加熱溫度對氣溶膠化學(xué)成分釋放的影響

司曉喜，羅萌柔，尤俊衡，申欽鵬，袁大林，李世衛(wèi)，趙 楊，劉春波，楊 柳，劉志華，何 沛*，張 迪

1.昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，昆明市景明南路727號 650500

2.云南省煙草化學(xué)重點實驗室，云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，昆明市紅錦路367號 650231

3.昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，昆明市景明南路727號 650500

4.臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山東省臨沂市雙嶺路中段 276005

加熱卷煙在加熱條件下產(chǎn)生氣溶膠的過程實則為化學(xué)成分的低溫蒸發(fā)和熱解，加熱和傳熱特性是加熱卷煙的重要性能之一［1-6］。根據(jù)加熱元件對煙支加熱位置及方式的不同，目前主要有中心加熱型和周向加熱型兩種。中心加熱型將加熱元件插入煙支中心、設(shè)置溫度約350 ℃進行加熱，煙芯溫度從表面至內(nèi)部逐漸升高；周向加熱型將煙支置于杯狀的加熱元件內(nèi)部，設(shè)置溫度約250 ℃進行加熱，煙芯溫度從表面至內(nèi)部則逐漸降低。

加熱溫度對加熱卷煙熱解、氣溶膠釋放特性的影響研究已有報道［7-13］。研究表明，當(dāng)加熱溫度＜150 ℃時，煙草的吸附水和低沸點化合物蒸餾揮發(fā)；150～210 ℃時，中等揮發(fā)性化合物蒸餾揮發(fā)和還原糖熱降解；210～350 ℃時，碳水化合物分解、高沸點化合物和結(jié)合態(tài)水蒸餾揮發(fā)；350～550 ℃，殘留物進一步裂解和炭化［7-8，14-15］。加熱溫度對釋放的化學(xué)成分的種類、釋放量和釋放速率均產(chǎn)生影響。鄭緒東等［9］通過電加熱卷煙模擬裝置研究表明，隨加熱溫度升高，煙堿釋放量在低于260 ℃時明顯增加，260～320 ℃時丙三醇和丙二醇的釋放量明顯增加，350～470 ℃時粒相物質(zhì)量明顯增加。周慧明等［10］采用加熱平臺研究表明煙堿和丙三醇的釋放量、轉(zhuǎn)移率以及在氣溶膠捕集量（Aerosol collected mass，ACM）中的質(zhì)量分數(shù)均隨加熱溫度升高（250～375 ℃）而增大，多數(shù)產(chǎn)品的ACM 和主要成分釋放行為在350 ℃發(fā)生轉(zhuǎn)折。Schwanz 等［11］定量測定了煙草加熱系統(tǒng)（THPs）在100～290 ℃加熱條件下產(chǎn)生氣溶膠中的123種香味化合物，其釋放量隨加熱溫度的升高而增加，根據(jù)釋放速率可分為6類。朱浩等［12］研究發(fā)現(xiàn)煙氣中煙熏香成分的種類和釋放量均隨溫度升高顯著增加。可以看出，目前主要采用自制加熱平臺或中心加熱型煙具開展研究，但加熱方式的差異對傳熱和傳質(zhì)過程的影響研究則較為缺乏。因此，制備了不同加熱溫度的中心和周向加熱煙具，分別研究了兩種加熱方式下加熱溫度對氣溶膠化學(xué)成分釋放的影響規(guī)律，以期為加熱卷煙的溫度設(shè)計提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

