降低卷烟烟气中自由基含量的技术研究(朱茂祥).doc

曲志刚1 周骏1 朱茂祥2 吴可2 田宁亚1
(,北京,100024 ,北京,100850)
摘要
本文建立了卷烟烟气中的气相自由基和固相自由基的检测方法,系统地研究了卷烟烟气气相和固相自由基的测定方法和降低卷烟烟气中自由基含量的工艺和技术,系统地进行了低自由基卷烟及其对照样品的生物医学评价工作。研究结果表明:以PBN为自旋捕捉剂捕集气相自由基用ESR检测的方法和以剑桥滤片捕集固相自由基用ESR检测的方法来分别检测气相自由基和固相自由基的方法是可行的。对研制的活性碳复合滤嘴卷烟烟气自由基进行了测定,结果表明:同对照卷烟相比,%;优化了自由基清除剂配方,%的SRM溶液制成醋纤活性碳复合滤嘴再制成卷烟的工艺方法生产低自由基低焦油5mg中南海卷烟,%。系统地进行了低自由基卷烟及其对照样品的生物医学评价工作,包括急性中毒试验、生殖毒性试验、免疫功能试验、致突变性试验等,所检测的各项功能性指标均表明,低自由基卷烟的毒性明显低于同品牌的普通卷烟。
关键词: 卷烟烟气自由基固相自由基气相自由基测定方法
卷烟烟气中的自由基一般分为两类,即气相自由基和固相自由基。气相自由基性质非常活泼,寿命很短,以烷基自由基和烷氧基自由基为主。固相自由基的性质比较稳定,寿命较长,以醌类和半醌类、稠环芳烃类自由基为主。由于卷烟烟气固相自由基可以用普通的醋纤滤嘴有效地祛除,国内外对祛除卷烟烟气中自由基的研究大都集中在气相自由基方面。近年来祛除卷烟烟气中自由基的研究取得了许多成果,其中比较成功的有北京卷烟厂和中国科学院生物物理研究所利用绿茶提取物和维生素的混合物祛除卷烟烟气中气相自由基的研究和希腊雅典大学的Stavridis领导的课题组用血红蛋白祛除烟气中气相自由基和其它有害物质的研究,而且利用研究成果分别生产出了ENJOY和BF两个比较成功的卷烟产品。由于这些技术大多采用抗氧化剂,因而卷烟长期放置后抗氧化剂对自由基的祛除效果会受到影响,这些产品的气相自由基祛除率最高仅在30%左右,而产品的成本又较普通卷烟增加较多。因此,寻找新型廉价的非抗氧化剂祛除卷烟烟气中气相自由基是非常必要的。
本文系统研究了卷烟烟气气相和固相自由基的测定方法以及降低卷烟烟气中自由基含量的工艺和技术。系统地进行了低自由基卷烟及其对照样品的生物医学评价。
1 卷烟烟气中自由基测定方法的研究
卷烟烟气中气相自由基的测定方法
试验
试验装置
主吸烟机采用KC公司的5孔道吸烟机,加以改造形成气相自由基捕集装置(见图1)。
图1 气相自由基捕集装置
1—卷烟夹持器;2—自旋捕捉剂;3—导气管(35cm);4—捕集管;5—吸烟机
自旋捕捉剂
PBN(N-t-butyl-α-phenylnitrone,即2-苯叔丁基硝***,纯度98%),DMPO(5,5-dimethyl-1-pyrroline-1-oxide,5,5-二***吡咯啉氮氧化物,纯度97%),为Sigma公司产品;(MGD)2Fe2+为中科院研究生院合成。
捕捉方法
采用特殊的玻璃器皿收集烟气自由基。加一定浓度的自由基捕捉剂溶液到收集器中,将收集器连到吸烟机上,,抽吸时间为2s,抽吸间隔为60s的标准抽吸速率抽吸卷烟。吸烟后定容收集到烟气自由基溶液,而后放入液氮中冷冻。检测体积为200μL。
结果与讨论
溶剂的确定
分别用水溶剂和苯,四***化碳、二甲苯(以上试剂都为分析纯)等有机溶剂对上述捕捉剂的捕捉效率和加合物稳定性进行了比较研究。结果水溶剂的稳定性好,但对烟气中自由基捕捉效率过低。RO·、R·为脂溶性,PBN为脂溶性捕捉剂,所以溶剂选用有机溶剂,l4、甲苯、苯等溶剂,l4挥发性相对低,l4溶剂挥发性比较:两者没有明显差别,l4较稳定且本身无ESR杂质信号,溶解PBN效果好,对环境污染较小。l
4最为理想,l4做溶剂。

图2 不同有机溶剂对捕捉剂的捕捉效率和加合物稳定性的比较
不同类型捕捉剂性能比较
3种类型捕捉剂均可捕捉并检测到烟气中自由基信号。从波谱形态来分析,PBN加合物是较为规则的三线谱,利于定量分析和计算。DMPO加合物可获得七线不规则波谱,波谱成份相对较复杂,且寻找相似的标准定标样品也较难。(MGD)2Fe2+也可获得规则的宽三线谱,且可以在水溶剂中形成加合物,所以操作上和稳定性上有优势,但目前烟气中某些成份对加合物有干扰,使波谱稳定性受影响,还待深入研究。综上所述,PBN是较理想