張瑩瑩，秦云華，楊 柳，王 琳，蔡昊城，劉曉萍，申欽鵬，魯端峰，雷 萍，鄭錦錦，呂曉波，王 樂(lè)*，趙 楊*，李 斌

1.中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)楓楊街2號(hào) 450001

2.云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，昆明市五華區(qū)紅錦路367號(hào) 650231

加熱卷煙煙支結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)卷煙類(lèi)似，同樣由煙芯段和濾棒構(gòu)成，雖然針對(duì)傳統(tǒng)卷煙濾棒的研究已經(jīng)十分豐富［1-3］，但是加熱卷煙作為一種煙氣氣溶膠產(chǎn)生機(jī)理不同于傳統(tǒng)卷煙的新型煙草制品，其理化特征與傳統(tǒng)卷煙相比存在較大差異［4-6］，因而有必要開(kāi)發(fā)適用于加熱卷煙的濾棒。目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)加熱卷煙濾棒的研究已經(jīng)有相關(guān)報(bào)道。韓敬美等［7］以不同長(zhǎng)度的濾棒中空段、聚乳酸膜段和醋纖段的加熱卷煙為研究對(duì)象，檢測(cè)煙氣主要成分煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇的逐口釋放量。王樂(lè)等［8］通過(guò)建立描述加熱卷煙復(fù)合濾棒截留率的模型，考察了不同長(zhǎng)度濾棒中空段、聚乳酸膜段和醋纖段對(duì)煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇等3 種關(guān)鍵煙氣成分的截留率的影響。羅萌柔等［9］研究了不同濾棒通風(fēng)率的兩用型煙支在點(diǎn)燃和加熱條件下煙氣氣溶膠中的主要化學(xué)成分和粒徑分布。周楓等［10］研究了不同結(jié)構(gòu)的通道型材料對(duì)加熱卷煙煙氣溫度及抽吸品質(zhì)的影響。趙楊等［11］開(kāi)發(fā)了一種基于造紙法的加熱卷煙降溫材料的制備方法。但是，目前針對(duì)濾棒參數(shù)（通風(fēng)率、材料、結(jié)構(gòu)）對(duì)細(xì)支加熱卷煙逐口理化指標(biāo)的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。

基于細(xì)支加熱卷煙具有較小的直徑和較長(zhǎng)的煙芯段等特點(diǎn)，從提高加熱的均勻性和煙氣逐口釋放穩(wěn)定性出發(fā)，以外周兩段式加熱型細(xì)支加熱卷煙為研究對(duì)象，通過(guò)改變不同的濾棒參數(shù)，主要包括通風(fēng)率、材料和結(jié)構(gòu)等，設(shè)計(jì)得到不同濾棒特性的煙支樣品，考察其逐口溫度和逐口煙氣水分、煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇等關(guān)鍵組分的釋放以及截留規(guī)律，以期對(duì)加熱卷煙煙支的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

