杜玮，张海容

（忻州师范学院 生化分析技术研究所，山西 忻州 034000）

荧光法研究不同壳聚糖及大孔树脂对香烟烟气中多环芳烃的清除作用

杜玮，张海容*

（忻州师范学院 生化分析技术研究所，山西 忻州 034000）

用荧光法研究了不同甲壳胺及大孔树脂对香烟烟气中多环芳烃的去除作用.通过有机溶剂萃取不同香烟烟气焦油中有机物，同时以多环芳烃芘作为参比，定量分析了各种品牌香烟在保留过滤嘴条件下使用不同的大孔树脂对烤烟中焦油多环芳烃的吸附率，从而测量烟气在溶剂中多环芳烃的去除率.实验得出D-3520对五种不同品牌的烤烟烟气中焦油多环芳烃的去除率为：46.3%～94.4%，壳聚糖（医药）为：91.9%～99.1%，为卷烟烟气中有害物质的去除提供了一种新方法.

香烟烟气；过滤烟嘴；大孔树脂；多环芳烃；芘

香烟烟雾中的有害成分包括一氧化碳、尼古丁等生物碱、胺类、腈类、醇类、酚类、烷烃、烯烃、羰基化合物、氮氧化物、多环芳烃、杂环族化合物等［1］.他们具有多种生物学作用.吸烟时，香烟烟雾大部分吸入肺部，小部分与唾液一起进入消化道.烟中有害物质部分停留在肺部，部分进入血液循环，流向全身.在致癌物和促癌物协同作用下，损伤正常细胞，可形成癌症.对呼吸道粘膜产生炎症刺激；对细胞产生毒性作用；使人产生成瘾作用［2-3］.

1 实验部分

1.1 仪器

F-4500荧光仪（日本日立公司）；荧光参数：激发／发射狭缝：5 nm／5 nm，

SY电热鼓风干燥箱（天津三水科学仪器有限公司）；

SHB-ⅢA循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）

1.2 烟气吸收装置

本实验装置见（图1）

1.3 试剂与材料

芘，分析纯；

红旗渠，烤烟型，河南中烟工业有限公司出品，焦油含量：12 mg；

北戴河，烤烟型，河北中烟工业有限公司出品，焦油含量：11 mg；

猴王，烤烟型，陕西中烟工业有限公司出品，焦油含量：13 mg；

“地排球”是在空闲的场地上，采用合理、合规的接触“地面”的一项新兴拍球运动，它在一定程度上可以与“空中排球(如硬式排球、软式排球等)”相区别，它将乒乓球与排球规则协调发展，降低难度，激发了更多不同年龄阶段人群参与此项体育创意项目。通过改变排球运动的规则与移动轨迹，降低排球运动的难度系数，增加游戏回合，提高了群众参与此项运动的热情，获得了广大群众的认可。

图1 烟气吸收装置Fig.1 Absorption equipment of cigarette smog

庐山，烤烟型，江西中烟工业有限公司出品，焦油含量：11 mg；

芙蓉，烤烟型，湖南中烟工业有限责任公司出品，焦油含量：12 mg.

以上五种烟品均从忻州本地烟草专卖店购买.

1.4 实验方法

1.4.1 芘的工作曲线

本文选择多环芳烃芘作参照品［11］.芘的储备液：准确称取芘0.103 1 g，用甲醇溶解，再用甲醇定容到100 m L容量瓶中，配成5×10-3mol／L储备液；芘的工作液：取0.16 m L储备液，用甲醇定容到100 m L容量瓶中，配成1.0×10-5mol／L工作液.取工作液稀释定容成一系列不同浓度的溶液，测荧光光谱.求相应回归方程Lg If＝5.658＋0.509Lg C，R＝0.998.

多环芳烃（芘）的量由下式计算：m＝V·M·C／n

注：式中m为每支烤烟烟气中所含多环芳烃的量（mg），V为抽烟所需溶剂的体积（L），C为校准曲线相应荧光强度计算得到芘的浓度（mol／L），n为使用溶剂体积中抽烟的支数，M为芘的相对分子量.