烤煙型原味中心加熱卷煙煙支（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供），芯材為稠漿造紙法再造煙葉，芯材段采用切絲、有序聚攏制備成型，再與復(fù)合濾棒搓接成煙支，煙支規(guī)格為長度45 mm（13 mm 芯材段+6 mm 醋酸纖維中空支撐段+18 mm 聚乳酸降溫段+8 mm 醋酸纖維濾嘴段）、圓周22.6 mm，挑選煙支單支質(zhì)量（0.75±0.01）g 的煙支進行實驗；烤煙型原味周向加熱卷煙煙支（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司提供），芯材為造紙法再造煙葉絲和煙絲混配，芯材段經(jīng)卷制，再與復(fù)合濾棒搓接成煙支，煙支規(guī)格為長度84 mm（54 mm 芯材段+10 mm 空腔紙管支撐段+10 mm醋酸纖維中空降溫段+10 mm醋酸纖維濾嘴段）、圓周17.0 mm，挑選煙支單支質(zhì)量（0.55±0.01）g的煙支進行實驗。

甲醇、二氯甲烷（色譜純，德國Merck 公司）；丙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇和2-甲基喹啉標(biāo)準(zhǔn)品（≥99%，德國Dr.Ehrenstorfer 公司）；煙堿標(biāo)準(zhǔn)品（≥99.5%，國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心提供）。

SCION 456 GC-TQ氣相色譜-三重四極桿質(zhì)譜聯(lián)用儀（美國Bruker 公司）；5977B 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（配FID 和TCD 檢測器，美國Agilent 公司）；SM450 直線型吸煙機（英國Cerulean 公司）；KQ-700DB 型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；KBF240恒溫恒濕箱（德國Binder公司）；BT125D電子天平（感量0.000 01 g，德國Sartorius公司）；劍橋濾片（ 44 mm，英國Whatman公司）；加熱溫度分別為200、250、300、320、350 和380 ℃的中心加熱煙具，以及加熱溫度分別為170、180、190、200、210、220、230、240和250 ℃的周向加熱煙具，通過加熱曲線控制提供恒定的加熱溫度，經(jīng)測試煙具溫度波動小于±5 ℃（云南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司）。

1.2 方法

1.2.1 加熱卷煙抽吸及煙氣捕集方法

分別采用不同溫度的加熱煙具加熱配套煙支，按照HCI 抽吸模式抽吸，每支煙抽吸8 口，共抽吸3支卷煙。抽吸前將劍橋濾片裝入捕集器并稱量，采用劍橋濾片捕集粒相物，采用打孔吸收瓶串接于劍橋濾片之后捕集氣相物，吸收瓶中裝有捕集液，置于異丙醇-干冰混合物的冷阱中，其中，水分、發(fā)煙劑和煙堿的捕集液為15 mL含5 mg/L 1，4-丁二醇、5 mg/L 2-甲基喹啉和5 mg/L異丙醇內(nèi)標(biāo)的甲醇溶液，香氣成分檢測捕集液為二氯甲烷。抽吸結(jié)束后，取出捕集器及抽吸結(jié)束后的煙支，稱取捕集器的質(zhì)量、煙支各部位的質(zhì)量，并根據(jù)捕集器在抽吸前后質(zhì)量的差值得到ACM。

1.2.2 煙氣氣溶膠中發(fā)煙劑、水分、煙堿和香氣成分的檢測

（1）發(fā)煙劑、煙堿和水分檢測：采用15 mL 含內(nèi)標(biāo)的甲醇超聲萃取劍橋濾片20 min，將得到的萃取液和捕集有氣溶膠氣相物的捕集液分別進行測定。發(fā)煙劑和煙堿采用GC-FID檢測，檢測條件：

色譜柱：DB-ALC1 毛細管柱（30 m×0.32 mm×1.8 μm）；進樣口溫度：250 ℃；進樣體積：1 μL；載氣：氦氣，恒流流速1.8 mL/min；分流比：20∶1；升溫程序：100 ℃（1 min）（6 min）；FID 檢測器溫度：250 ℃；空氣流速：400 mL/min；氫氣流速：40 mL/min；尾吹氣：氦氣，流速20 mL/min。