加熱卷煙煙支：9 種不同濾棒特性的煙支樣品，編號(hào)依次為1～9，煙支長(zhǎng)度均為84 mm，其中，煙芯段長(zhǎng)度為54 mm，三元復(fù)合濾棒每段長(zhǎng)度均為10 mm，煙支直徑為5.4 mm，打孔位置距離唇端16 mm，煙支結(jié)構(gòu)如圖1所示?？紤]到目前加熱卷煙濾嘴材料多為醋纖、聚乳酸膜、醋纖中空、紙質(zhì)中空等，本研究中煙支濾棒設(shè)計(jì)采用對(duì)上述材料進(jìn)行組合的方式。濾棒第1段均設(shè)置為紙質(zhì)中空段有利于煙氣的混合；濾棒第1 段和第2 段不能為連續(xù)的紙質(zhì)中空段，因此，紙質(zhì)中空段不出現(xiàn)在第2 段，且濾棒的3 段不同時(shí)為中空段?；谝陨锨疤?，上述4種材料兩兩組合并交換次序，得到8種設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)及評(píng)價(jià)，打孔數(shù)量為20孔時(shí)外周兩段式加熱型細(xì)支加熱卷煙各方面的表現(xiàn)均為最優(yōu)，故基于打孔20 孔開(kāi)展研究。其中，1號(hào)樣品為基準(zhǔn)樣，在此基礎(chǔ)上設(shè)置打孔數(shù)量為5 個(gè)的4號(hào)樣品進(jìn)行對(duì)照，討論通風(fēng)率的影響。9 種煙支樣品濾棒具體設(shè)計(jì)參數(shù)及通風(fēng)率和吸阻的實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1，其中，紙質(zhì)中空段壁厚0.25 mm，醋纖中空段壁厚1.0 mm?？芍?，僅4號(hào)樣品的通風(fēng)率較小，為49%左右；其余樣品的通風(fēng)率均在77%左右。4號(hào)樣品的吸阻為992 Pa 左右，1號(hào)、5號(hào)和9號(hào)樣品的吸阻達(dá)600 Pa 以上，其余樣品的吸阻均在500 Pa以下。各個(gè)樣品關(guān)鍵組分平均初始含量如下：水分（17.86±1.34）mg/支，煙堿（5.50±0.23）mg/支，1，2-丙二醇（7.74±1.20）mg/支，丙三醇（7.11±1.23）mg/支。

表1 實(shí)驗(yàn)煙支濾棒具體設(shè)計(jì)參數(shù)及通風(fēng)率和吸阻的實(shí)測(cè)值①Tab.1 Design parameters and measured values of ventilation rates and draw resistances of filter rods of experimental HTP sticks

圖1 煙支結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram on the structure of an HTP stick

加熱煙具：煙具樣品為云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供的外周兩段式加熱型成品煙具（JUST A HUG），煙具外部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 外周兩段式加熱型煙具實(shí)物圖Fig.2 Picture of a two-stage peripherally heated product with slim HTP sticks

正十七烷（≥99.5%，美國(guó)Aladdin 公司）；異丙醇、1，2-丙二醇、丙三醇和煙堿（色譜純，美國(guó)Sigma公司）。

i-MAC600A陣列式多通道逐口吸煙機(jī)、自制卷煙溫度檢測(cè)裝置、自制煙支打孔儀（中國(guó)煙草總公司鄭州煙草研究院）；7890 氣相色譜儀（配有FID 和TCD 檢測(cè)器，美國(guó)Agilent 公司）；CP2245 電子天平（感量0.000 1 g，德國(guó)Sartorius 公司）；HY-8 調(diào)速振蕩器（常州國(guó)華電器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 溫度檢測(cè)

（1）卷煙溫度檢測(cè)裝置

采用如圖3所示的卷煙溫度檢測(cè)裝置［12］對(duì)煙具和煙支溫度進(jìn)行檢測(cè)，該裝置包括待測(cè)加熱卷煙、熱電偶模塊、熱電偶補(bǔ)償線、數(shù)據(jù)采集器、DAQ數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)連接線和溫控型單孔道吸煙機(jī)等。

圖3 卷煙溫度檢測(cè)裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of a detection device for measuring HTP stick temperature

（2）煙具工作溫度和煙支中心溫度檢測(cè)

