烟气危害成分分析.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十二章 烟气危害成分分析,郑州轻工业学院,内容提要,卷烟烟气气相中有害物质,吸烟自由基,烟草特有亚硝胺,烟草生物碱,卷烟烟气粒相中有害物质,20世纪50年代以来，随着吸烟与健康问题的提出，卷烟烟气化学的研究已普遍开展，特别是70年代以来，在烟支燃烧状态的测定和烟气化学成分的分离鉴定等方面都取得了显著进展到目前为止，国际上已有数万项关于吸烟与健康方面的科研成果，在这些科技论文中，既有反对吸烟的科学依据，也有某些论点的争论，还有大量关于提高吸烟安全性的科研报告虽然涉及吸烟与疾病之间关系的许多问题至今尚未真正解决，只有统计关系和一些理论性假设，而没有明确的最终答案，但是却促进了烟草科技的较大发展.,卷烟的抽吸方式决定了烟支燃吸是一种高温乏氧不完全燃烧的过程，最高温度可达900左右抽吸时燃烧主要发生在燃烧锥底部周围，气流中的氧几乎耗尽，氧化过程不起主要作用有限度的燃烧导致蒸馏、干馏、热解、合成等反应同时发生，形成大量的新生化合物卷烟烟气是一种气、液、固并存的复杂多相的气溶胶据报道，仅卷烟烟气中的化学成分即达近4000种，比烟叶中还多1000多种。

这些化学成分中既有提供烟草香气、吃味和生理作用的物质，也有产生杂气、刺激和不良吃味的物质，还有微量的对人体健康产生危害的物质，如气相的一氧化碳、硫化氢和焦油中的自由基、亚硝胺、苯并a芘等因此，卷烟烟气化学的深入研究对提高卷烟香吃味品质和降低有害成分无疑具有重要的意义List,Ullmann Encyclopedia of industrial Chemistry,Weinheim,1996,共分成七类41种：,11种PAHs 4种氮杂-芳烃,7种氮-亚硝胺 3种芳香胺,4种醛 6种其它有机化合物,6种无机物,1 卷烟烟气气相中有害物质,化合物,每支产生量（g）,毒性,一氧化碳,CO,10 23 mg,T,氧硫化碳,COS,18 42,T,苯,C,6,H,6,12 48,HC,甲醛,HCHO,20 100,CT,C,丙烯醛,CH,2,=CHCHO,60 100,CT,丁烯醛,CH,3,CH=CHCHO,5 20,CT,氯甲烷,CH,3,Cl,150 840,C,氯乙烯,CH,2,=CHCl,1 16,HC,氧化氮类,NO,X,100 600,T,氨,NH,3,50 130,CT,T,氢氰酸,HCN,150 300,CT,T,肼,H,2,NNH,2,32,C,异氰酸甲酯,CH,3,CNO,5.5 8.3,T,丙烯腈,CH,2,=CHCN,C,氨基甲酸乙酯,NH,2,COOC,2,H,5,20 38,C,2-硝基丙烷,CH,3,CHNO,2,CH,3,0.2 2.2,C,C：动物致癌物；CT：纤毛毒性物；HC：人类致癌物；T：毒性物质；NO,X,：NO、NO,2,、N,2,O,3,、N,2,O,1.1 一氧化碳,一氧化碳一经吸入即与血红蛋白结合，它与血红蛋白的化学亲和力比氧气达200倍以上。

这样，由于减少了红细胞所携带氧的总量，一氧化碳能导致组织缺氧研究表明，烟气中CO一部分由热解产生，一部分由烟草不完全燃烧产生，一部分由CO,2,还原而成主流烟气中碳氧化物还受烟丝含水量、卷烟纸孔度、烟草配方等因素的影响采用打孔滤嘴或带有纵向气槽滤嘴来稀释烟气可使主流烟气中CO有选择地减少1.2 苯,苯能引起神经衰弱、乏力、白细胞和血小板减少、贫血等症状，严重的可导致神志不清、肌肉痉挛等过去一直认为苯无致癌作用，但近年来正在被怀疑对造血系统有致癌活性国外已有不少由于接触苯而导致白血病的临床病例报道，不过，试图用苯对动物诱发白血病的实验尚未完全成功故苯的致癌性问题还有待更深入的研究在卷烟主流烟气中苯的浓度可通过使用打孔滤嘴而有选择地减少1.3 挥发性醛和酮,这些挥发性羰基化合物特别是甲醛、丙烯醛及巴豆醛是纤毛的毒素，与氰化氢和氨一起，吸入后抑制了肺排泄物的清除，从而导致肺部疾病甲醛还可诱发鼻癌含炭滤嘴可选择性地从卷烟烟气中去除某些挥发性醛和酮类，因而大大减少整个烟气对纤毛的毒性打孔滤嘴也能减少挥发性醛类1.4 氯代烃,烟草中含少量的氯（1.0%）似能改变烟草的品质，而含氯量高时则降低燃烧性。

