同步辐射光电离/分子束质谱技术应用于卷烟燃烧机理和减害研究

吸烟不仅危害抽吸者健康，也对被动吸烟者造成生理伤害。为何吸烟有害健康？是否有可能降低"二手烟"的伤害？回答这些问题，必须搞清楚烟气成分的组成情况，了解卷烟的燃烧和热解机制。遗憾的是，烟气成分极度复杂，并处于不断的动态变化中，研究起来并非易事。目前广泛使用的离线检测方法，由于前处理和分离过程冗长，无法探测到烟气中不稳定成分，仅能够分析很少一部分稳定成分，且不能反映烟气在初始形成过程中的动态真实过程。.本项目拟依托同步辐射光电离/分子束质谱技术，发展一种研究卷烟燃烧的实验方法，并用于实时、在线探测卷烟主流和侧流烟气中稳定产物和不稳定活泼自由基成分，观察烟气组分随时间的形成和衰减动力学过程，构建和完善卷烟燃烧机理；此外，本项目还将系统研究环境烟气随外界条件改变时发生的变化，了解"二手烟"中有害成分的变化规律，试图找到降低"二手烟"危害的途径。

吸烟不仅危害抽吸者健康，也对被动吸烟者造成生理伤害。为何吸烟有害健康？是否有可能降低“二手烟”的伤害？回答这些问题，必须搞清楚烟气成分的组成情况，了解卷烟的燃烧和热解机制。遗憾的是，烟气成分极度复杂，并处于不断的动态变化中，研究起来并非易事。目前广泛使用的离线检测方法，由于前处理和分离过程冗长，无法探测到烟气中不稳定成分，仅能够分析很少一部分稳定成分，且不能反映烟气在初始形成过程中的动态真实过程。 ..本项目依托同步辐射装置，设计搭建了一套卷烟烟气在线分析质谱装置，发展了一种研究卷烟燃烧的实验方法，并用于实时、在线探测卷烟主流和侧流烟气中稳定产物和不稳定活泼自由基成分，观察烟气组分随时间的形成和衰减动力学过程。通过获得在线质谱图，并对每个质谱峰扫描光电离效率曲线，可以通过曲线拐点对应的能量对烟气产物进行初步定性，再用可能存在产物的绝对光电离截面加和来拟合光电离效率曲线，即可对质谱峰可能存在的同质异位体和同分异构体进一步区分，并获得各物种的摩尔分数。我们利用该方法发现广为报道的有害成分如1,3-丁二烯(m/z=54)、1,3-环戊二烯(m/z=66)、苯(m/z=78)、二甲苯(m/z=106)、2-丙烯醛(m/z=56)、丙酮(m/z=58)、丙醛(m/z=58)、巴豆醛(m/z=70)、呋喃(m/z=68)、异戊二烯(m/z=68)等都有大量同分异构体或同质异位体，其中一些成分从未报道过，如m/z=66的1-戊烯-3-炔, 3-戊烯-1-炔和1-戊烯-4-炔。此外，该方法还可在线探测到一些活性物质和自由基，如乙烯酮、烷氧基等；在不影响原有研究计划的基础上，我们还设计了一种大气压热解装置，并结合光电离质谱装置，研究了卷烟烟丝、生物质、煤以及废旧塑料等的热解过程，极其有效地获得了这些固体物质热解产物分布和动力学信息，对于污染控制、能源利用等研究有重要的指导意义，为将来的研究奠定了基础。