（2）采用GC-TCD 檢測水分，儀器條件參照YC/T 345—2010［16］。

（3）香氣成分檢測：采用二氯甲烷萃取劍橋濾片，將得到的萃取液以及捕集有氣溶膠氣相物的捕集液，按照司曉喜等［17］的方法進行112種香氣成分的檢測。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用平均值表示，所有指標(biāo)均重復(fù)測定3 次，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差；采用Origin 2017軟件對不同溫度下化學(xué)成分釋放量進行系統(tǒng)聚類分析（Hierarchical cluster analysis，HCA）并繪制樹狀熱圖，并對化學(xué)成分釋放量隨加熱溫度的變化曲線進行擬合。

2 結(jié)果與討論

2.1 兩種加熱方式氣溶膠捕集物質(zhì)量和煙支各部位質(zhì)量隨加熱溫度的變化

兩種加熱模式下，氣溶膠捕集物質(zhì)量和煙支各部位質(zhì)量隨加熱溫度的變化見圖1。從圖1a 可知，中心加熱條件下，隨加熱溫度升高，芯材質(zhì)量損失增加，ACM增加，中空支撐段和降溫段質(zhì)量增加，而醋酸纖維過濾段質(zhì)量變化不明顯。從變化趨勢分析，300 和380 ℃兩個溫度點芯材失重、ACM 和濾嘴段質(zhì)量增加的幅度最為明顯；此外，隨溫度升高，濾嘴段質(zhì)量增加的幅度小于ACM質(zhì)量增加的幅度，可能是由于煙氣流溫度增加導(dǎo)致截留作用減弱。醋酸纖維過濾段質(zhì)量變化較小，可能是由于醋酸纖維本身吸附了一定質(zhì)量的水，當(dāng)煙氣流通過時吸附和脫附共同作用使得其質(zhì)量變化不明顯。

從圖1b 可知，周向加熱條件下，隨加熱溫度升高，芯材的質(zhì)量損失增加，ACM增加，其中，190 ℃和240～250 ℃的質(zhì)量變化最為明顯；空腔紙管段、中空降溫段和醋酸纖維過濾段在高于200～220 ℃時質(zhì)量略微增加，同樣可能受煙氣溫度和各濾嘴功能段吸附容量的共同影響。

圖1 不同加熱溫度下氣溶膠捕集物質(zhì)量和煙支各部位質(zhì)量的變化Fig.1 Variations of collected aerosol mass and all sections of heated tobacco sticks at different heating temperatures

2.2 兩種加熱方式下化學(xué)成分釋放量隨加熱溫度的變化

2.2.1 兩種加熱方式下檢出的化學(xué)成分

中心加熱方式下共檢出56 種成分、周向加熱條件下共檢出46種成分。兩種加熱方式下均檢測到的成分主要有水分，發(fā)煙劑丙二醇和丙三醇，氮雜環(huán)類的煙堿、麥斯明、2，3′-聯(lián)吡啶、2-甲基吡嗪和2-乙酰基吡咯，酮類的茄尼酮、3-羥基-2-丁酮、4-環(huán)戊烯-1，3-二酮、4-羥基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮、甲基環(huán)戊烯醇酮等，醛類的糠醛類、苯甲醛、苯乙醛和香蘭素，酯類的乙酸己酯、乙酸異丁酯、α-當(dāng)歸內(nèi)酯、棕櫚酸甲酯和棕櫚酸乙酯等，醇類的糠醇、苯甲醇和苯乙醇，以及酚類的愈創(chuàng)木酚、麥芽酚和2，4-二叔丁基苯酚。此外，中心加熱條件下還檢測到二氫香豆素、苯甲酸甲酯、δ-己內(nèi)酯，高于320 ℃時還檢測到4-甲基愈創(chuàng)木酚、2-甲氧基-4-甲基苯酚、4-乙基愈創(chuàng)木酚和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚，高于300 ℃時檢測到2，6-二甲基吡啶和2，3，5-三甲基吡嗪等；周向加熱條件下還檢測到水楊醛、丁香酚和癸酸乙酯等。

