張博，杜文*，王志國(guó)，宋時(shí)浩，王吉利，孫志偉，王威

1.湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)研發(fā)中心，長(zhǎng)沙市雨花區(qū)勞動(dòng)中路386號(hào) 410007

2.青島頤中科技有限公司，青島市市北區(qū)沾化路3號(hào) 266011

濾嘴通風(fēng)技術(shù)作為一種有效降低煙氣焦油、減少有害成分釋放量的手段已廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)卷煙［1-2］。濾嘴通風(fēng)改變傳統(tǒng)卷煙燃燒錐空氣流態(tài)，從而影響煙絲的裂解和蒸餾過(guò)程，造成煙氣成分稀釋、擴(kuò)散和截留的改變，影響煙氣成分的釋放，最終影響卷煙感官品質(zhì)。目前，針對(duì)傳統(tǒng)卷煙已開(kāi)展了較多濾嘴通風(fēng)相關(guān)研究，主要集中在對(duì)感官質(zhì)量以及煙氣常規(guī)成分，有害成分，酸性、中性和堿性香味成分釋放量的影響方面［3-6］。

加熱卷煙在熱物理及熱化學(xué)方面與傳統(tǒng)卷煙存在較大差異［7］。加熱卷煙是通過(guò)加熱元件對(duì)煙草物質(zhì)進(jìn)行加熱，由于加熱溫度低于350℃，煙草物質(zhì)僅發(fā)生蒸餾及簡(jiǎn)單的熱解反應(yīng)，不僅可以滿足消費(fèi)者對(duì)于煙堿的需求，還可以有效降低因高溫燃燒、熱解和熱合成過(guò)程中潛在有害物質(zhì)的產(chǎn)生［8-12］。此外，加熱卷煙氣溶膠主要成分釋放比例與傳統(tǒng)卷煙也存在較大差異［13-19］，國(guó)內(nèi)煙草科研人員發(fā)現(xiàn)加熱卷煙氣溶膠中水分質(zhì)量所占比例高于傳統(tǒng)卷煙，而煙堿質(zhì)量所占比例低于傳統(tǒng)卷煙［20-21］。以上研究表明，加熱卷煙無(wú)論從成煙/成霧機(jī)制還是氣溶膠主要成分釋放比例方面均與傳統(tǒng)卷煙存在較大差異。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外加熱卷煙產(chǎn)品逐漸采用濾嘴通風(fēng)技術(shù)達(dá)到降溫和增霧的效果［22］，如菲莫國(guó)際公司的電磁加熱TEREA產(chǎn)品采用打孔技術(shù)替代聚乳酸薄片作為冷卻元件；英美煙草公司的glo產(chǎn)品采用打孔技術(shù)降低氣溶膠溫度。國(guó)內(nèi)企業(yè)如湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)湖南中煙，下同）、浙江中煙等采用打孔技術(shù)降低氣溶膠溫度。濾嘴通風(fēng)率對(duì)加熱卷煙氣溶膠的物理特性、化學(xué)特性及感官質(zhì)量的影響規(guī)律尚未清晰。因此，本研究中以圓周17 mm的細(xì)支周向加熱卷煙為研究對(duì)象，考察濾嘴通風(fēng)率、打孔位置對(duì)加熱卷煙氣溶膠主要成分釋放量的影響規(guī)律，旨在為加熱卷煙產(chǎn)品濾嘴通風(fēng)參數(shù)設(shè)計(jì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

同一批生產(chǎn)的某牌號(hào)加熱卷煙并配套相應(yīng)的加熱器具，采用周向加熱方式，加熱溫度為220℃（某中煙工業(yè)有限責(zé)任公司）；劍橋?yàn)V片（直徑44 mm，德國(guó)Borgwaldt公司）。

異丙醇（AR，天津市富宇精細(xì)化工有限公司）；丙三醇、1,4-丁二醇（AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；正十七烷（≥98.5%，北京百靈威科技有限公司）；煙堿（＞97.0%，國(guó)家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心提供）。

