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1、青岛科技大学本科论文（毕业设计）微波对卷烟主流烟气中氨含量的影响1前言1.1烟草的起源及危害烟草是茄科烟属植物，是世界上最广泛种植的商业性非食物叶用经济作物。烟草作为嗜好性消费品，具有醉人的香气，能够消除疲乏和提神，还有麻醉和其他药用功能，用于治疗疾病。烟草的吸食开始于3500多年前的美洲，随着通往美洲航道的开通，欧美大陆之间的往来日益频繁，烟叶和烟草种子被带进了欧洲，并且不断传播到其他地方，于明朝万历年间传入我国。自20世纪50年代“吸烟与健康”的问题提出以来，世界各国对烟草危害进行了广泛的研究，5万多份研究报告证实了吸烟对健康的危害。2001年8月，美洲心脏基金会和美洲心脏病学会联合发表的
2、反烟草斗争框架协议的巴拿马声明中指出，吸烟将成为人类死亡的主要原因之一。根据我国科学家研究发现，中国每年100万的死亡人群中，有34死于由烟草引发的疾病，按现有趋势推测，到2020年，我国将有200万人因吸烟而死亡。世界卫生组织认为，当今对人类危害最大的就是烟草，吸烟已经被定为“公害”。科学研究证明，烟草的危害主要来源于主流烟气中的化学成份所引起的疾病。烟气是多种化合物组成的复杂混合物，据1988年Roberts在Tobacco Reporter中的报道，当时已经鉴定出烟气中的化学成分达5068种，其中1172种是从烟草中转移进入，3896种是烟气中独有的。其中主要有一氧化碳、尼古丁、焦油、苯
3、丙比、放射性物质、刺激性化合物及砷、汞、锡、镍等多种重金属元素，它们具有很强的刺激作用和致癌作用。1.2烟草燃烧产生的有害成分1及研究有害成分的意义不同的香烟点燃时所释放的化学物质有所不同，但主要数焦油和一氧化碳等化学物质。香烟点燃后产生对人体有害的物质大致分为六大类： （1）醛类、氮化物、烯烃类，这些物质对呼吸道有刺激作用。 （2）尼古丁类，可刺激交感神经，引起血管内膜损害。 （3）胺类、氰化物和重金属，这些均属毒性物质。 （4）苯丙芘、砷、镉、甲基肼、氨基酚、其他放射性物质。这些物质均有致癌作用。 （5）酚类化合物和甲醛等，这些物质具有加速癌变的作用.现今全世界有烟民115亿，中国的烟民有
4、近32亿。科学家关于吸烟有害健康的提醒和政府对烟草吸食的限制并未减少吸烟人数，反而吸烟人数有所增加。吸烟既有害健康，又无实利，竟然能为人们接受，并呈现增长之势，有其深层次的原因。从心理上讲，吸烟是生活习惯。根据心理学家和行为学家的研究，当人的某些愿望无法得到满足和在生活中遇到烦恼时，往往会借助吸烟造成的短时兴奋作为心理发泄的方式之一。吸烟者往往在疲劳时、闲暇时、聊天时吸烟，很容易形成习惯，以后每到这种场合，就得吸烟。从行为上讲，吸烟还是为了从众。由于吸烟的人数增多，吸烟逐渐成为社会上的一种共同行为。烟草是重要的经济作物。吸烟是亿万烟民文化生活中不可缺少的一部分，更是国家和地方财税的重要经济来源
5、。烟草行业已发展成为一个非常庞大的产业，涉及农、工、商、贸及与其生产配套的许多相关行业。它的发展解决了一大批人的就业和生活问题.当前，反吸烟运动在世界范围内日益高涨。因此，如何提高烟草品质，减少烟草中有害化学成分的含量是烟草科技工作者面临的重要任务，采取一定的手段减少其危害作用具有十分重要的意义。1.3.氨类物质的概述1.3.1氨的基本性质和危害氨（Ammonia，即阿摩尼亚），或称“氨气”，分子式为NH3，是一种无色气体，有强烈的刺激气味。极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨。氨对地球上的生物相当重要，它是所有食物和肥料的重要成分。氨也是所有药物直接或间接的组成。氨有很广泛的用