用4根熱電偶對(duì)煙具工作溫度（煙具加熱管內(nèi)表面的溫度）和抽吸時(shí)煙支中心溫度進(jìn)行檢測(cè)：①對(duì)煙具側(cè)壁作打孔處理（圖4a），便于熱電偶插入煙具內(nèi)部進(jìn)行測(cè)溫。測(cè)溫位點(diǎn)如圖4b所示，第1 根熱電偶位于距離加熱管前端7 mm 處，第4 根熱電偶位于距離加熱管后端10 mm處，相鄰熱電偶相距15 mm，其中，加熱管總長(zhǎng)62 mm。煙支插入深度為距離加熱管前端7 mm，則4 根熱電偶分別位于煙支的0、15、30、45 mm 處，依次編號(hào)為T(mén)C1、TC2、TC3和TC4。②在檢測(cè)煙具工作溫度時(shí)，將熱電偶插入到煙支與煙具接觸界面處；在檢測(cè)煙支中心溫度時(shí)，將熱電偶插入到煙支中心處，此時(shí)TC1由氣流通道右側(cè)的凸臺(tái)和煙支固定。所有溫度檢測(cè)重復(fù)4次以上。

圖4 煙具表面打孔位置分布實(shí)物圖（a）和溫度檢測(cè)位點(diǎn)示意圖（b）Fig.4 Picture of perforation positons on the heater surface（a）and schematic diagram of temperature detection sites（b）

（3）濾棒中心溫度檢測(cè)

用4根熱電偶對(duì)濾棒中心處煙氣溫度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)位點(diǎn)如圖5所示，熱電偶依次編號(hào)為T(mén)C5、TC6、TC7和TC8，插入深度為煙支半徑長(zhǎng)（2.7 mm）。其中，TC8檢測(cè)出口煙氣溫度，檢測(cè)時(shí)需要外接一個(gè)濾棒對(duì)其進(jìn)行固定。

圖5 濾棒溫度檢測(cè)位點(diǎn)示意圖Fig.5 Schematic diagram of temperature detection sites in a filter rod

1.2.2 煙氣成分檢測(cè)

（1）煙氣捕集

使用多通道逐口吸煙機(jī)進(jìn)行抽吸實(shí)驗(yàn)（抽吸容量55 mL，抽吸持續(xù)時(shí)間2 s，抽吸間隔30 s，通風(fēng)孔不封閉），抽吸口數(shù)為7口，主流煙氣的捕集方法參照ISO4387：2000中的規(guī)定［13］。

（2）水分、1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇釋放量的測(cè)定

水分、1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇釋放量的測(cè)定參照肯生葉等［14］制定的GC-TCD法同時(shí)檢測(cè)該4種關(guān)鍵組分的方法。

（3）色譜條件

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 溫度數(shù)據(jù)

在煙具啟動(dòng)前已經(jīng)提前開(kāi)始采集溫度數(shù)據(jù)，因此，不同測(cè)試得到的溫度數(shù)據(jù)均以初始溫度升溫超過(guò)0.5 ℃的時(shí)刻作為0時(shí)刻。

1.3.2 煙氣組分?jǐn)?shù)據(jù)

為方便研究水分、煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇4個(gè)關(guān)鍵組分在濾棒各段的截留規(guī)律，同時(shí)定義濾棒第1段、第2段和第3段的截留率以及濾棒總截留率4個(gè)物理量，并按照公式（1）～（4）計(jì)算。

2 結(jié)果與討論

2.1 逐口溫度

2.1.1 煙具工作溫度曲線

圖6a是煙具加熱管內(nèi)表面不同位置處溫度變化曲線，圖6b是煙具工作溫度隨位置和工作時(shí)間變化的等溫線圖?？芍?，加熱管內(nèi)表面多次測(cè)量溫度偏差較小，表明煙具工作溫度較為穩(wěn)定，煙具的初始溫度為22 ℃左右，加熱開(kāi)始后迅速升溫，溫度曲線明顯分為3 個(gè)階段：第1階段（0～125 s），煙具頂部區(qū)域（33～45 mm）先加熱，溫度快速升高（0～25 s 內(nèi)），隨后穩(wěn)定在200 ℃左右，在此階段，煙具底部區(qū)域（0～33 mm）溫度隨著頂部溫度的上升而自然升溫；第2 階段（125～215 s），煙具底部區(qū)域開(kāi)始加熱并快速升溫，隨后穩(wěn)定在220 ℃左右，同時(shí)煙具頂部區(qū)域開(kāi)始降溫；在第3階段（215～275 s），加熱管所有區(qū)域停止加熱，溫度開(kāi)始緩慢降低，各個(gè)位置的溫度差異變小。