烟气中多环芳烃去除率＝（m-m1）／m

m为烟嘴中不加吸附剂如（树脂）时烤烟烟气中所含多环芳烃的量（mg）

m1为烟嘴中加树脂或吸附性物质时烤烟烟气中所含多环芳烃的量（mg）

取稀释后浓度分别为6×10-7、8×10-7、1×10-6、2×10-6、4×10-6、6×10-6、8×10-6、1×10-5、2×10-5（mol／L）的工作液，测其相应的荧光强度，如图2所示.

图2 不同浓度芘溶液的荧光图Fig.2 Fluorescence spectra of pryene at different concentrations Concentrations of 1～9（mol／L）：［1］.6×10-7；［2］.8×10-7；［3］.1×10-6；［4］.2×10-6；［5］.4×10-6；［6］.6×10-6；［7］.8×10-6；［8］.1×10-5；［9］.2×10-5，respectively.

依据测得不同浓度芘工作液的荧光度，以lgC为横坐标，lgIf为纵坐标绘制芘的工作曲线，如图3所示.

图3 芘的工作曲线Fig.3 Working curve of pryene

1.4.2 吸附性物质的选择

以芙蓉烤烟作为样品，分别用10种树脂（活化后）S-8、AB-8、NAK-9、X-5、D-3520、D4006、H103、NKAII、NKA、D4020及活性炭、壳聚糖、蔗糖、氯化钠对芙蓉烤烟烟气进行测定，每次随机抽取芙蓉烤烟样品2支，在图1的d、e中分别加入30 m L甲醇.控制抽气速度，每支烟燃烧3 min，连续抽气.合并2个广口瓶中的溶液并将溶液定容在100 m L容量瓶中.取以上样品溶液，测定其荧光强度.

2 结果与讨论

2.1 树脂的选择

大孔树脂属于具有立体结构的多孔性、海绵状热固性高分子聚合物，靠它和被吸附的分子（吸附质）之间的范德华力，通过巨大的比表面积进行物理吸附而工作的，它具有与无机吸附剂（如活性炭）相同的物理吸附作用.选择S-8、AB-8等11种大孔树脂并测其对香烟烟气中多环芳烃的去除率.

表1 11种不同树脂（未活化／活化）对芙蓉烟气多环芳烃去除率Table 1 Removal rates of PAHs from somg of Fu Rong brand with 11 different resins

由表1可知，10种不同树脂在活化前后对烟气的吸收有所不同.活化后比活化前的去除率大.活化后D-3520是去除率最佳的树脂，去除率达95%比过滤烟嘴中自带树脂的去除率高.

2.2 其他具有吸附性物质的选择

活性炭、壳聚糖是良好的吸附剂.因其表面积大可以吸附很多种物质.同时对比研究了蔗糖和氯化钠这类表面积较大的物质来研究其吸附作用.测定结果见图4（P80）.

图4 不同介质对芙蓉烟气多环芳烃的去除率Fig.4 Removal rate of PAHs from somg of Fu Rong brand with different media

由图4可知，不同吸附性物质对烟气的去除率有所不同.壳聚糖（医药级）对烟气的去除效果最好.

2.3 不同烤烟样品多环芳烃的去除率

在选择不同吸附树脂的基础上，我们选择吸附性能较好的D-3520及壳聚糖对5种不同品牌的香烟进行测定.D-3250和壳聚糖对五种不同烤烟中多环芳烃的去除率见表2.

表2 D-3250和壳聚糖对五种不同品牌的烤烟烟气的荧光强度Table 2 Fluoresence intensity of 5 different cigarette somg by using D-3250 and chitosan

由表2可知，D-3520对5不同品牌的烤烟烟气中焦油多环芳烃的去除率不同，去除率变化范围46.3%～94.4%，由小到大的顺序为：庐山＜猴王＜北戴河＜红旗渠＜芙蓉；壳聚糖对5种不同品牌烤烟烟气中焦油多环芳烃的去除率变化91.9%～99.1%，由小到大的顺序为：红旗渠＜北戴河＜猴王＜庐山＜芙蓉.据文献报道，其吸附机理［12］为大孔树脂对烟气中多环芳烃的吸附主要是物理吸附，依靠的是它们结构大小不一的孔径分布、非常高的比表面积、静电吸引力和色散力；而壳聚糖对它们的吸附主要是化学吸附，依靠分子框架上的氨基和羟基与烟气中的多环芳烃发生反应或形成氢键.化学吸附的作用远大于物理吸附，因此壳聚糖对多环芳烃的吸附作用较好.