6、途，同时它还具有腐蚀性等危险性质。由于氨有广泛的用途，氨是世界上产量最多的无机化合物之一，多于八成的氨被用于制作化肥。氨气中毒将会给人体健康造成很大危害。从特性讲氨属碱性物质，带有一种恶臭气味，并具有一定腐蚀和刺激作用，皮肤接触后可引起中毒反应。氨在吸入一定量后能降低人体抵抗力，还可引起心律不齐、呼吸不畅等。另外氨通过肺胞进入血液后能与血红蛋白结合，破坏血红蛋白的运氧功能。在短期内吸入大量氨气后可出现流泪、咽痛、恶心、呕吐、乏力等症状；严重者可发生肺水肿、成人呼吸窘迫综合症；同时，还可能发生呼吸道刺激症状。21.3.2卷烟主流烟气中的氨卷烟主流烟气中的氨作为“Hoffmann List”44种
7、有害成分中的一种，来源于烟草其它辅助材料中的含氮化合物,包括蛋白质、氨基酸、硝酸盐、铵盐、酰胺、生物碱及含氮杂环化合物。适宜的含氮化合物含量可以保持烟气适当的生理强度和浓度,但过高的含氮化合物含量不仅使烟气粗糙,产生焦糊味,而且会产生大量有害成分。在卷烟抽吸过程中。这些含氮化合物会不同程度地产生氨。氨不仅影响卷烟的吃味,还会刺激人体的视觉及呼吸系统,长期吸入会对人体造成较严重的危害。3目前，国内烟草行业已经将卷烟烟气中的氨含量在内的七种有害成分纳为卷烟安全性质量评价指标，卷烟烟气中氨测定，有利于行业减害降焦工作的进行。1.3.3环境中氨的检测方法(1)钠氏试剂分光光度法4。适用于制药、化工、炼
8、焦等工业行业废气中氨的测定。(2) 氨气敏电极法。同上，该法用于测定空气和工业废气中的氨。(3) 次氯酸钾-水杨酸分光光度测定法。适用于恶臭源厂界及环境空气中氨的测定。但是，当有机胺浓度大于1mg/m3时，不能使用该法。(4)靛酚蓝分光光度法。适用于检测公共场所、空气居民区大气和室内空气中的氨。(5)分光光度法。检测出来的数据相对准确度高，但是操作不方便，目前还未出现能在现场操作的仪器。 (6)电化学法。以氨传感器为主体，检测数据相对准确，操作便捷，但传感器是易疲劳件，每年需更换，成本较高。(7)快速检测法。以快速检测管为主，检测的精确度稍差，但能满足氨检测的要求。普遍适用于室内空气定性检测。
9、1.3.4卷烟烟气中氨的测定5烟草中氨的含量较低(如烤烟的氨含量大多在0.01% 0.08% ) 、覆盖范围较广,用一般的手段难以进行定量分析。常用的经典方法有酸碱滴定法、分光光度法，但是二者过程繁琐、检测周期长,且受人为因素的影响较大,不适于微量和痕量分析。在现代仪器分析方法中，气相色谱法操作繁琐、线性范围窄，检测结果重复性较差，不适应于分析大量样品;离子色谱法适合于氨根离子的检测,检测结果稳定，具有操作简便、快速、灵敏、准确、干扰少、试剂用量小、污染少的特点，可对大批量样品同时进行分析，因此本实验采用离子色谱法。1.4离子色谱法的原理及应用1.4.1离子色谱法的基本原理6离子色谱 (Ion
10、 Chromatography)是高效液相色谱（HPLC）的一种，可以用来分析阴离子和阳离子。离子色谱的分离机理主要是离子交换，有3种分离方式，它们是高效离子交换色谱（HPIC）、离子排斥色谱（HPIEC）和离子对色谱（MPIC）。用于3种分离方式的柱填料的树脂骨架基本都是苯乙烯-二乙烯基苯的共聚物，但树脂的离子交换功能基和容量各不相同。HPIC用低容量的离子交换树脂，HPIEC用高容量的树脂，MPIC用不含离子交换基团的多孔树脂。3种分离方式各基于不同分离机理。HPIC的分离机理主要是离子交换，HPIEC主要为离子排斥，而MPIC则是主要基于吸附和离子对的形成。71.4.2仪器结构离子色谱包
11、括以下几部分，淋洗液输送系统，进样系统，柱系统，检测器，数据分析系统。离子色谱仪器的淋洗液输送系统：储液罐、输液泵、梯度淋洗液发生装置，与液相色谱的输液系统基本相似。检测器常用的电导检测器和安培检测器（PAD）。电导检测器：测定溶液流过电导池电极时的电导率；可检测大部分离子型化合物。安培检测器是一种用于测量电活性分子在工作表面氧化或还原反应时所产生电流变化的检测器。有恒电位器和三种电极（工作电极、参比电极、对电极）组成。在外加电压的作用下，被测物质在电极表面发生氧化或还原，检测池内产生电解反应。当氧化反应时，电子由电活性被测物质向安培池的工作电极方向转移；当还原反应时，电子由工作电极向被测物质