烟叶内氯的含量决定烟气中氯代烷烃的生成量在气相中，已鉴定的有氯代甲烷（150 840 g/支）和氯乙烯（1 16 g/支）氯代甲烷是一个可疑的动物致癌物氯乙烯有微毒，长期接触可引起某种过敏，高浓度的氯乙烯会诱发肝脏内血管瘤含炭滤嘴可选择性的从烟气中减少氯乙烯1.5 氧化氮类,氮氧化物主要对呼吸道造成危害，可致急性中毒和慢性中毒中毒症状主要是对黏膜组织的损害，如呼吸道炎症、咳嗽、咯血、支气管炎、肺炎和肺气肿等未受污染的大气中，氮氧化物的含量为0.05 mg/m,3,污染程度达到0.07 mg/m,3,即可引起呼吸功能降低和疾病发生氧化氮类是吸烟时形成致癌性N亚硝胺的主要前体，它们还促使在烟气一经吸入时的亚硝胺的体内生成减少烟气中的氧化氮类的有效方法是减少烟草中的硝酸盐含量，打孔滤嘴也可以减少氧化氮类1.6 氰化氢,氰化氢（HCN）是卷烟烟气中最具纤毛毒性的物质，它是几种呼吸酶的非常活跃的抑制剂在肝脏内氰化氢快速地代谢为硫氰酸盐，吸烟者唾液、血液和小便中的硫氰酸盐浓度常用作烟气中不同吸入量和不同吸入深度的指示剂硝酸盐是烟气中氰化氢的主要前体烟草的蛋白质和氨基酸对烟气中氰化氢的形成也起重要作用。

含炭滤嘴、打孔滤嘴或带纵向气槽的滤嘴可选择性地降低烟气中氰化氢浓度2 吸烟自由基,（1）自由基及其性质,自由基是独立存在的，含有不配对电子的原子或原子团（分子或离子）,吸烟自由基包括烟气气相自由基气相自由基主要是烷基自由基（R ）、烷氧自由基（RO ）、氯自由基（Cl ）、NO自由基（NO ）、NO2自由基（NO2 ）等这些自由基具有不对称电子，易与其他物质发生反应，从而得到或失去一个电子而变成稳定结构体积小，重量轻，反应性强，不能直接用电子自旋共振波谱仪（ESR）观察可用自旋捕集技术，先将这些活泼自由基捕获，再转化成比较稳定、能用ESR检测的自旋化合物粒相自由基主要有芳香烃自由基（Ar）、醌基自由基（Q ）、半醌基自由基（HQ ）、石墨碳和磷自由基等粒相自由基分子量大，体积大，稳定性较高，可用电子自旋共振波谱仪（ESR）直接观察到2）吸烟自由基的危害,气相自由基的危害,可以直接进攻,1,-抗蛋白酶，并使其失去活性1,-抗蛋白酶与肺弹性纤维密切相关患先天性,1,-抗蛋白酶缺陷的人，大多伴有肺气肿、失去肺活量等疾病因此这种酶的失活，可能是吸烟造成肺部损伤的一个重要原因吸烟气相自由基同时也具有很强的氧化性，如烷氧基自由基、烷过氧基自由基、NO,2,自由基等，它们可直接引起细胞膜脂质过氧化，从而使细胞的动力学性质以及蛋白质的构象发生变化。

粒相自由基的危害,吸烟粒相自由基中的Q/QH自由基，可直接与细胞的DNA结合导致细胞转化，还可发生自身氧化反应，生成一系列活性氧自由基，如超氧自由基（O,2,）、羟基自由基（,OH）、脂氧自由基（LO ）等这些活性氧自由基均可攻击细胞，引起细胞膜等的损伤，从而引起一系列与吸烟有关的疾病3,）吸烟自由基的抑制和清除,吸烟粒相自由基富集在焦油中，可用降低焦油总量的方法来减少在研制双低卷烟的过程中，采用了优化卷烟配方、烟丝膨胀、活性炭复合滤嘴、烟草薄片以及激光打孔通风稀释等现代卷烟高新技术，并精选烟丝，采用高透气度盘纸和其他上等原辅材料，不仅使卷烟焦油量稳定在,8 mg/,支以下，而且保持了烟气风味不变该项技术达到了现代国际先进水平与一般,20 mg/,支左右的烤烟型卷烟相比，双低卷烟不仅使吸烟粒相自由基减少了,50%,左右，而且还按几乎相同的比例减少了其他有害物质的释放量经日本权威机构对在日本销售的美、日、德、英等国的产品检测对比，北京卷烟厂生产的双低卷烟有害物质聚氯联苯含量最低，仅为英国同类产品的,1/8,，而另一有害物质塔尤开辛的含量为,0,添加中草药LBM抑制气相自由基,吸烟气相自由基的危害大于吸烟粒相自由基，且能穿透标准的剑桥滤片，因此不能用过滤方法来消除。

