摘要针对卷烟烟气pH值测定提出了烟气萃取液缓冲当量的概念，并从缓冲当量的角度论述和验证了水作为萃取体系检测卷烟烟气酸碱性的合理性，建立了检测卷烟主流烟气粒相物酸碱性的评价方法。采用剑桥滤片收集卷烟主流烟气粒相物，用添加了2 mmol/L KCl的去离子水萃取滤片，pH复合电极测定萃取溶液的pH值。结果表明采用水萃取卷烟烟气粒相物来评价卷烟烟气的酸碱性可行。


烟气酸碱性是卷烟整体质量反映的指标之一，可综合反映卷烟配方中化学组成和化学平衡，尤其是可反映烟气中烟碱的存在形态。20世纪50年代，烟草化学家们已开始注意到烟气酸碱性的重要性，从卷烟烟气酸碱性测定方法的研究到烟气酸碱性的影响因素以及烟气酸碱性与烟气成分或抽吸条件的影响都有报道。Irwin在1997年提出检测卷烟烟气粒相物pH而不是卷烟全烟气来衡量卷烟烟气的酸碱性，因为卷烟烟气气相中大量的CO2对烟气的pH值贡献很大，饱和CO2溶液的pH值大约为3.7，如果采用全烟气检测，势必会降低卷烟烟气pH值并且减小样品之间的差异。不采用全烟气检测的另外一个原因是pH本身的定义是氢离子活度αH+，是一个与溶质有效浓度相关的基团。因此pH实际上是溶液酸碱值的一种标度，而且是水溶液的酸碱值。而烟气是一种气溶胶，分成粒相和气相两相，这与“pH”原始概念偏离。“烟气pH”只是一个定义的数值，反映的是烟气的一种特性，它的值依赖于测定方法。“全烟气pH”显然是更加偏离了“pH”的概念，并且卷烟烟气气相物对卷烟感官的贡献很小，大部分对口感和香味有积极作用的物质都来源于粒相物。因此本文采用卷烟烟气粒相物而不是全烟气来评价卷烟烟气的酸碱性。


测定卷烟主流烟气的pH值，一种是直接法，即采用pH电极直接插入主流烟气通道测定，可检测单口烟气的pH值。另外一种是将主流烟气用水溶液萃取后再进行pH测定。国内研究者基本上采用水异丙醇（V/V，1∶1）的溶液来萃取主流烟气，而国外研究者则倾向于水作萃取溶液，在水中添加无机物或者配成缓冲溶液。本文检测了水与有机相作为卷烟烟气萃取溶液的缓冲当量，从缓冲当量的角度论述和验证了水作为萃取体系的合理性，建立了检测卷烟主流烟气粒相物酸碱性的评价方法。


1材料与方法


1.1材料与仪器


异丙醇（分析纯）；甲醇（分析纯）；乙醇（分析纯）；去离子水；KCl（高纯试剂）；氢氧化钠（分析纯）；盐酸（分析纯）；SM450直线型吸烟（英国CERULEAN公司）；METTLERTOLEDO实验室pH微电极（梅特勒托利多仪器上海有限公司）；THZC台式恒温回旋振荡器（江苏太仓市华美生化仪器厂）。


1.2缓冲当量的测定


分别加入不同体积的盐酸溶液到20 mL水与有机溶剂的体系中，根据加入量的不同测定其pH值得到[H+]，以[H+]为横坐标，加入的盐酸溶液最终浓度（mol/L）为纵坐标，进行线性回归，回归方程的斜率定义为该体系的缓冲当量β.水与有机溶剂体系中水的体积分数φ（H2O）分别为：100%，75%，65%，50%，35%，15%，10%.选取3种有机相：甲醇、乙醇和异丙醇。


1.3烟气粒相物的捕集与pH值测定


将卷烟在22±1℃、相对湿度60±2%条件下平衡48 h，参照国家标准规定的条件用吸烟机抽吸试验烟支，每个孔道抽吸4支，用平衡好的剑桥滤片捕集烟气粒相物，取出滤片，放入50 mL锥形瓶中，加入20 mL含2 mmol/L KCl水溶液的萃取溶液，塞紧盖子，超声萃取30 min，用pH计测定萃取液的pH值。


2结果与讨论


2.1水与有机相缓冲当量的比较

waterMT：水甲醇体系；waterEA：水乙醇体系；waterIPA：水异丙醇体系

图1缓冲当量β与体系含水量的关系图


分别测定水与甲醇、乙醇和异丙醇体系的缓冲当量，结果见图1.从图1可以看出，纯有机相的缓冲当量β最小。以水为主的体系中（体系水含量大于50%），纯水的缓冲当量最小。按照缓冲当量的定义，β值越大，说明添加同样多的盐酸，溶液的[H+]变化小，即溶液的缓冲能力大，表明体系的缓冲能力越强，该体系越不容易受到外加物质的影响而引起pH的变化；β值越小，说明添加同样多的盐酸溶液，溶液的[H+]变化大，即溶液的缓冲能力小，表明体系的抗酸碱能力越弱，该体系越容易受到外加物质的影响而引起pH的变化。因此，在测定pH值时，为使体系最大限度地减小对萃取物质的影响，应该选取缓冲当量β小的体系。pH复合电极是基于水溶液而进行测定的，在含水量小于50%体系中，体系以有机相为主，不适合用pH复合电极测定pH值。因此选择含水量大于50%体系中对应的最小β的体系为最佳的萃取体系，即得纯水体系为最佳的萃取体系。


2.2水与有机相作为萃取液后缓冲当量的比较


研究者会将纯水作去CO2处理，这是因为水和环境空气中的CO2也会影响溶液的酸碱度。这些不同的处理方法导致采用电极法测定得到的pH值也不同。本文对此作了研究。取选定的实验用烟，在同样的抽吸条件下得到的粒相物滤片，用20 mL不同比例的水有机相体系作萃取剂进行超声萃取30 min，测定其pH值。按照1.2所述测定体系的缓冲当量值，结果见图2.

以水异丙醇为例，由图2可以看出，萃取液加入盐酸后，盐酸浓度与[H+]并不成线性关系，从其趋势来看，萃取液的缓冲当量比纯水体系大得多，比水异丙醇（φ（H2O）=35%）体系的缓冲当量也大得多。同样得到水乙醇体系、水甲醇体系的萃取液缓冲当量也比纯水体系大得多。因此可以说明水中和环境中的CO2对测定结果的影响很小，可以忽略不计。