浅析电子烟雾测量技术

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0 引言

现在测定1.2丙二醇和丙三醇主要的方法有气相谱—质谱法、气相谱法等。气相谱—质谱法以及气相谱法具有较高的灵敏度，但结合现阶段具体情况看，在正式测定之前需要应用有机溶剂，成本较高，并且其产生的废液会对环保工作造成影响。

在新的时代背景下，为了追求更高的生活品质，烟草消费者对烟的需求也发生了变化。电子烟被作为电子尼古丁传送系统，主要是应用电子加热的方式，将雾化吸入肺中[1]。

研究卷烟烟气气溶胶的方法比较多，如光散射法、重力沉降法等。不同于传统卷烟，电子烟雾中的主要成分为液体状态，具体物质有香味物质、丙二醇等，在吸热的情况下，会挥发，在此基础上挥发后空气中的小水滴分散开，形成的颗粒体积比较小且呈现出透明的状态，反射作用不明显，因此光散射法并不适合测定电子烟烟雾，测试精度相对较低且重现性较差[2]。

1 基于气溶胶光学特性测定烟雾质量浓度

相关研究人员基于气溶胶光学特性，在理论角度对透光率与烟雾质量浓度之间的关系有效推导，并在此基础上建立对应的烟雾质量浓度表征方法，开发价格相对低廉且容易维护的测试系统，并针对烟雾质量浓度与电子烟抽吸参数、烟

液溶剂、电子烟电学参数之间的关系进行研究，从而对电子

烟气溶胶烟雾质量浓度进行定量、实时的测定工作，从而为后续研发电子烟产品奠定良好的基础。

采用该种方法测定电子烟烟雾质量浓度过程中，需要建

立对应的电子烟烟雾质量浓度测试系统[3]

。如图1所示，该系统具体包括准直透镜、激光源、流量控制单元、接受透镜、信号处理电路、光电接收器、测试分析软件等。针对一定体积的气溶胶，对应的延误浓度与颗粒尺度谱之间关系有对应的公式。PC 端的上位机测试分析软件以及下位机烟雾质量浓度测试仪是电子烟烟雾质量浓度测试系统的主要组成部分，二者主要借助以太网或是串口的方式进行数据传输。在实际应用测试系统时，要首先用步进电动机让丝杠运动，拉伸注射器活塞，导致负压出现在测量腔中，最终实现触发电子烟雾。应用激光光束照射烟雾，同时借助光电接收器对信号收集，对收集到的数据进行处理工作，最终将处理完成的数

据显示到PC 端[4]。

在操作电子烟延误质量浓度测试系统时，相关研究人员要将测试仪复位到原点位置，在夹持器端口放置测试样品，并打开测试仪，设置抽吸参数，随后再进行测试工作。在分析抽吸参数与延误质量浓度之间关系时，可以在电池杆满电的情况下，在雾化器中加入不同的烟液，并设置抽吸量，在不同时间段测量气溶胶的烟雾浓度，随后耗尽电池杆电量，结束测试工作，设定不同工作电压值，充分浸润导油棉，随

浅析电子烟雾测量技术伍飒

（惠州至精精密技术有限公司，广东惠州 516227）

摘要：现如今，电子烟逐渐成为了传统卷烟的替代品，市场销量大增，许多大型烟草公司已从战略高度积极研

发、推广电子烟产品。电子烟烟雾量为评价电子烟品质的重要指标之一，现今国内外的电子烟气溶胶测量的检测手段多数是非在线、非定量的测量，电子烟烟雾量的检测方法并不完善，因此迫切需要一种在线、定量的更有效的检测方法，实现电子烟烟雾量的在线、定量测量的目标。所以，需要从多个角度入手提高电子烟品质，相关电子烟制造厂商需要采用有效的电子烟雾测量技术。该文就此对电子烟雾测量技术相关内容进行分析，基于气溶胶光学特性、高效液相谱法和GC-MS 测定测定烟雾质量浓度，对电子烟雾进行分析。关键词：电子烟雾；测量技术；雾化剂中图分类号： O 648.18 文献标志码：A

图1 基于气溶胶光学特性测定烟雾质量浓度

电子烟

激光源

准直透镜

接收透镜

烟雾测量腔

光电接收器

信号处理电路

测试分析软件

流量控制单元

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后重复上述步骤，进行反复测试工作。在对质量烟雾和烟液溶剂之间关系探究过程中，借助直流稳压电源，在其中加入烟雾溶剂，设定不同工作电压值，应用相同的抽吸参数，随后间隔时间进行抽吸，测定气溶胶超声的烟雾质量浓度。在分析探究影响烟雾质量浓度的工作电压、电阻因素时，需要注意选择的烟液应当是相同的，并对不同次数的烟雾质量浓度开展测试工作，设计对应的抽吸参数，对抽吸持续时间、抽吸容量以及间隔实践明确[5]。