MSC-3型多元搓接實(shí)驗(yàn)裝置、NTM-5加熱卷煙綜合測(cè)試臺(tái)、NSM100型加熱卷煙直線型吸煙機(jī)（青島頤中科技有限公司）；JK350-M-J3型實(shí)驗(yàn)室激光打孔機(jī)（江蘇瑞馳科技有限公司）；CP224S電子天平（感量0.000 1 g，天津阿爾塔科技有限公司）；7890A氣相色譜儀（配備FID和TCD檢測(cè)器，美國(guó)Agilent公司）；Milli-Q50超純水儀（美國(guó)Millipore公司）；HY-6雙層調(diào)速振蕩儀（常州國(guó)華電器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 加熱卷煙樣品設(shè)計(jì)與制備

煙支分切：取同一批生產(chǎn)、圓周為17 mm的細(xì)支周向加熱卷煙樣品進(jìn)行分切，將分切好的煙絲段置于相對(duì)濕度45%±2%，溫度（22±1）℃的條件下平衡，其中，煙絲段長(zhǎng)度為41 mm；對(duì)二元復(fù)合濾棒進(jìn)行分切，其中，濾嘴段分切長(zhǎng)度為7 mm，中空段分切長(zhǎng)度為35 mm。

煙支卷接：對(duì)分切后的煙絲段、中空段和濾嘴段進(jìn)行卷接，獲得長(zhǎng)度為83 mm的加熱煙支，共計(jì)1 000支。

煙支激光打孔：采用開(kāi)槽方式打孔，開(kāi)槽數(shù)量均為5個(gè)，打孔位置（距離唇端）分別為10.0、17.5、25.0 mm。根據(jù)激光打孔時(shí)間、功率的不同，獲得不同打孔位置濾嘴通風(fēng)率設(shè)計(jì)值為0、22.5%、37.5%、52.5%、60.0%、70.0%、75.0%、80.0%、85.0%的煙支樣品；按照質(zhì)量為（平均值±0.02）g、濾嘴通風(fēng)率為設(shè)計(jì)值±1%的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙支樣品進(jìn)行逐一分選，置于相對(duì)濕度45%±2%、（22±1）℃的條件下平衡48 h。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為準(zhǔn)確估計(jì)各實(shí)驗(yàn)因素主效應(yīng)的大小及估計(jì)因素之間各級(jí)交互效應(yīng)的大小，采用全面實(shí)驗(yàn)的方法。針對(duì)打孔位置和濾嘴通風(fēng)率分別考察3和9個(gè)水平。

1.2.3 加熱卷煙氣溶膠的捕集

采用加熱卷煙直線型吸煙機(jī)抽吸加熱卷煙，參照加拿大深度抽吸模式（ISO 20778：2018）［23］，具體參數(shù)：抽吸容量55.0 mL，抽吸時(shí)間2 s，抽吸間隔30 s；抽吸曲線為鐘形。采用劍橋?yàn)V片捕集6支卷煙氣溶膠，每支卷煙抽吸6口，進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。

1.2.4 煙堿、水分及丙三醇的檢測(cè)

按照CORESTA 84號(hào)［23］推薦方法檢測(cè)氣溶膠中煙堿、水分及丙三醇的捕集量及濾嘴中截留量。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析-效應(yīng)估計(jì)，以了解濾嘴通風(fēng)率及打孔位置對(duì)氣溶膠主要成分煙堿、丙三醇和水分捕集量的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法學(xué)評(píng)價(jià)

考察了方法的檢測(cè)限、回收率和精密度。對(duì)最低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行10次平行測(cè)定，分別以3倍和10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限和定量限。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，以劍橋?yàn)V片萃取液主要成分的測(cè)定值為基準(zhǔn)，分別在萃取液中加入50%、100%和150%水平的標(biāo)樣，根據(jù)測(cè)定量、加標(biāo)量和原含量計(jì)算回收率，并通過(guò)5次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。結(jié)果（表1）表明，建立的檢測(cè)丙三醇、煙堿和水分的方法能夠滿足定量檢測(cè)的需求［24］。