檢出的大部分成分均主要分布于粒相物中，只有15種低沸點小分子在氣相物中檢測到，包括水、糠醛、5-甲基糠醛、苯甲醛、苯乙醛、水楊醛、3-羥基-2-丁酮、2-甲基四氫呋喃-3-酮、4-環(huán)戊烯-1,3-二酮、糠醇、苯甲醇、2-甲基吡嗪以及R-(+)-檸檬烯、α-當(dāng)歸內(nèi)酯和苯甲酸甲酯。其中，2-甲基四氫呋喃-3-酮和R-(+)-檸檬烯超過50%分布于氣相物中。此外，以上成分的氣粒相分布受加熱溫度影響，當(dāng)中心加熱溫度為200 ℃、周向加熱溫度低于180 ℃時，這些成分在氣相物中的分布比例增加。這可能與低溫加熱條件下產(chǎn)生的氣溶膠粒徑較小有關(guān)［18］。

2.2.2 兩種加熱方式下化學(xué)成分釋放量與加熱溫度的系統(tǒng)聚類分析

兩種加熱方式下大部分化學(xué)成分釋放量均隨加熱溫度升高而增加，但隨加熱方式不同呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。為整體展示氣溶膠中化合物釋放量與加熱溫度之間的關(guān)系，分別對兩種加熱方式不同溫度下化學(xué)成分釋放量（粒相物和氣相物釋放量總和）進行HCA 并繪制樹狀熱圖。將化合物的質(zhì)量分數(shù)通過標(biāo)準(zhǔn)分數(shù)（Z-Score）進行標(biāo)準(zhǔn)化，圖2中色標(biāo)數(shù)值即為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值，代表每個分析物的濃度，從紅色到藍色表示濃度升高?；衔锎丶捌渑c加熱溫度的關(guān)系可以分別從水平和垂直方向觀察，從圖2可知，兩種加熱方式下大部分成分的釋放量均隨溫度升高而增加，表明加熱溫度是加熱卷煙氣溶膠成分釋放的關(guān)鍵驅(qū)動力。根據(jù)加熱溫度（水平聚類結(jié)果），中心加熱方式可以區(qū)分為200～250 ℃、300～350 ℃、380 ℃3個簇，表明300 和380 ℃是兩個關(guān)鍵的溫度轉(zhuǎn)折點，在達到這兩個加熱溫度后化學(xué)成分釋放發(fā)生了明顯改變；周向加熱方式可以區(qū)分為170～180 ℃、190～240 ℃、250 ℃3個簇，表明190和250 ℃是兩個關(guān)鍵的溫度轉(zhuǎn)折點，這與2.1節(jié)中分析的芯材和ACM質(zhì)量變化的關(guān)鍵溫度點一致。

圖2 中心加熱（a）和周向加熱（b）方式下氣溶膠化學(xué)成分水平聚類和樣品垂直聚類的聚類圖Fig.2 Cluster diagrams of aerosol compounds clustered in horizontal and vertical dimensions under central heating（a）and peripheral heating（b）modes

根據(jù)氣溶膠中化學(xué)成分釋放量的變化規(guī)律（垂直聚類結(jié)果），中心加熱方式下可以區(qū)分為R1～R7共7個化合物簇，大部分化合物均聚類在R1 和R2中，分別占總化合物數(shù)量的33.9%和23.2%；周向加熱方式下可區(qū)分為C1～C5共5個化合物簇，大部分化合物均聚類在C1、C2和C3中，分別占總化合物數(shù)量的26.1%、21.7%和23.9%?？梢钥闯觯m然同一團簇的化合物隨加熱溫度的變化規(guī)律相似，但同一團簇中均包含了不同類型化合物，此外兩種加熱方式下化合物的釋放規(guī)律也不盡相同。為了方便展示和比較兩種加熱條件下同一化合物的釋放規(guī)律，選擇兩種加熱條件下均檢出的典型化合物進行進一步分析。