3 结论

不同吸附性物质对烟气的去除率有所不同.壳聚糖（医药级）对烟气的去除效果最好，对多环芳烃的去除率为91.9%～99.1%；10种不同树脂在活化前后对烟气的吸收有所不同；活化后比活化前的去除率大；活化后D-3520是去除率最佳的树脂，对多环芳烃去除率46.3%～94.4%；实验表明壳聚糖及大孔树脂D-3520可大大减少焦油中多环芳烃的含量，在提高烟草制品安全性的要求下，可合理添加或综合使用这些吸附剂以达到减害及保证吸烟品质的目的.

［1］ World Health Organization Environmental Criteria 89［M］.World Health Organization，1989：255.

［2］ Andersen L G，John A L.Sources and Sinks of Formaldehyde and Actealdehyde：An Analysis of Denver’s Ambient Con-centration Data［J］.AtmosphericsEnvironment，1996，30（12）：113-123.

［3］ Wynder E L，Hoffman D.Tobacoo Smoke［M］.New York：Academic Press，1967：255，413.

［4］ 雍克岚，吕敬慈.烟草三维荧光特征和品质评吸的关系［J］.化学研究与应用，1998，10（5）：494-497.

［5］ 李八方，于广利，梁平方.甲壳素及其衍生物降低香烟焦油及烟碱含量研究 ［J］.中国海洋药物，1996（1）：48-52.

［6］ 崔学文.一种新型低毒安全香烟添加剂［J］.化学研究与应用，1996，8（1）：131-134.

［7］ 李晖，卢万新，丁利华.抽吸过程中尼古丁在烟丝和滤嘴中分布的研究［J］.化学研究与应用，2000，12（6）：680-682.

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［9］ 张海容，宋浩斌.荧光法测定香烟烟气中总的多环芳烃的含量［J］.化学研究与应用，2004，21（6）1186-1188.

［10］ 宋丹丹，于颖.减少香烟毒性的研究进展［J］.环境污染与防治，2003，25（3）：142-144.

［11］ 张海容，郎建平，陈金娥.β-环糊精对燃煤焦油和烟气中多环芳烃的清除作用［J］.应用化学，2011，28（3）：364-366.

［12］ 王凯，龚为民，秦云华，等.几种吸附材料去除主流烟气中的挥发性醛酮化合物［J］.光谱实验室，2011，28（3）：1244-1248.

Elimination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Cigarette Smog with Different Chitosan and Macroporous Resin by Fluorescence

DU Wei，ZHANG Hai-rong
（LaboratoryofBiochemicalAnalysis，XinzhouTeachersUniversity，Xinzhou034000，China）

The removal rate of polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in cigarette smog was investigated with different chitosan and macroporous resin by fluorescence.Through the organic solvent extracted different organic compounds in the cigarette smog tar，the absorption rates of PAHs in the cigarette smog were quantitatively determined with chitosan and macroporous resin by using pyrene as control，and the removal rates of PAHs in the cigarette smog were obtained for different brand cigarettes.The result indicated that the removal rates of chitosan（medical grade）and D-3250 resin were up 91.9%～99.1%，and 46.3%～94.4%respectively.A new way was provided for removing harmful substances in cigarette smog.

cigarette smog；filter；macroporous resin；polycyclic aromatic hydrocarbons；pyrene

O657.3

A

0253-2395（2011）S2-0077-05

2011-09-25

山西省国际科技合作项目（2010081020）；山西省自然科学基金（2011011007-1）

杜玮（1988-），女，山西太原人，本科在读.*通讯联系人：张海容（1958-），男，教授，研究领域：发光分析.E-mail：hairong1015＠163.com