采用中草药LBM添加技术，有效抑制了吸烟气相自由基的生成量气相自由基生成量与同类不加LBM的产品相比降低11.5%统计学处理结果表明，清除效果显著添加气相自由基清除剂FRE,由于气相自由基具有较强的氧化性，添加还原剂可使其失活这种FRE清除剂由一种纯天然物质与一定比例的其他辅料配合而成，对人体无毒害，对产品吸味没有影响，使之保持原有风格性质比较稳定，对气相自由基有显著的清除效果，经检测，消除效率（与没有添加FRE的对照样相比）在14%以上添加LBM和FRE，可使卷烟烟气中自由基的综合清除效率达到26%以上类胡萝卜素清除自由基,在卷烟中添加类胡萝卜素（叶黄素或,-胡萝卜素），采用电子自旋共振波谱仪（ESR）分析，结果显示出自由基的浓度随类胡萝卜素的加入量增加而降低，添加量由0.05%增加到0.5%,（叶黄素或,-胡萝卜素），自由基比例对照降低5.76%,12.95%,表明类胡萝卜素对焦由中的自由基有显著的活性3 烟草特有亚硝胺,烟叶和烟气中含有3种类型的N-亚硝胺化合物，它们分别是挥发性N-亚硝胺（VNA）、非挥发性N-亚硝胺（NVNA）、烟草特有的N-亚硝胺（TSNAs）它们是烟叶在调制、发酵和陈化期间以及在烟气吸入的瞬间在人体内形成的。

其含量与烟叶硝酸盐、生物碱、蛋白质、氨基酸的含量以及工艺技术条件有关挥发性N-亚硝胺（VNA）：,二甲基N-亚硝胺甲基乙基N-亚硝胺,二乙基N-亚硝胺二丙基N-亚硝胺,二丁基N-亚硝胺哌啶,亚硝基吡咯烷吗啉,非挥发性N-亚硝胺（NVNA）：,N-亚硝基脯氨酸N-亚硝基哌啶酸,N-亚硝基二乙醇胺,烟草特有亚硝胺（TSNAs）,N-亚硝基降烟碱（NNN）N-亚硝基新烟草碱（NAT）,N-亚硝基假木贼碱（NAB）,4-（N-甲基亚硝胺）-4-（-吡啶基）-1-丁醛（NNA）,4-（N-甲基亚硝胺）-1-（-吡啶基）-1-丁酮（NNK）,（1）TSNAs的结构及其前提物,许多研究表明，进入调制前的青烟不含TSNAs，这主要是因为细胞内各类物质被细胞膜有效地隔离开来，尽管烟叶内有丰富的前提物质，但它们不能相聚而发生反应生成TSNAsBush和Burton研究表明，TSNAs的有效积累同调制过程中烟叶细胞膜的破坏同步当烟叶晾制两周后，随着烟叶水分的散失，细胞膜遭到破坏，膜的透性迅速增大，细胞内物质外渗，紧接着在晒制第三周TSNAs的形成和积累就达到高峰2）TSNAs的化学性质和毒性,亚硝胺化合物是胺类化合物与亚硝基衍生物如NO,2、,N,2,O,3,和N,2,O,4,在酸性条件下进行亚硝化反应而生成的。

它包括亚硝胺和亚硝酰胺两大类如果参与反应的胺是仲胺，那么与N相连的氢很容易被NO取代，也就是说此种亚硝化反应异常迅速，只有叔胺亚硝化反应才进行得很慢由于亚硝胺化合物不稳定，在自然界中分布有限，但亚硝酸盐和胺类特别是仲胺分布较广，它们能生成亚硝胺，因此在食物、水、土壤和烟草中广泛存在这种物质动物实验已证实，多种亚硝基化合物中的是强有力的器官特定致癌物TSNAs尤其是NNN和NNK不仅是强有力的器官特定致癌物，而且也是接触性致癌物器官特定致癌物常在相同的部位诱发肿瘤，与应用暴露的场合和方式无关生化研究表明，NNK使动物活体和离体的人体组织中的DNA甲基化，从各种人体组织中分离出7-甲基鸟嘌呤及O,6,-甲基鸟嘌呤中可以得到证实分子生物学家认为遗传密码中带O,6,-甲基鸟嘌呤的DNA是一种化学损害，有可能引起肿瘤但TSNAs能否使人体致癌，目前尚无定论3）TSNAs减少措施,控制氮肥施用量，可减少烟叶中的。