2.2.3 水分、發(fā)煙劑（丙二醇、丙三醇）分析

水分來自煙支中原有水分的蒸發(fā)及熱解形成，低于150 ℃時自由水和部分結(jié)合水即釋放，150 ℃左右低分子量碳水化合物（單糖和雙糖）開始脫水［19］。由圖3a1和圖3a2可以看出，兩種加熱方式下水分釋放規(guī)律差異明顯，周向加熱方式下水分在較低加熱溫度170 ℃即大量釋放，并隨溫度升高緩慢增長；中心加熱條件下水分在200 ℃釋放量較低，隨溫度增加呈指數(shù)增長，在350 ℃時由于半纖維素、果膠和纖維素側(cè)鏈中羥基的裂解，水分釋放量明顯增加。

丙二醇和丙三醇作為主要的發(fā)煙劑成分，受熱蒸發(fā)進入煙氣流并經(jīng)冷凝成核作用促進煙氣氣溶膠的形成。由于丙二醇沸點（188 ℃）低于丙三醇（291 ℃），其羥基官能團數(shù)量也少于丙三醇，丙二醇在相對較低溫度下即大量釋放，隨加熱溫度升高，兩種加熱方式下丙三醇釋放量的增速均大于丙二醇（圖3）。此外，加熱方式對兩種發(fā)煙劑的釋放影響也不同。對于丙二醇，中心加熱方式下加熱溫度均高于其沸點，丙二醇釋放量隨加熱溫度的升高呈指數(shù)增加（圖3b1）；周向加熱條件下加熱溫度低于其沸點時釋放量的增速較快，高于其沸點后其釋放量的增速反而逐漸降低（圖3b2）。對于丙三醇，中心加熱方式下加熱溫度高于其沸點時釋放量呈指數(shù)增加（圖3c1）；周向加熱條件下加熱溫度均低于其沸點，釋放量則線性增加（圖3c2）。鄭緒東等［9］采用電加熱卷煙模擬裝置的研究結(jié)果則顯示丙二醇和丙三醇在高于220 ℃時才明顯釋放。兩種加熱方式下發(fā)煙劑釋放的差異可能受所考察的溫度范圍不同及傳熱方式差異的影響，周向加熱方式芯材的受熱面積大于中心加熱，且芯材直徑小，相比之下加熱速率和傳熱速率快，芯材內(nèi)芯和外圍的溫差小［3，5］。

圖3 氣溶膠中水分和發(fā)煙劑的釋放量隨加熱溫度的變化Fig.3 Variations of releases of moisture and atomization agents in aerosol with heating temperature

2.2.4 典型氮雜環(huán)類香氣成分分析

煙堿等揮發(fā)性生物堿通過蒸發(fā)及發(fā)煙劑的攜帶轉(zhuǎn)移到氣溶膠中［20-21］。從圖4a和圖4b可知，中心加熱方式下煙堿和2，3′-聯(lián)吡啶在加熱溫度高于其沸點時才開始大量釋放，隨溫度升高釋放量呈指數(shù)增加（圖4a1和圖4b1）；周向加熱條件下加熱溫度高于170 ℃時即有一定的釋放量，但由于加熱溫度低于其沸點，隨溫度升高釋放量的增速低于中心加熱（圖4a2和圖4b2）。兩種加熱方式下煙堿釋放量隨溫度變化的趨勢可能受傳熱的影響。周向加熱方式加熱速率和傳熱速率快，對整個芯材的加熱效率高［3，5］，因此，相比中心加熱方式，在較低加熱溫度（170 ℃）下煙堿即受熱釋放。而中心加熱方式傳熱效率低，需較高的加熱溫度才能達到較好的加熱效果，使煙堿釋放量明顯增加。吡啶、吡咯和吡嗪類衍生物則來源于糖與氨基酸的非酶棕化產(chǎn)物或添加劑。2-乙?；量┰趦煞N加熱模式下隨加熱溫度增加均呈現(xiàn)指數(shù)增加模式，但均在高于其沸點時釋放量的增速才明顯增加（圖4c）。2-甲基吡嗪在中心加熱條件下隨溫度升高成指數(shù)性顯著增加，在高于300 ℃時才大量釋放，2，6-二甲基吡啶和2，3，5-三甲基吡嗪只在中心加熱方式高于300 ℃時才檢測到，降煙堿在高于350 ℃時才檢測到。