圖6 煙具加熱管內(nèi)表面不同位置處溫度隨工作時(shí)間的變化曲線（a）及溫度隨位置和工作時(shí)間的變化（b）Fig.6 Heating temperature curves at different positions on the inner surface of heating pipe of heater（a）and temperature map with the position and working time（b）

2.1.2 煙芯段逐口抽吸溫度

各個(gè)煙支樣品不同位置處逐口抽吸溫度變化如圖7所示?？傮w而言，各個(gè)樣品不同位置處的溫度曲線變化趨勢(shì)基本一致，相同時(shí)刻差異不大，表明不同濾棒特性的煙支樣品煙芯段的受熱狀態(tài)沒(méi)有顯著差異。其中，第3根和第4根熱電偶前兩口抽吸時(shí)的溫度差異略大，主要是因?yàn)椴煌瑹熤悠窡熃z填充狀態(tài)不一致帶來(lái)接觸熱阻的差異，因而導(dǎo)致煙支在短時(shí)間內(nèi)加熱至較高溫度時(shí)差異較大，這從抽吸前煙支溫度就已經(jīng)存在較大差異即可以驗(yàn)證。進(jìn)一步地對(duì)圖7d 分析發(fā)現(xiàn)，抽吸前各個(gè)樣品煙芯溫度已經(jīng)存在較大差異，抽吸開(kāi)始后，僅第1口抽吸時(shí)煙芯溫度產(chǎn)生較大波動(dòng)，而隨后的抽吸過(guò)程對(duì)煙芯溫度幾乎無(wú)影響。這是由于位置4處距離煙支端部較遠(yuǎn)，氣流流經(jīng)煙支時(shí)被加熱，抵達(dá)位置4時(shí)氣流溫度和煙芯溫度差異已經(jīng)較小，因而從第2口開(kāi)始，抽吸過(guò)程對(duì)位置4處的溫度幾乎無(wú)影響；而第1口溫度波動(dòng)較大主要是因?yàn)闊熅唔敳坎砰_(kāi)始加熱，煙支整體溫度差異較大，氣流流經(jīng)煙支時(shí)被加熱程度低。這也驗(yàn)證了各個(gè)樣品間的溫度差異主要是由煙芯段自身的差異造成的。

圖7 各個(gè)樣品煙芯段不同位置處逐口抽吸溫度變化曲線Fig.7 Puff-by-puff aerosol temperatures at different positions of HTP stick from each sample

對(duì)比1號(hào)和4號(hào)樣品，發(fā)現(xiàn)盡管4號(hào)樣品的通風(fēng)率較小，但是其煙芯段逐口抽吸溫度與其他樣品相比無(wú)顯著差異，表明煙支端部進(jìn)氣量對(duì)煙芯段溫度的影響較小。原因可能是低溫氣流的熱容遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煙絲的熱容［15］，因而總體上造成不同濾棒特性的煙支樣品煙芯段溫度無(wú)顯著差異。

2.1.3 濾棒段逐口煙氣溫度

圖8是各個(gè)樣品濾棒段逐口抽吸溫度變化曲線?？芍?，不同位置處溫度曲線變化趨勢(shì)基本一致，整體而言表現(xiàn)為第1 口和第5 口溫度較高。這可能和兩個(gè)主要加熱階段第1口水分釋放較多有關(guān)。

出口煙氣溫度的逐口變化曲線（圖8d）顯示，4號(hào)樣品的溫度最高，最高瞬時(shí)溫度達(dá)到75 ℃，8口平均溫度（以下稱(chēng)均口溫度）約為68 ℃。這是由于4號(hào)樣品濾棒通風(fēng)率最小的緣故。1號(hào)樣品與4號(hào)相比，通風(fēng)率增加28%左右，均口溫度減小13 ℃左右；7號(hào)樣品的溫度最低，其中，第1口溫度最高，為57 ℃左右，均口溫度約為50 ℃。