2.2 濾嘴通風(fēng)率對(duì)氣溶膠主要成分的影響

2.2.1 對(duì)氣溶膠主要成分捕集量的影響

氣溶膠主要成分捕集量的測(cè)定結(jié)果如圖1所示?？芍S濾嘴通風(fēng)率的增大，氣溶膠煙堿、水分捕集量呈降低-升高-降低的趨勢(shì)（濾嘴通風(fēng)率70.0%~75.0%時(shí)達(dá)到峰值）；氣溶膠中丙三醇捕集量呈升高-降低的趨勢(shì)（濾嘴通風(fēng)率70.0%時(shí)達(dá)到峰值）。

圖1 濾嘴通風(fēng)率對(duì)氣溶膠主要成分捕集量的影響Fig.1 Influences of filter ventilation rate on aerosol collected masses of 3 main components

為進(jìn)一步探究流經(jīng)煙絲段適宜的氣流體積，計(jì)算不同濾嘴通風(fēng)率下流經(jīng)煙絲段的氣流體積，以濾片對(duì)主要?dú)馊苣z成分的捕集量與流經(jīng)煙絲段氣流體積的比值計(jì)算單位氣流體積中主要成分的捕集量，并考察濾嘴通風(fēng)率與該比值間的關(guān)系，結(jié)果如圖2所示?？芍S濾嘴通風(fēng)率增大，單位氣流體積中煙堿、水分的捕集量整體呈穩(wěn)定-升高-穩(wěn)定或降低趨勢(shì)（濾嘴通風(fēng)率為52.5%~75.0%左右快速升高）。對(duì)于單位氣流體積中丙三醇捕集量，隨濾嘴通風(fēng)率增大，呈升高趨勢(shì)；當(dāng)濾嘴通風(fēng)率超過(guò)70.0%時(shí)，單位氣流體積中丙三醇捕集量增速減緩。因此，流經(jīng)煙絲段氣流體積約為11 mL時(shí)（濾嘴通風(fēng)率為80.0%），整體上單位氣流體積主要成分捕集量較高。

圖2 煙絲段單位氣流體積主要成分捕集量隨濾嘴通風(fēng)率的變化Fig.2 Variations of collected masses of main components per unit airflow volume in tobacco section with filter ventilation rate

2.2.2 對(duì)氣溶膠主要成分截留量的影響

不同通風(fēng)率濾嘴樣品對(duì)氣溶膠主要成分的截留量如圖3所示。結(jié)果表明，隨濾嘴通風(fēng)率的增大，濾嘴中煙堿和水分的截留量呈降低-升高-降低或降低-升高的變化趨勢(shì)，在濾嘴通風(fēng)率70.0%附近截留量最低，與此同時(shí)捕集量達(dá)到峰值；隨濾嘴通風(fēng)率的增大，濾嘴中丙三醇截留量呈降低-穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，在濾嘴通風(fēng)率70.0%附近截留量即達(dá)最低，與此同時(shí)捕集量達(dá)到峰值，其中，濾嘴中丙三醇截留量遠(yuǎn)大于氣溶膠中的捕集量。說(shuō)明煙絲段釋放的丙三醇大部分被濾嘴截留。

圖3 濾嘴通風(fēng)率對(duì)氣溶膠主要成分截留量的影響Fig.3 Influences of filter ventilation rate on amounts of main aerosol components retained

為進(jìn)一步探究流經(jīng)煙絲段適宜的氣流體積，計(jì)算不同濾嘴通風(fēng)率下流經(jīng)煙絲段氣流的體積，以濾嘴中截留量與流經(jīng)煙絲段氣流體積的比值計(jì)算流經(jīng)煙絲段單位氣流體積中主要成分截留量，并考察濾嘴通風(fēng)率與該比值間的關(guān)系，結(jié)果如圖4所示?？芍?，隨濾嘴通風(fēng)率增大單位氣流體積中主要成分截留量均呈升高的趨勢(shì)；其中，濾嘴通風(fēng)率為0~70.0%時(shí)，單位氣流體積中主要成分截留量增速較為緩慢；濾嘴通風(fēng)率為70.0%~85.0%時(shí)，單位氣流體積中主要成分截留量快速增長(zhǎng)。這可能與氣溶膠溫度有關(guān)，隨濾嘴通風(fēng)率增大，氣溶膠溫度降低，氣溶膠顆粒更易發(fā)生冷凝沉積及團(tuán)聚效應(yīng)?；诩訜峋頍煯a(chǎn)品研發(fā)降溫需求，流經(jīng)煙絲段的氣流體積約為16.5 mL（濾嘴通風(fēng)率為70.0%）時(shí)，較有利于濾嘴中主要成分截留量的降低。

