低温气相色谱法测定卷烟烟气中一氧化碳和二氧化碳的应用外文翻译资料

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烟草研究贡献 ·Band 6 · Heft 4 ·1972年8月

低温气相色谱法测定卷烟烟气中一氧化碳和二氧化碳的应用

由杰拉尔德·P·莫尔和矶法·H·斯隆撰写

田纳西州的伊士曼公司、伊士曼柯达公司的实验室

美国，田西纳州，金斯波特市

介 绍

众所周知，香烟烟雾中含有一氧化碳和二氧化碳。过去50年里，许多工作者使用比色法、、滴定法、红外光谱法、质谱法和气相色谱法测定了卷烟烟气里的这两种化合物。1968年， ^[1]埃尔门霍斯特和舒尔茨很好地总结了如何测定这些化合物的方法。

通常来说。一氧化碳和二氧化碳必须分别单独测量，这也可能是进行气相色谱法分离测定分子筛柱的最常用的方法^[2]。1962年，^[3]马姆帕瓦等人通过这种方法对一氧化碳进行测定。(这种方法测定一氧化碳是不准确的，而且使用分子筛柱必须控制烟雾中没有水蒸气和有机蒸汽)。大多数色谱法被用于同时测定一氧化碳和二氧化碳的采用柱组合。^[2,4]一种采用柱组合包括了活性炭柱和分子筛柱，另一种组合则包括了一个硅胶柱和分子筛柱。

本文介绍了一种可以测定一氧化碳、二氧化碳混合物的气相色谱法。在-70℃至40℃的环境下利用被Porapak Q包装的单柱进行氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳的分离。水和有机化合物的存在对于柱会有不良影响。实际上，可以通过在-70℃至220℃之间的进行有规律地升温测定来对香烟烟雾中一氧化碳和二氧化碳的有机气相分析。

实 验

仪 器

贝克曼模型gc-5气相色谱仪配备火焰电离和热导检测器，并且在色谱上安装一个贝克曼模型125455低温附件，这个附件使用电磁阀来控制液体流动，使二氧化碳从一个小孔进入组合柱。该设备可以延长色谱温度下限至-65℃。

然而，用这种方法实现降温所需要的时间太长，并且温度控制也不合理。因此，我们将该装置改为液氮驱动，并增加孔的大小。将一个容量15升的液氮容器设备与排气歧管连接到低温温度附件上(Sulfrain Cryogenics, Inc., Rahway, N. J.)。这些修改完成后，降低到-70℃只要7分钟。

这种色谱仪配有一个热电偶，热电偶可以直接切换至色谱记录，这种温度测量系统要在一定的温度环境下才能工作。

一个101.55 / L的菲尼根模型气相色谱-质谱仪被用来确定有机气相的烟雾的元素。

我们先设计了一个单独的吸烟口来抽取烟气，使烟雾困在一个剑桥过滤器中。0.5升汉密尔顿模型5-0550注射器和汉密尔顿模型86406通阀(图1)组成一个烟气气相样品室，每一股被采集的气体的气相等分试样在注入色谱柱后都将转移到0.5升汉密尔顿模型5-0550注射器中。

图1 气相样品室和分离系统

产 量

吸烟机在标准条件下(一个2-仲,每分钟35毫升)吸上一次烟，液态的氮气就会转移至色谱炉，直到温度保持在-70℃，烟雾从注射器中被慢慢的推向气相色谱阀，当有100ml的样品通过阀门时，其中2ml的样品会进入色谱柱。以下是色谱使用条件：一个 含有Porapak Q包装的1/8-in. X :12-ft. SS不锈钢填充柱。在-70℃后以每分钟提升10℃的速度进行检测有机气相直至40℃，以及检测220℃时的有机气相，氨流量为30ml每分钟。

出水器用于分裂检测仪的样品，这样再用热导检测器检测氮气、氧气、一氧化碳和二氧化碳的同时也能让火焰离子检测器检测到高峰。该柱需要在-70℃保持6min，并将氮气、氧气、一氧化碳从柱中脱离，并选择这三个程序之中的一个：(1)当仅有一个烟雾样本得以确定时，将柱的温度保持在-70℃，并注入另一个烟雾样本使得记录器返回到基线。(2)采用每分钟10℃的程序升温，在15min内洗脱一氧化碳并检测出二氧化碳。洗脱出二氧化碳后，冷却至-70℃并且参与另一个样品的制备。(3)在有机气相分析中，对柱温规划至220℃进行分析，使用火焰电离检测器代替热导检测，分析气相色谱图的剩余峰。