其余煙支樣品中5號(hào)、9號(hào)的溫度較高，且出口煙氣溫度大致相當(dāng)，表明醋纖和聚乳酸膜的組合順序?qū)Τ隹跓煔鉁囟葞缀鯚o(wú)影響。出口煙氣溫度較低的有1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、6號(hào)和8號(hào)樣品，其中，2號(hào)略高于3號(hào)，8號(hào)略高于7號(hào)，表明濾棒第2段的聚乳酸膜比醋纖降溫效果略好；3號(hào)和8號(hào)樣品分別略高于7號(hào)和2號(hào)，表明濾棒第3段中空材料的種類(lèi)對(duì)出口煙氣溫度無(wú)顯著影響；1號(hào)和6號(hào)樣品出口煙氣溫度相當(dāng)，表明濾棒第2 段中空時(shí)，第3 段材料種類(lèi)對(duì)出口煙氣溫度無(wú)顯著影響。此外，從各個(gè)樣品出口煙氣溫度相對(duì)大小關(guān)系可知，濾棒含有兩個(gè)中空段時(shí)出口煙氣溫度普遍更低，5號(hào)樣品出口煙氣溫度高于7號(hào)，9號(hào)高于6號(hào)，也驗(yàn)證了存在兩個(gè)中空段時(shí)出口煙氣溫度更低的事實(shí)；1號(hào)樣品出口煙氣溫度略低于8號(hào)，6號(hào)高于7號(hào)，表明中空段在前或者在后對(duì)出口煙氣溫度影響不顯著。

2.2 逐口煙氣

2.2.1 全口煙氣中總粒相物、煙堿、丙三醇、1，2-丙二醇和水分的釋放規(guī)律

各個(gè)樣品的關(guān)鍵組分全口煙氣釋放量如圖9所示?？芍鱾€(gè)煙支樣品煙氣釋放量差異較大：針對(duì)總粒相物而言，1號(hào)、4號(hào)和6號(hào)樣品的釋放量均高于20 mg，其余樣品均低于15 mg；針對(duì)水分而言，4號(hào)樣品的釋放量較大，3號(hào)、7號(hào)和9號(hào)樣品的釋放量較??；此外，1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇三者的釋放量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性系數(shù)最小達(dá)0.93，最大達(dá)0.99，其中，1號(hào)、4號(hào)和6號(hào)釋放較多，2號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、7號(hào)、8號(hào)和9號(hào)釋放較少；總粒相物中水分的比例較高，各個(gè)樣品均在50%以上。

圖9 各個(gè)樣品關(guān)鍵組分全口釋放量以及水分在總粒相物中所占的比例Fig.9 Total amount of key components released from each sample and the moisture proportion in the total particulate matter

總體而言，1號(hào)、4號(hào)和6號(hào)樣品的煙氣關(guān)鍵組分中總粒相物、煙堿、水分、1，2-丙二醇和丙三醇的釋放較多，其煙支特點(diǎn)是濾棒第1段和第2段均為中空段，濾棒第3 段為醋纖或聚乳酸膜濾棒。其中，1號(hào)和6號(hào)樣品僅第3段濾棒材料不同，二者總粒相物和水分的釋放量相當(dāng)，但6號(hào)樣品的煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇的釋放量分別比1號(hào)樣品高16%、26%、34%左右，表明聚乳酸膜比醋纖更有利于煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇的釋放轉(zhuǎn)移；4號(hào)樣品和1號(hào)相比，通風(fēng)率減小28%左右，煙氣中總粒相物、水分、煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇的釋放量分別比1號(hào)樣品增加46%、38%、34%、68%、174%左右，可以發(fā)現(xiàn)，相比于更換第3段濾棒材料，較小的濾棒通風(fēng)率更能提高煙氣中關(guān)鍵組分的釋放量，但同時(shí)會(huì)顯著增加出口煙氣的溫度。