根据相关测定，可以得出，烟碱含量不同的烟液且抽吸持续时间、抽吸容量相同，如果间隔时间较短，对应的烟雾质量浓度也更大，因此在模拟抽吸电子烟过程中，会使电子烟持续放电，抽吸时间短，冷却的时间也比较短，热量会导致发热丝温度更高，烟液雾化程度也相对更高。如果抽吸参数不同，对应得出抽吸容量以及抽吸间隔会同时影响烟雾质量浓度，但与烟碱含量高低则并没有一定的关系。输出电压与烟雾质量浓度之间呈现出正相关，电阻值与烟雾质量浓度之间则呈现出负相关。越高的电压，或是越小的电阻，会使电子烟输出功率越大，抽吸条件相同对应越高的烟液吸收能量，则对应的会有更多的烟液气化融合空气中的水分，形成气溶胶。抽吸过程不断进行，烟雾质量浓度也在逐渐下降，与锂电池的

放电规律相同。在电阻值相同的情况下，更高的工作电压也会提高质量浓度稳定性。

结合气溶胶特性，在测定电子烟烟雾质量浓度过程中，主要采用透光率定量表征测量的方法，需要设计开发烟雾质量浓度测试系统，从而探究影响烟雾质量浓度的因素。得出探究结果为，抽吸容量一样，如果模拟抽吸电子烟的间隔相对较小，烟雾质量浓度较高。同时相比于单一的溶剂，混合溶剂具有更高的烟雾质量浓度。如果具有相同的抽吸条件，则电子烟输出功率与烟雾质量浓度之间关系为正相关。由于抽吸电子烟是一个持续的过程，在烟雾量的计算公式中，根据检测终止时间的不同，该方法可选择用于评价单口抽吸所产生的电子烟烟雾量，或者用于评价多口抽吸所产生的电子烟烟雾量的总和。因此该方法可以用于评价单个电子烟逐口

烟雾量的稳定性，也可以用于比较不同电子烟样品的烟雾量

大小。

2 高效液相谱法测定

高效液相谱法也可以测量电子烟雾的含量，应用高效液相谱法主要测定电子烟烟液中的丙二醇、丙三醇含量。如图2所示，高效液相谱法需要应用到高效液相谱仪、脱气机、四元泵、柱温箱、自动进样器、电子天平等器械，混合标准溶液。其中混合标准溶液分别称取一定含量的1，2丙二醇和丙三醇，

将其放置于容量瓶，将二者与水溶解后均匀混合，得到混合标准储备溶液，选择不同量的混合标准储备液放到对应的容器中，借助水定容，随后得到混合标准溶液。借助示差折光检测器对温度和压力变化进行检测，敏感度相对较高，所以在具体实验之前，相关研究人员需要对蚊香温度、测池中的温度进行检测工作，要比环境温度高5℃~10℃，在开机后需要冲洗参比池和样品池，接着进行低流量冲洗，随后上升温度到设置的温度，在稳定压力后，增加对应的流量。针对不同的烟液样品，对应的1，2丙二醇和丙三醇的含量具有较大差别，稀释合适的倍数能够获得最佳相峰高，对定量分析有利。1，2丙二醇以及丙三醇容易溶于水且具有较好的稳定性，又能够作为一种环保、清洁的溶剂，因此可以将水作为萃取剂。作为一种常用提取方式，振荡提取主要与水溶解后的样品经过振荡进行样本提取。结合具体的试验方法测定混合标准溶液，根据相应的数据可以看出，在一定范围内，1，2丙二醇与丙三醇的质量浓度与峰面积之间呈现出线性关系。该方法前期处理工作相对简单且环保，具有较好的稳定性，具有相对可靠、准确的监测结果，能够在不同电子烟烟液雾化剂中准确、快速测定。

3 应用GC-MS 测定

应用GC-MS 建立载气吹归属实验装置主要是对电子烟雾中的尼古丁浓度进行测试，该种方法主要是建立尼古丁浓度与峰面积之间的线性方程，在此基础上测定不同流速空气为载体的吹扫液态尼古丁产生的气溶胶中尼古丁的浓度。烟

注：S-nicoline 和R-nicoline 为监测值。

图2 电子烟流入设备随时间变化图

350030002000100025001500500-500

s-(-)-Nicotine

R-(+)-Nicotine

时间t/s

原子质量单位/（a m u ）

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民不能戒烟的主要原因是香烟中含有成瘾性的尼古丁，因此相关研究人员研究、开发了很多能够替代传统烟草的产品，最流行的方式之一，即电子烟。电子烟又被称作电雾化卷烟，主要是应用电子加热的方式，将尼古丁传统的呼吸装置中，其在一定程度上被作为戒烟产品，戒烟的方法被称为尼古丁电子装置。