2.2.5 典型酮類香氣成分分析

少量揮發(fā)性酮類成分的釋放量則隨加熱溫度的增加變化不大，如中心加熱條件下產(chǎn)生的4-甲氧基苯乙酮、香葉基丙酮，以及周向加熱條件下產(chǎn)生的β-大馬酮。其他大部分酮類成分的釋放量均隨加熱溫度升高而增加，且隨加熱方式不同增加趨勢有差異（圖5）。茄尼酮（圖5a）由西柏三烯類化合物降解產(chǎn)生，存在于調(diào)制后的煙葉中，在較低加熱溫度下即檢測到，在中心加熱條件下高于其沸點時釋放量快速增加，而在周向加熱條件下隨溫度升高釋放量的增速逐漸降低，類似規(guī)律的還有周向加熱的α-大馬酮和香葉基丙酮等。呋喃酮和環(huán)戊烯酮是半纖維素的熱裂解產(chǎn)物，如甲基環(huán)戊烯醇酮（圖5b）、4-羥基-2，5-二甲基-3（2H）-呋喃酮等在較高的溫度（中心加熱高于300～320 ℃、周向加熱高于200～230 ℃）才大量生成，3-羥基-2-丁酮（圖5c）也有類似趨勢；氧化異佛爾酮、異佛爾酮和β-紫羅蘭酮在中心加熱方式高于320 ℃條件下才檢測到。

圖5 氣溶膠中酮類成分的釋放量隨加熱溫度的變化Fig.5 Variations of releases of ketones in aerosol with heating temperature

2.2.6 典型醛類香氣成分分析

5-羥甲基糠醛是一種重要的呋喃類熱解產(chǎn)物，中心加熱條件下在高于250 ℃時才生成并被檢測到［22］，其釋放量呈指數(shù)型快速增長（圖6a1）；而周向加熱下高于190 ℃時即大量釋放，210 ℃時釋放量即達到最大值（圖6a2），且其釋放量明顯高于中心加熱樣品。這可能與周向加熱芯材原料中本身含有或添加了5-羥甲基糠醛有關(guān)，在受熱條件下隨氣溶膠遷移至煙氣中。中心加熱方式下，糠醛（圖6b1）和苯乙醛（圖6c1）等其他醛類在高于300 ℃時才大量產(chǎn)生，并隨溫度升高呈指數(shù)增加；周向加熱方式下，糠醛（圖6b2）和香蘭素隨溫度升高呈線性增加，而5-甲基糠醛和苯甲醛等其醛類在高于200 ℃時才大量產(chǎn)生，

圖6 氣溶膠中醛類成分的釋放量隨加熱溫度的變化Fig.6 Variations of releases of aldehydes in aerosol with heating temperature

并隨溫度升高呈指數(shù)增加。這些變化規(guī)律的差異受傳熱方式的影響，還與物質(zhì)的來源有關(guān)，例如，糠醛和5-甲基糠醛可源于糖類低溫裂解產(chǎn)生，此外，在加熱條件下5-羥甲基糠醛通過去羥基后加氫可生成5-甲基糠醛、再通過羥甲基側(cè)鏈斷裂可生成糠醛；苯甲醛和苯乙醛是苯丙氨酸的代謝產(chǎn)物［23］，苯甲醛還來源于多酚熱解［24］。

2.2.7 典型酯類香氣成分分析

棕櫚酸乙酯存在于煙葉中，也作為煙草添加劑。隨溫度升高，中心加熱方式下高于其沸點時釋放量快速增加；而周向加熱條件下，由于加熱溫度低于其沸點，釋放量增加速率緩慢（圖7a），苯甲酸苯甲酯也有類似規(guī)律。α-當(dāng)歸內(nèi)酯在中心加熱方式下高于其沸點時才快速增加，而在周向加熱條件下高于210～220 ℃時即快速增加（圖7b）。乙酸異丁酯的沸點低，在兩種加熱方式下均呈指數(shù)性快速增加（圖7c）。丁酸乙酯在中心加熱方式下高于300 ℃時才產(chǎn)生，在周向加熱方式下線性增加；而乙酸己酯、棕櫚酸甲酯和二氫獼猴桃內(nèi)酯則隨溫度增加變化不明顯。

