分的損失。本方法靈敏度高，檢出限低、線性檢測范圍寬，簡便、快速，該方法的建立為巻煙煙氣中的重金屬測定提供了新方法。權(quán)利要求1、一種煙氣捕集吸收裝置，包括外套管(1)、內(nèi)套管(2)和密封塞(3)，外套管(1)設(shè)有吸入口(7)，排出口(8)，其特征是外套管(1)、內(nèi)套管(2)、密封塞(3)依次密封配合，內(nèi)套管(2)中設(shè)置上篩板(6)、下篩板(4)，兩篩板之間填充緩沖填料(5)。2、如權(quán)利要求1所述的煙氣捕集吸收裝置，其特征是所述的緩沖填料(5)為玻璃珠、陶瓷粒和四氟乙烯粉末等。3、如權(quán)利要求1所述的煙氣捕集吸收裝置，其特征是所述的緩沖填料(5)的粒徑為50—150)^im，尤其為80—120i^m。4、如權(quán)利要求1所述的煙氣捕集吸收裝置，其特征是所述的上篩板(6)、下篩板(4)的孔徑為30—50pm。5、如權(quán)利要求1或2所述的煙氣捕集吸收裝置，其特征是外套管(1)和內(nèi)套管(2)之間，可以根據(jù)捕集煙氣成分的不同選擇合適的捕集液和材料，如硫酸、硝酸、鹽酸和有機(jī)試劑等液體捕集；也可以選擇固體吸附劑，如硅膠、活性炭、C18、弗羅里硅土、離子交換樹脂、活性氧化鋁和碳分子篩等。6、一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的煙氣捕集吸收裝置測定巻煙煙氣中重金屬元素的方法，其特征是包括下列步驟A、煙氣捕集吸收裝置中注入捕集劑5X的硝酸35mL，用于捕集巻煙煙氣中的重金屬元素；B、檢測巻煙的處理，取巻煙樣品l條，在GB/T16447標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件下進(jìn)行平衡，挑選平均重量i0.02g和平均吸阻士49Pa的煙只作為測試巻煙；將煙只密封裝設(shè)于煙氣捕集吸收器的吸入口機(jī)上，在YC/T29標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件下用吸煙機(jī)從煙氣捕集吸收器排出口進(jìn)行抽吸，每口抽吸容量為35.0±0.3mL，抽吸時(shí)間為2士0.1s，抽吸間隔為30土s，每次抽吸20支煙；捕集完后從煙氣捕集吸收器中將吸收了煙氣的捕集液倒出，分兩次用7.0mL5X的硝酸超聲清洗吸收器，溶液與捕集液合并后定容到50mL;同時(shí)按常規(guī)工藝制作對照空白樣品；C、儀器工作的參數(shù)選擇儀器RF功率1400W;采樣深度7mm;等離子體氣Ar，15L/min;載氣Ar，1.2L/min;輔助氣Ar，1.0L/min;霧化室溫度2°C;積分時(shí)間0.05s;進(jìn)樣速度0.4mL/min;選擇同位素2°8Pb、75As、mCd、52Cr、6QNi和2G2Hg;選擇Sc、Y、Bi和In作為內(nèi)標(biāo)物；D、采用EPA200.8方法推薦的干擾校正公式扣除同離子干擾；通過半定量掃描了解樣品中主要元素、高含量元素，調(diào)整樣品的測定濃度，使之處于測定線性動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)；根據(jù)待分析元素及其含量范圍，用Pb、As、Cd、Cr、Ni和Hg的標(biāo)準(zhǔn)溶液和體積分?jǐn)?shù)5%的硝酸配制一套混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，并分別加入內(nèi)標(biāo)溶液，然后用等離子質(zhì)譜儀進(jìn)行測定，按實(shí)驗(yàn)方法對空白液連續(xù)進(jìn)行IO次測量，計(jì)算出計(jì)數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以計(jì)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對應(yīng)的濃度作為檢測限，計(jì)算公式為D^3SZ)/h其中5D為空白溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差，A為工作曲線斜率。全文摘要本發(fā)明公開了一種煙氣捕集吸收裝置及在卷煙煙氣重金屬元素測定中的應(yīng)用，包括外套管(1)、內(nèi)套管(2)和密封塞(3)，外套管(1)、內(nèi)套管(2)、密封塞(3)依次密封配合，內(nèi)套管(2)中設(shè)置上篩板(6)、下篩板(4)，兩篩板之間填充緩沖填料(5)。應(yīng)用煙氣捕集吸收裝置測定卷煙煙氣重金屬的方法，對煙氣中6種重金屬元素的檢出限在0.003-0.008μg/L之間；相關(guān)系數(shù)r≥0.9990；回收率在85％-103％之間；RSD＜3.4％。而且本發(fā)明裝置可拆開清洗，清洗非常方便；該方法檢測靈敏度高，檢出限低，具有良好的準(zhǔn)確度和精密度，可滿足卷煙煙氣中痕量重金屬元素分析的要求。文檔編號(hào)G01N1/24GK101339103SQ20081005879公開日2009年1月7日申請日期2008年8月7日優(yōu)先權(quán)日2008年8月7日發(fā)明者施紅林,李銀科,楊光宇,繆恩明,斌賀,金永燦,陳章玉申請人:云南煙草科學(xué)研究院