应用该种测定方法主要应用的仪器包括气相谱质谱仪、电热鼓风干燥箱、酶标仪、恒温箱、雾化电子烟、空气泵、气体流量仪、电子烟油等。借助CG-MS 主要是不同气态尼古丁的浓度，借助玻璃注射器对人抽吸装有烟油的电子烟进行模拟，抽出一定量的电子烟烟雾，借助气相进样针抽出一定量的电子烟烟雾。借助微量进样器抽取尼古丁，将其滴在锡箔纸上，将锡箔纸放到石英容器中，旋转活塞，并密封容器。随后将容器放到电热鼓风干燥箱，使容器中的尼古丁吸热气化，将电热鼓风干燥箱的温度设置到80摄氏度。随后气化完成后，对石英容器中的气体，采用气相进样针抽取，放置到气象谱仪中，开展检测工作。重复上述步骤进行反复试验工作。在经过反复试验后建立尼古丁浓度和峰面积线形关系图。将不同的实验装置相互连接，并接通空气泵的电源，同时借助乳胶管这一中介，将气孔和空气流量仪连接到一起，空气流量仪的另一端要连接有砂芯导管的量筒，同时在量筒中放入纯尼古丁，并吹出内部的空气，连接硅胶管与自制石英玻璃，同时连接氧气瓶，保证试验箱中压强平衡。相关研究显示，温度相同时，液态尼古丁通过砂芯小孔与反应所产生的小气泡相融合，在小气泡上升过程中，尼古丁由小气泡

带出，借助气相谱质谱仪，能够测量不同气流速下的尼古丁气体峰面积。

4 基于气溶颗粒径分布测定

该测定方法主要应用的仪器和材料包括电子烟产品、快速粒径谱仪、吸烟循环模拟机等。应用吸烟循环模拟机能够精确控制、恒量采集烟气气溶胶。应用快速粒径谱仪可以结合颗粒不同、电迁移率不同，实时测量气溶颗粒变化。操作吸烟循环模拟机能够有效控制样品流速从而保证其符合快速粒径谱仪的要求。吸烟循环模拟机的变量阀主要是控制稀释流量对样品目标流量的影响，结合吸烟气流量变曲线，提供第一级稀释，有效避免气溶胶颗粒凝聚的情况。相关研究人员用吸烟循环模拟机对烟气气溶胶的产生进行模拟，

稀释抽取得到的样品，降低烟气气溶胶浓度，采用电晕静电器定量测定气溶胶颗粒电荷，随后在环形电场中引入带电粒子。不同大小的颗粒对应的程度偏转也不相同，检测到的信号能够在短时间内测定气溶胶烟雾中的粒径分布数据。采用吸烟循环模拟机模拟电子烟抽吸过程，能够使颗粒快速进入气溶胶烟雾，借助电迁移率，能够对粒径中的不同气溶胶颗粒进行分离，对气溶胶颗粒的数目、粒径分布开展实时测定工作。烟雾量主要是基于不同直径颗粒质量的综合。在完成测定工作后，通过快速粒径谱仪对原始数据进行测定，并输出。在对气溶胶颗粒评价的过程中，应当从以下步骤入手：首先抽吸电子烟，对烟雾中的气溶胶颗粒数目和粒径分布进行相应的测定工作，并在规定的时间内测定气溶胶的流量。在此

基础上结合具体测定状况进行计算。结合气溶胶颗粒的分布情况、平均数浓度，对不同颗粒直径情况进行相应的分类，并推导出对应的烟雾量计算公式。最后开展评价工作。结合上述计算公式，对比电子烟样品的烟雾量，在计算烟雾量气溶胶颗粒相关内容的过程中，不同的检测时间对应的情况也不同，因此可以将该方法应用于单口抽吸产生的电子烟烟雾量，或是计算多口抽吸产生的电子烟烟雾量总和。

5 结语

综上所述，现阶段对电子烟雾的测量技术研究取得了一定的研究成果，但总体而言，我国对电子烟雾测量技术的研究仍然相对较少。相关研究人员仍然需要加强对电子烟雾测量技术的研究。该文简要概括了电子烟的发展形势、电子烟烟雾量测量的研究背景及意义，再主要介绍了国内外电子烟气溶胶研究方法以及现有电子烟气溶胶浓度测量方法，分析出测量方法的优缺点，探究出优化方法和解决措施，从而促进测量技术的发展。

参考文献

[1]张永学，何庆，张晓宇，等.基于GC-MS 建立载气吹扫实验装置匹配测定电子烟雾尼古丁浓度[J].中国临床药理学与学，2018，（7）：776-781.

[2]张霞，韩熠，李寿波，等.基于气溶胶粒径分布测定电子烟烟雾量[J].中国烟草学报，2016，22（4）：1-7.

[3]李寿波，朱东来，韩熠，等.电子烟烟雾质量浓度表征及影响因素[J].烟草科技，2018，51（4）：35-40.

[4]刘丽娟，郭紫薇，陈晶泽，等.电子烟烟雾气体染毒对C57BL/6小鼠肠道菌的影响[J].医学信息，2020，33（6）：72-

75.

[5]陈俊周，汪子杰，陈洪瀚，等.基于级联卷积神经网络的视频动态烟雾检测[J].电子科技大学学报，2016，46（6）：992-996.

图3 高效液相谱法测定内容

（其中102、104和108表示设备编号，R 为电阻）

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