圖4 煙絲段單位氣流體積中主要成分截留量隨濾嘴通風(fēng)率的變化Fig.4 Variations of amounts of main components retained per unit airflow volume in tobacco section with filter ventilation rate

2.3 打孔位置對(duì)氣溶膠主要成分的影響

不同打孔位置加熱卷煙氣溶膠中主要成分的捕集量結(jié)果如圖1所示?？芍瑸V嘴通風(fēng)率為22.5%、打孔位置為10.0 mm時(shí)氣溶膠中煙堿的捕集量較大；濾嘴通風(fēng)率為37.5%~60.0%、打孔位置為17.5 mm時(shí)氣溶膠中煙堿的捕集量較大；濾嘴通風(fēng)率為70.0%~85.0%、打孔位置為25.0 mm時(shí)氣溶膠中煙堿的捕集量較大。丙三醇在濾嘴通風(fēng)率為22.5%~85.0%時(shí)，均為打孔位置25.0 mm時(shí)氣溶膠中的捕集量較大。水分在濾嘴通風(fēng)率為22.5%、打孔位置為10.0 mm時(shí)氣溶膠中的捕集量較大；濾嘴通風(fēng)率為37.5%、打孔位置為17.5 mm時(shí)氣溶膠中的捕集量較大；濾嘴通風(fēng)率為52.5%~85.0%、打孔位置為25.0 mm時(shí)氣溶膠中的捕集量較大。因此，隨濾嘴通風(fēng)率的增大，打孔位置遠(yuǎn)離唇端有利于增加氣溶膠中主要成分的捕集量。

打孔位置對(duì)氣溶膠主要成分濾嘴截留量的影響結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，濾嘴通風(fēng)率為22.5%時(shí)，打孔位置為10.0 mm時(shí)煙堿的截留量較高，打孔位置為17.5 mm時(shí)截留量較低；濾嘴通風(fēng)率為37.5%時(shí)，打孔位置為17.0 mm時(shí)截留量較高，打孔位置為25.0 mm時(shí)截留量較低；濾嘴通風(fēng)率為52.5%~85.0%時(shí)，打孔位置為10.0 mm時(shí)截留量較高，打孔位置為25.0 mm時(shí)截留量較低。水分在濾嘴通風(fēng)率為22.5%時(shí)，打孔位置為17.5 mm時(shí)截留量較高，打孔位置為25.0 mm時(shí)截留量較低；濾嘴通風(fēng)率為37.5%~85.0%時(shí)，打孔位置為10.0 mm時(shí)截留量較高，打孔位置為25.0 mm時(shí)截留量較低。丙三醇在打孔位置為10.0 mm時(shí)截留量最高，打孔位置為25.0 mm時(shí)截留量最低。因此，隨濾嘴通風(fēng)率的增大，打孔位置遠(yuǎn)離唇端有利于降低濾嘴中主要成分的截留量。

2.4 分析討論

2.4.1 濾嘴通風(fēng)率對(duì)氣溶膠主要成分釋放量的影響分析

經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研，傳統(tǒng)卷煙主流煙氣中煙堿、水分等成分釋放量均隨濾嘴通風(fēng)率增大呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)［25］，但本研究結(jié)果顯示，加熱卷煙氣溶膠主要成分的釋放量并不隨通風(fēng)率增加而簡(jiǎn)單地下降。如圖1所示，煙堿和水分呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢(shì)，丙三醇呈現(xiàn)先緩慢增加后顯著升高再下降的趨勢(shì)，這與傳統(tǒng)卷煙相比顯著不同。通風(fēng)對(duì)加熱卷煙與傳統(tǒng)卷煙的不同影響規(guī)律是由二者不同的氣溶膠/煙氣生成機(jī)理所導(dǎo)致的，可以結(jié)合氣溶膠在煙絲段的生成以及在濾嘴中的截留兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程進(jìn)行分析。