對(duì)比6號(hào)和9號(hào)樣品的釋放情況，也可以驗(yàn)證濾棒第2 段中空可以大大提高煙氣各個(gè)關(guān)鍵組分的釋放量，特別是1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的釋放量的增加效果十分明顯；分別對(duì)比1號(hào)和8號(hào)樣品以及6號(hào)和7號(hào)樣品發(fā)現(xiàn)，濾棒第2段中空相比于第3段中空而言更能提高各個(gè)關(guān)鍵組分特別是1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的釋放量；對(duì)比5號(hào)和7號(hào)樣品發(fā)現(xiàn)，濾棒第2段為聚乳酸膜材料時(shí)，第3段為醋纖中空更有利于1，2-丙二醇、丙三醇和煙堿的釋放轉(zhuǎn)移，各個(gè)組分的釋放量可以提高0.5～1.5倍不等；分別對(duì)比2號(hào)和8號(hào)樣品以及3號(hào)和7號(hào)樣品發(fā)現(xiàn)，濾棒第2段為醋纖或聚乳酸膜材料時(shí)，第3段中空材料的種類(lèi)對(duì)煙氣關(guān)鍵組分的釋放幾乎無(wú)影響；分別對(duì)比2號(hào)和3號(hào)樣品以及7號(hào)和8號(hào)樣品的釋放情況發(fā)現(xiàn)，濾棒第2段為聚乳酸膜材料相比于醋纖更有利于1，2-丙二醇、丙三醇和煙堿的釋放轉(zhuǎn)移，特別是對(duì)煙堿釋放量的提高效果明顯，可以提升10倍以上；對(duì)比5號(hào)和9號(hào)樣品發(fā)現(xiàn)，聚乳酸膜和醋纖的組合順序?qū)Ω鱾€(gè)關(guān)鍵組分的釋放幾乎無(wú)影響。綜上所述，較小的濾棒通風(fēng)率，濾棒第2段為中空段，更有利于煙氣關(guān)鍵組分的釋放轉(zhuǎn)移。

2.2.2 逐口煙氣中總粒相物、煙堿、丙三醇、1，2-丙二醇和水分的釋放規(guī)律

各個(gè)樣品煙氣總粒相物、水分、1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇等關(guān)鍵組分的逐口釋放量如圖10所示。可知，各個(gè)樣品煙氣釋放量差異較大，整體而言煙氣逐口釋放量與總釋放量規(guī)律基本一致，均為1號(hào)、4號(hào)和6號(hào)樣品的煙氣關(guān)鍵組分總粒相物、煙堿、水分、1，2-丙二醇和丙三醇的逐口釋放量較大，而其余樣品的釋放量較小。總體而言，除了水分以外，其余關(guān)鍵組分第1口釋放量均偏低，并且各個(gè)煙支樣品同一煙氣關(guān)鍵組分呈現(xiàn)出較為一致的逐口釋放趨勢(shì)：水分呈分段鋸齒狀線性降低趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為隨著抽吸口數(shù)序號(hào)的增加水分釋放量減小，僅在第5口有所增加，這是因?yàn)閮啥问郊訜釡p緩了水分降低的趨勢(shì)，這與龔淑果等［16］的研究結(jié)果一致；1，2-丙二醇呈現(xiàn)出隨著抽吸口數(shù)序號(hào)的增加，釋放量先增加后減少，隨后再增加，然后再減少的“M”形釋放規(guī)律，其中，第2口和第5口釋放量最大；煙堿亦呈“M”形逐口釋放規(guī)律，其中，第3口和第6口釋放量最大，1，2-丙二醇和煙堿最大釋放量對(duì)應(yīng)口數(shù)序號(hào)存在差異，這可能和二者沸點(diǎn)不同有關(guān)，煙堿的沸點(diǎn)高于1，2-丙二醇，因而需要更高的溫度才能達(dá)到最大釋放量；丙三醇呈現(xiàn)出隨著抽吸口數(shù)序號(hào)的增加釋放量先增加后減小的“n”形釋放規(guī)律，其中，第3口和第4口釋放量最大；總粒相物呈“M”形釋放曲線，整體來(lái)看第2 口和第5 口釋放量最大。需要說(shuō)明的是，從結(jié)果呈現(xiàn)看，并非所有的樣品丙二醇和煙堿的釋放均呈“M”形逐口釋放規(guī)律，主要是因?yàn)?號(hào)、5號(hào)、8號(hào)和9號(hào)樣品的丙二醇和煙堿的逐口釋放量極小，誤差和釋放量的值已經(jīng)處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而“M”形釋放規(guī)律不能很好地復(fù)現(xiàn)。同理，丙三醇的“n”形逐口釋放規(guī)律在2號(hào)、8號(hào)和9號(hào)樣品上的復(fù)現(xiàn)性較差也是出于同樣的原因。以上結(jié)果表明分段加熱對(duì)1，2-丙二醇和煙堿的逐口釋放影響顯著，而對(duì)丙三醇的影響較小。