2.2.8 典型醇和酚類香氣成分分析

糠醇（圖8a）和苯甲醇的沸點分別為170 ℃和206 ℃，但其釋放量在中心加熱方式下高于250 ℃時才快速增加，周向加熱方式下高于200 ℃時明顯增加。纖維素和木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)生大量酚類化合物，如木質(zhì)素在300～400 ℃溫度下熱解產(chǎn)生愈創(chuàng)木酚［25］，所需生成溫度較高。愈創(chuàng)木酚（圖8b）和麥芽酚的釋放量在中心加熱方式下高于300 ℃時才快速增加，周向加熱方式下高于230 ℃時快速增加。2,4-二叔丁基苯酚的釋放量在中心加熱方式下隨加熱溫度升高呈線性增加趨勢，而在周向加熱方式下變化不大。

2.2.9 兩種加熱方式下化學(xué)成分釋放量與加熱溫度的關(guān)系

根據(jù)系統(tǒng)聚類結(jié)果，結(jié)合圖3～圖8的擬合曲線，總結(jié)兩種加熱方式下不同分區(qū)中化學(xué)成分釋放量隨加熱溫度的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)：①對于中心加熱方式，R1、R2和R4中的化合物釋放量隨加熱溫度呈指數(shù)性增長，分別在高于250、300 和320 ℃時增速明顯；R3只包含β-大馬酮和2,4-二叔丁基苯酚兩種化合物，在200 ℃時即有較高的釋放量，隨溫度升高緩慢增加；R5 和R6 中的化合物分別在溫度高于320、300 ℃時才檢測到，并隨加熱溫度升高而增加；R7中的化合物則隨加熱溫度升高變化規(guī)律不明顯。②對于周向加熱方式，C1簇中化合物釋放量隨加熱溫度升高呈二項式增長；C2簇中化合物隨加熱溫度升高呈線性增長；C3和C4簇中化合物隨加熱溫度升高呈指數(shù)性增長，分別在高于200、230 ℃時增速明顯；C5中的化合物則隨加熱溫度升高變化不明顯。③不同化合物的釋放除了受加熱溫度和加熱方式的影響外，還可能與芯材中的質(zhì)量分數(shù)（自身質(zhì)量分數(shù)、前體物的質(zhì)量分數(shù)）、化合物的物理化學(xué)性質(zhì)（例如，沸點、蒸汽壓、溶解度和有機官能團等）、濾嘴不同功能段中的截留作用等有關(guān)，是芯材化學(xué)成分與加熱條件之間復(fù)雜相互作用的結(jié)果［19］。

圖8 氣溶膠中醇和酚類成分的釋放量隨加熱溫度的變化Fig.8 Variations of releases of alcohols and phenols in aerosol with heating temperature

3 結(jié)論

①中心加熱和周向加熱方式下氣溶膠中大部分化學(xué)成分的釋放量隨加熱溫度升高而增加，小部分酮類、酯類和烯類化合物隨溫度變化不大，但兩種方式下化合物釋放量的變化規(guī)律存在差異。②根據(jù)化合物隨加熱溫度增加釋放量的變化，中心加熱方式按照溫度可區(qū)分為200～250 ℃、300～350 ℃、380 ℃3個區(qū)間，按照化合物釋放速率可分為7 類（R1～R7），57.1%的化合物聚類于R1 和R2，符合指數(shù)增長模型，分別在高于250 和300 ℃時釋放量明顯增加。③周向加熱方式按照溫度可區(qū)分為170～180、190～240、250 ℃3個區(qū)間，按照化合物釋放速率可分為5 類（C1～C5），71.7%的化合物聚類于C1、C2 和C3，分別符合二階多項式、線性和指數(shù)模型。