校 准 曲 线

对一氧化碳和二氧化碳进行了如下校准，例如：将10和20毫升的CO和CO2，用50 mL气密注射器在25°C时将这些样品注入前面说过的0.5升注射器。在已知体积的氮气中注入2.38%到7.5%的一氧化碳和5%到14.5%的二氧化碳。每一个混合样品有2ml，分别被引到色谱柱的气相取样阀。校准曲线时，要以选定有机蒸汽组成类似的方式，基于峰和体积百分比进行构建。

图2 香烟烟雾中N2、02、CO、CO2的气相色谱分离、有机气相成分

1.N₂

2.O₂

3.CO

4.NO

5.CO₂

6.乙烯

7.乙烷

8.羟基硫化物，氰，氢氰酸

9.丙烯

10.丙烷和氯甲烷

11.甲醇

12.乙醛

13.丁烯和丁二烯

14.丁烷、乙醇

15.乙腈

16.丙烯醛

17.糠醛和丙酮

18.丙烯腈

19.异戊二烯和正戊烷

20.戊二烯

21.未知物

22.戊烷

23.正庚烷、正己烷

24.苯

25.二甲基呋喃

26.吡啶

27.甲苯

结 果 与 讨 论

图2所示的是分离色谱图，氮气、氧气、一氧化碳的峰都在-70℃时发生了分解，而下一个按程序温度出现高峰所花的时间与一氧化氮的保留时间相同。当然了，这种方法不能用于整个香烟烟雾中一氧化氮的测定，因为一氧化氮会氧化为二氧化氮，此外，定量地对单股一氧化氮进行定量测定也确实没有成功。在外部装置上可能有一定的NO吸附，或者一些NO在色谱分离中发生了氧化。^[1]二氧化碳从Porapak Q柱洗脱后不久，它的有机气相分离成24个峰，这算是香烟烟雾数百个气相中非常小的一部分。然而，广受好评的香烟过滤器的有机汽相吸附剂也使得分离结果相当令人满意。

通过对10支香烟中一氧化碳和二氧化碳的峰面积测定来检测精密度。不同的香烟之间的结果也不同，一氧化碳和二氧化碳分别有4.6%和5.8%的误差。测量的峰高本身也会导致测量不精确，可能因为低温程序的重复性并不如常温程序。

表1 不同卷烟烟气中一氧化碳和二氧化碳含量

注：被测试的香烟的长度为85毫米

这种方法已经被用于测定国内的几种香烟烟气。表1中的是对某5个品牌的测定。^[1,4]在一般情况下，这些结果与前人的测定结果相同。

在配备烟气过滤器后，香烟烟雾中存在大量的一氧化碳和二氧化碳并没有被发现，这是由于当烟气被过滤时，有大量的空气进入过滤器中，结果是平均得到了空气中烟气"的稀释值。但是香烟中的烟气这包含了40%

表2 烟气中一氧化碳和二氧化碳含量

这比装备传统过滤器的香烟放出了较少的一氧化碳，显然，较小的膨胀体积（每2秒27毫升）有助于减少这种从香烟的过滤嘴中意外排出的CO。

香烟烟气中一氧化碳和二氧化碳的含量增加已经被报道过了。详细研究这一现象并不是本文的目的，而是为了测定单喷烟气的采样装置和检测方法的实用性。^[3]这些结果(表2)与以前的报道相似，^[4]尤其是威廉姆斯和贝尔克的数据。

总 结

我们建立了一种测定在烟气中的一氧化碳和二氧化碳的方法，使用了包含Porapak Q包装和低温程序用于采用液氮使冷却塔低于环境温度的方法。在-70℃至40℃完成对氧气、氮气、一氧化碳和二氧化碳的分里，以及有机蒸汽烟雾的分析。完成了无机蒸汽的热导率检测和有机蒸汽的离子火焰化。本方法可以测定无滤嘴香烟中一氧化碳的含量，过滤烟气的二氧化碳的含量，对烟气进行有机气相分析。

参 考 文 献

1.Elmenhorst, H., and Schultz, C.: Beitr. Tabakforsch. 4 (1968) 90.

2.Juvet, R. 5., and Zadlo, F.: in 'Advances in Chroma-tography', Vol. 1., J. C. Giddings and R. A. Keller, editors, Marcel Dekker, Inc., New York, 1965,pp. 265-261.

3· Mumpower, R. C., Lewis, J. S., and Touey, G. P.: Tob. Sci. 6 (1962) 140. .

4· Williams, T. B., and Belk, C. W.: 24th Tobacco Chemists Researdt Conference, Montreal, Canada, Oct. 28, 1970.

致谢

作者非常感谢 玛丽L.西蒙斯女士的鉴定工作以及 J. S. 刘易斯和 马歇尔·帕尔默先生的技术援助

作者地址：

田纳西州的伊士曼公司研究实验室，美国，田纳西州，金斯波特市，37622

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