圖10 各個(gè)樣品關(guān)鍵組分的逐口釋放情況Fig.10 Puff-by-puff released amount of key components from each sample

2.3 濾棒段煙氣關(guān)鍵組分的截留規(guī)律

2.3.1 濾棒段煙堿、丙三醇、1，2-丙二醇、水分的全口截留規(guī)律

各個(gè)樣品濾棒各段關(guān)鍵組分截留情況如圖11所示?？芍?，各個(gè)樣品截留效果差異顯著，濾棒截留總量（圖11g）顯示，1號(hào)、4號(hào)和6號(hào)樣品的煙氣關(guān)鍵組分煙堿、水分、1，2-丙二醇和丙三醇的截留較少，其余樣品的截留較多。然而不同樣品也呈現(xiàn)出較為一致的規(guī)律，濾棒總截留率（圖11h）顯示，各個(gè)樣品煙氣關(guān)鍵組分中1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇三者的截留率基本相當(dāng)，水分的截留率則為三者的50%左右。

圖11 各個(gè)樣品濾棒各段關(guān)鍵組分截留情況Fig.11 Retention of key components in each section of filter rod from each sample

具體到濾棒第1段（圖11a和圖11b），總體而言，各個(gè)樣品第1段截留效果基本無(wú)差異，僅4號(hào)樣品截留略少，這可能和流經(jīng)第1段的氣流略大有關(guān)。除4號(hào)樣品外，各個(gè)樣品均表現(xiàn)為水分截留率在10%～20%之間，1，2-丙二醇、丙三醇和煙堿的截留率為30%左右，這是因?yàn)闉V棒第1段均為相同的紙質(zhì)中空段。

各個(gè)樣品濾棒第2 段和第3 段的截留效果差異較大，特別是第2段（圖11c和圖11d）。第2段是中空段的1號(hào)、4號(hào)和6號(hào)樣品的水分、1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的截留率基本相當(dāng)，均為10%左右；第2 段是醋纖濾棒的2號(hào)、8號(hào)和9號(hào)樣品的1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的截留率均在80%以上，水分的截留率均在20%～30%之間；第2 段是聚乳酸膜濾棒的3號(hào)、5號(hào)和7號(hào)樣品的1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的截留率基本為70%左右，而水分的截留率在20%～30%之間。可以發(fā)現(xiàn)，第2段是中空段對(duì)各個(gè)關(guān)鍵組分具有基本相當(dāng)?shù)牡徒亓袈?，?段為非中空的醋纖和聚乳酸膜濾棒對(duì)各個(gè)關(guān)鍵組分均具有較高的截留率，然而二者對(duì)各個(gè)關(guān)鍵組分的截留率水平存在微小差異，醋纖濾棒對(duì)1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的截留率略高于聚乳酸膜濾棒，而對(duì)水分的截留效果二者無(wú)顯著差異。