2.4.2 濾嘴通風(fēng)率對(duì)氣溶膠丙三醇釋放量的影響分析

從氣溶膠的生成分析。對(duì)于傳統(tǒng)卷煙，濾嘴通風(fēng)率增大使煙絲段進(jìn)氣量減少，進(jìn)而使煙絲段燃燒量降低，煙氣釋放量降低。對(duì)于加熱卷煙，氣溶膠不是由燃燒產(chǎn)生而是由相對(duì)封閉條件下的外部熱源加熱產(chǎn)生，濾嘴通風(fēng)率并不會(huì)減少外部熱源的加熱量和煙絲段釋放量，相反，通風(fēng)使得加熱卷煙抽吸時(shí)流經(jīng)受熱煙草的冷空氣流量變小，煙草熱量流失更少，抽吸過(guò)程中煙草溫度能維持得更高，產(chǎn)生有利于煙氣成分釋放的影響。如圖5所示，以丙三醇的氣溶膠中捕集量（Aerosol collected mass，ACM）與濾嘴中丙三醇截留量之和為丙三醇生成量，其并不隨通風(fēng)率的增加而迅速降低，而是降低得較緩，這種現(xiàn)象在較高通風(fēng)率（70.0%~85.0%）時(shí)表現(xiàn)得更為明顯。

圖5 17.5 mm打孔位置處不同濾嘴通風(fēng)率丙三醇的生成量和ACM以及截留率的變化Fig.5 Variations of yields,ACMs and filter retention rates of glycerol at different ventilation rates for perforation location of 17.5 mm

從濾嘴截留分析。在一定濾嘴通風(fēng)條件下，在濾嘴靠近管壁的位置形成層流，對(duì)進(jìn)入濾嘴的氣溶膠顆粒與管壁以及外層醋纖段的接觸起到一定程度的“隔離”作用，降低了氣溶膠顆粒與管壁及外層醋纖的碰撞幾率，使得煙氣過(guò)濾效率降低。通風(fēng)氣流越大，層流層越厚，流速越快，“隔離”作用越顯著。但當(dāng)濾嘴通風(fēng)大到一定程度，從多個(gè)通風(fēng)孔流入濾嘴的氣流互相干擾增強(qiáng)，不規(guī)則湍流的成分增多，反而不利于形成穩(wěn)定的層流，導(dǎo)致“氣流層隔離”作用減弱，顆粒物過(guò)濾效率上升。由于不同狀態(tài)氣流的影響，濾嘴截留率在通風(fēng)率0~70.0%區(qū)間下降，而在通風(fēng)率70.0%~85.0%區(qū)間上升，濾嘴通風(fēng)率為70.0%時(shí)濾嘴截留率最低。

根據(jù)該機(jī)理可以預(yù)見(jiàn)，如果濾嘴通風(fēng)孔越遠(yuǎn)離抽吸端，那么氣流層隔離的作用距離就越長(zhǎng)，氣流層隔離效應(yīng)對(duì)截留率的降低就越明顯。對(duì)比離抽吸端10.0、17.5、25.0 mm不同位置打孔的濾嘴對(duì)甘油截留率的影響（圖6）可見(jiàn)，打孔位置25.0 mm時(shí)截留率的下降最大，打孔位置10.0 mm時(shí)截留率的下降最小，呈現(xiàn)較好的量效關(guān)系。

圖6 不同打孔位置對(duì)濾嘴中丙三醇截留率的影響Fig.6 Influences of perforation locations on retention rates of glycerol in the filter

綜合加熱卷煙氣溶膠中丙三醇的生成量和截留量分析，主流煙氣丙三醇釋放量隨通風(fēng)率的增大先上升后下降、在通風(fēng)率為70.0%時(shí)達(dá)到最大的現(xiàn)象，主要是由濾嘴截留率在不同通風(fēng)率下的差異所導(dǎo)致的，濾嘴截留率隨通風(fēng)率的增大先下降后上升，在通風(fēng)率為70.0%時(shí)最小。