12、方向转移。1.4.3离子色谱的应用（1）无机阴离子的检测8无机阴离子是发展最早，也是目前最成熟的离子色谱检测方法，包括水相样品中的氟、氯、溴等卤素阴离子、硫酸根、硫代硫酸根、氰根等阴离子，可广泛应用于饮用水水质检测、啤酒、饮料等食品的安全、废水排放达标检测、冶金工艺水样、石油工业样品等工业制品的质量控制。特别由于卤素离子在电子工业中的残留受到越来越严格的限制，因此离子色谱被广泛的应用到无卤素分析等重要工艺控制部门。无机阴离子交换柱通常采用带有季胺功能团的交联树脂或其他具有类似性质的物质，常见的阴离子交换柱如Metrosep A supp 4-150，A supp 5-250等。常用的淋洗液为N
13、a2CO3和NaHCO3按一定比例配置成的稀溶液，改变淋洗液的组成比例和浓度，可控制不同阴离子的保留时间和出峰顺序。（2）无机阳离子的检测9无机阳离子的检测和阴离子检测的原理类似，所不同的是采用了磺酸基阳离子交换柱，如Metrosep C1，C2-150等，常用的淋洗液系统如酒石酸/二甲基吡啶酸系统，可有效分析水相样品中的Li+，Na+，NH4+，K+，Ca2+,Mg2+等离子。（3）有机阴离子和阳离子分析10随着离子色谱技术的发展，新的分析设备和分离手段不断出现，逐渐发展到分析生物样品中的某些复杂的离子，目前较成熟的应用包括：（4）生物胺的检测Metrosep C1分离柱；2.5mM 硝酸/
14、10%丙酮淋洗液，可有效分析腐胺、组胺、尸胺等成分，已经成为刑事侦查系统和法医学的重要检测手段。(2）有机酸的检测11Metrosep Organic Acids分离柱，MSM抑制器 ；0.5 mM H2SO4作为淋洗液，可有效分析包括乳酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、苹果酸、柠檬酸等各种有机酸成分，在微生物发酵工业、食品工业都是简便有效的分离方法。(3）糖类分析12目前已经开发出各种糖类的分析手段，包括葡萄糖、乳糖、木糖、阿拉伯糖、蔗糖等多种糖类分析方法。在食品工业中的应用尤其广泛。1.5微波概述1.5.1微波的基本性质微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无
15、线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。从电子学和物理学观点来看，微波这段电磁频谱具有不同于其他波段的如下重要特点：（1）穿透性微波比其它用于辐射加热的电磁波，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于介质损耗引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间。（2）选择性加热物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来
16、决定。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。（3）热惯性小微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。（4）似光性和似声性微波波长很短，使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小；使系统更加紧凑。（5）非电离性微波的量子能量还不够大，不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键。1.5.2微波在处理样品中的应用微波技术在样品干燥、消解、萃取、雾化等方面的应用。微波技术具有效率高、速度快、易于控制、对环境无污染的特点,具有广阔的应用前景。微波技术主要应用于微波凝聚态化学反应、微波诱导催化反应、微波无机合成化学