針對(duì)第3 段濾棒（圖11e 和圖11f），1號(hào)樣品第3段濾棒為醋纖濾棒，6號(hào)樣品為聚乳酸膜，醋纖比聚乳酸膜濾棒對(duì)1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的截留率高10%左右，而對(duì)水分的截留效果沒(méi)有明顯差異，這和前述第2段濾棒的結(jié)果一致；2號(hào)、3號(hào)、7號(hào)和8號(hào)樣品的第3段濾棒為中空段，然而整體而言，其對(duì)水分、1，2-丙二醇和丙三醇的截留率與其余樣品相比差異并不顯著，僅對(duì)煙堿具有較低的截留率。

從濾棒總的截留情況來(lái)看（圖11g 和圖11h），醋纖和聚乳酸膜的組合順序（5號(hào)和9號(hào)對(duì)比）對(duì)截留效果幾乎無(wú)影響；中空段在前時(shí)（1號(hào)和8號(hào)，6號(hào)和7號(hào)對(duì)比）可以大大減少對(duì)各個(gè)關(guān)鍵組分的截留；較小的濾棒通風(fēng)率（1號(hào)和4號(hào)對(duì)比）一定程度上能夠減少關(guān)鍵組分的截留。

2.3.2 濾棒段煙堿、丙三醇、1，2-丙二醇和水分的逐口截留規(guī)律

由2.2.2 節(jié)煙氣的逐口釋放規(guī)律的討論中可知，不同樣品除水分以外的各個(gè)關(guān)鍵組分第1 口的釋放量均較少，為進(jìn)一步探究原因，以1號(hào)樣品為研究對(duì)象進(jìn)行了逐口抽吸截留實(shí)驗(yàn)。圖12是1號(hào)樣品濾棒段各個(gè)關(guān)鍵組分逐口截留率情況，整體而言，1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇的截留水平相當(dāng)，且截留率偏高。相對(duì)而言，水分的截留率較低，逐口波動(dòng)較大。其中，濾棒各段水分、1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇第1口的截留率均很高，這在一定程度上解釋了為什么捕集的煙氣中各個(gè)關(guān)鍵組分在第1 口中的釋放量均較少。

圖12 1號(hào)樣品濾棒段逐口截留率情況Fig.12 Puff-by-puff retention ratio of filter rod from sample No.1

3 結(jié)論

（1）復(fù)合濾棒的第2段為中空段可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)較低的出口煙氣溫度和較少的關(guān)鍵組分截留，釋放出更多的總粒相物、水分、煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇等關(guān)鍵物質(zhì)，而醋纖和聚乳酸膜的組合順序?qū)Τ隹跓煔鉁囟纫约瓣P(guān)鍵組分的釋放和截留影響較小。

（2）醋纖和聚乳酸膜對(duì)水分的截留效果無(wú)顯著差異，但對(duì)于1，2-丙二醇、煙堿和丙三醇而言，醋纖比聚乳酸膜的截留率高10%左右，而聚乳酸膜比醋纖的降溫效果略好。

（3）濾棒通風(fēng)率越小，出口煙氣溫度越高，水分、煙堿、1，2-丙二醇和丙三醇的截留越少，關(guān)鍵組分的釋放量越多。

（4）外周兩段式加熱型細(xì)支加熱卷煙煙氣總粒相物、煙堿和1，2-丙二醇的逐口釋放均呈現(xiàn)出“M”形釋放規(guī)律，丙三醇呈現(xiàn)出“n”形釋放規(guī)律。