2.4.3 濾嘴通風(fēng)率對(duì)主流煙氣水分釋放量影響分析

如圖7所示，濾嘴通風(fēng)率對(duì)水分生成量和濾嘴截留率的影響趨勢(shì)與丙三醇均有所不同。在濾嘴通風(fēng)率為70.0%~80.0%間，水分生成量隨通風(fēng)率的增大不再下降反而上升。推測(cè)其可能的機(jī)理：①加熱卷煙抽吸之前煙絲段已經(jīng)過(guò)高溫預(yù)熱，在加熱腔內(nèi)產(chǎn)生高濃度蒸汽，由于低沸點(diǎn)組分被優(yōu)先蒸發(fā)，蒸汽中低沸點(diǎn)組分的量顯著高，相應(yīng)的蒸發(fā)液蒸發(fā)區(qū)域的低沸點(diǎn)組分濃度也高。②當(dāng)濾嘴通風(fēng)率較低時(shí)，抽吸過(guò)程中流經(jīng)煙絲段的空氣流量較大，環(huán)境蒸汽被快速帶離，蒸發(fā)液之外氣相組分濃度快速降低至接近于0，接下來(lái)的液相蒸發(fā)更接近于“非選擇性蒸發(fā)”，即蒸發(fā)出的氣相組分分?jǐn)?shù)與蒸發(fā)介質(zhì)中的液相組分分?jǐn)?shù)相近［26］，體現(xiàn)在圖7上，在通風(fēng)率0~60.0%區(qū)間，雖然水的沸點(diǎn)比丙三醇低約180℃，但丙三醇仍被大量蒸出，表現(xiàn)出強(qiáng)烈的“非選擇性蒸發(fā)”特征。③當(dāng)濾嘴通風(fēng)率較高時(shí)，抽吸過(guò)程中流經(jīng)煙草段的空氣流量較低，煙絲段蒸發(fā)空間可相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間維持較高濃度的低沸點(diǎn)組分，相應(yīng)的蒸發(fā)液蒸發(fā)區(qū)域的低沸點(diǎn)組分濃度也較高，此時(shí)低沸點(diǎn)組分被“優(yōu)先”蒸發(fā)，相對(duì)大流量抽吸表現(xiàn)出更多的“選擇性蒸發(fā)”特征，使得水分蒸發(fā)相對(duì)于丙三醇蒸發(fā)的比例上升，對(duì)比濾嘴通風(fēng)率60.0%~85.0%時(shí)水分生成量（圖7）和丙三醇生成量（圖5）可知，高通風(fēng)率時(shí)水分的蒸發(fā)生成更占優(yōu)勢(shì)。

圖7 打孔位置17.5 mm時(shí)不同濾嘴通風(fēng)率水分的生成量和ACM以及截留率變化Fig.7 Variations of yields,ACMs and filter retention rates of moisture at different ventilation rates for perforation location of 17.5 mm

濾嘴通風(fēng)率對(duì)水分濾嘴截留率的影響趨勢(shì)與丙三醇差異較大，這是由水分進(jìn)入濾嘴時(shí)的氣粒相分布與丙三醇顯著不同所導(dǎo)致的。由于水的沸點(diǎn)比甘油低得多，水分進(jìn)入濾嘴時(shí)很大部分分布于氣相，通風(fēng)的引入可降低氣溶膠溫度，促進(jìn)水分更多地分布于粒相，從而提高粒相水分與過(guò)濾介質(zhì)的碰撞截留幾率，該效應(yīng)與濾嘴通風(fēng)的“氣流層隔離”作用相反。綜合來(lái)看，如果降溫冷凝作用占優(yōu)勢(shì)，則截留率上升；如果氣流層阻隔作用占優(yōu)勢(shì)，則截留率下降。表現(xiàn)在水分截留率與通風(fēng)率關(guān)系曲線上（圖7），可見(jiàn)0~52.5%通風(fēng)率濾嘴對(duì)水分的截留率處于一個(gè)平臺(tái)，濾嘴通風(fēng)率52.5%~70.0%區(qū)間降溫效應(yīng)已不顯著，但“氣流層隔離”作用仍起作用，濾嘴的水分截留率有所下降，隨后在濾嘴通風(fēng)率70.0%~85.0%區(qū)間，由于湍流明顯、“氣流層隔離”作用失效，水分濾嘴截留率顯著上升。

綜合加熱卷煙氣溶膠中水分的生成量和截留量分析可知，主流煙氣水分釋放量在濾嘴通風(fēng)率0~52.5%區(qū)間下降、在52.5%~75.0%區(qū)間上升、在75.0%~85.0%區(qū)間下降的現(xiàn)象，是由不同通風(fēng)率下水分生成量和濾嘴截留量的特殊變化趨勢(shì)共同決定的。

2.4.4 濾嘴通風(fēng)率對(duì)主流煙氣煙堿釋放量的影響分析

煙堿的沸點(diǎn)比丙三醇低，比水分高，且揮發(fā)性較強(qiáng)。如圖8所示，加熱卷煙氣溶膠煙堿的生成量和濾嘴截留量受濾嘴通風(fēng)率的影響程度介于丙三醇和水分之間，更接近于水分，其變化規(guī)律的內(nèi)在影響機(jī)理與水分類(lèi)似。

圖8 打孔位置17.5 mm時(shí)不同濾嘴通風(fēng)率煙堿的生成量和ACM以及截留率變化Fig.8 Variations of yields,ACMs and filter retention rates of nicotine at different ventilation rates for perforation location of 17.5 mm

2.5 影響因素的比較

上述結(jié)果表明濾嘴通風(fēng)率、打孔位置對(duì)氣溶膠主要成分捕集量均有一定的影響。為進(jìn)一步分析這2種因素的影響程度，對(duì)圖1中數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析-效應(yīng)估計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表2。其中，平方和指對(duì)離均差的平方求和，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)總體的變異性。自由度表示樣本中取值不受限制的變量個(gè)數(shù)。用平方和除以自由度，得到數(shù)據(jù)平均的變異性，簡(jiǎn)稱(chēng)均方。F值是組間與組內(nèi)的離差平方和與自由度的比值，主要用于均數(shù)差別的顯著性檢驗(yàn)、分離各有關(guān)因素并估計(jì)其對(duì)總變異的作用。Sig（.Significance）是顯著性指標(biāo)，如果Sig.值小于0.05表示差異顯著。η2值可以直觀反映每個(gè)因素對(duì)總體變異的貢獻(xiàn)，偏η2值可以反映某個(gè)因素與誤差的關(guān)系，因此，選擇偏η2值衡量2種因素的影響程度。由表2可知，濾嘴通風(fēng)率、打孔位置對(duì)氣溶膠主要成分捕集量均有顯著影響，且兩者間存在顯著交互效應(yīng)。針對(duì)煙堿、丙三醇和水分的捕集量，濾嘴通風(fēng)率偏η2值均大于打孔位置，表明濾嘴通風(fēng)率對(duì)氣溶膠主要成分捕集量的影響程度大于打孔位置。

表2 影響因素的方差分析及偏η2值Tab.2 Analysis of variance of influencing factors and partial η2 values

3 結(jié)論

①在濾嘴通風(fēng)率為70.0%左右時(shí)，加熱卷煙氣溶膠主要成分捕集量達(dá)到峰值，濾嘴中主要成分截留量較低。②濾嘴通風(fēng)率為80.0%時(shí)，整體上單位氣流體積中主要成分捕集量較高；濾嘴通風(fēng)率為70.0%時(shí)，較有利于單位氣流體積中主要成分截留量的降低。③打孔位置遠(yuǎn)離唇端有利于氣溶膠主要成分捕集量的增加，同時(shí)有利于濾嘴中截留量的降低。④濾嘴通風(fēng)率、打孔位置對(duì)氣溶膠主要成分捕集量均有顯著影響，且兩者間存在顯著交互效應(yīng)；濾嘴通風(fēng)率對(duì)氣溶膠中主要成分捕集量的影響程度大于打孔位置。