降低吸烟过程中焦油及自由基成分的ESR研究
高文全 金承红 郑莹光 董凤霞 高中民
吸烟过程中产生的烟气，一部分进入人体内，一部分扩散到空气中。卷烟烟气被剑桥滤片截留的部分为“粒相”，即湿焦油；未被截留的部分为“气相”。近年来科学研究表明，相都含有微量致癌和促癌物质。这些致癌和促癌物质中含有多种自由基，可以引起肺病、心脏病和癌症。因此降低吸烟过程中产生的焦油及自由基浓度已是人们十分关注的课题。我们自制ML-60型复合卷烟滤嘴，在不影响卷烟吸味和常规指标的情况下，可有效地降低吸烟过程中产生的焦油及自由基浓度。用ESR(Electron Spin Resonance，电子自旋共振)方法研究了ML-60型复合滤嘴清除自由基的效果并探讨其机理。
1 实验部分
1.1 材料
实验用卷烟均为商品烟，自制ML-60型复合滤嘴材料由长春地质学院地矿系提供。
1.2 采用ML-60型复合滤嘴的卷烟
ML-60型卷烟滤嘴的外形和尺寸与普通型卷烟滤嘴相同，将其与普通卷烟组合，即为ML-60型复合滤嘴卷烟(已申请专利)。
1.3 焦油量的检测
按YC/T29-1996《卷烟用常规分析用吸烟机测定总粒相物和焦油》进行测定，测试环境和条件符合标准GB/T16447-1996《烟草和烟草制品调节和测试的大气环境》。
1.4 焦油中自由基的检测
按YC/T29-1996的规定制备抽吸卷烟，用中间夹持剑桥滤片的捕集器收集烟气的湿焦油。吸烟结束后，将剑桥滤片取出，装入石英样品管内，在BRUKER ER 200D ESR谱仪上检测。测试条件：微波频率9.78GHZ，微波功率6.5MW，中心磁场349.78MT，扫场宽度6.0MT，调制频率100kHz，调制幅度0.2MT为定量检测焦油自由基浓度，用Mn2+/CaO作内标，用weak pitch标定自由基浓度。在谱仪的AS PECT 3 000数据系统进行ESR谱采集、二次积分及自旋浓度的标定。
2 结果与讨论
2.1 ML-60型复合滤嘴对卷烟焦油的吸附作用
以“长春”牌卷烟为例，测试结果如表1。从表1可以看出，采用ML-60型复合滤嘴的卷烟焦油量下降24.6%，说明ML-60型复合滤嘴对焦油的吸附能力优于普通醋酸纤维滤嘴。
表1 不同滤嘴的卷烟焦油 (mg)
| 类别 | 总粒相物 | 水分 | 烟碱量 | 焦油量 |
| １ | 24.90 | 2.74 | 1.04 | 21.1 |
| ２ | 18.74 | 2.06 | 0.78 | 15.9 |
2.2 卷烟焦油中的自由基
表2 不同滤嘴卷烟焦油中的自由基浓度
注：表中类别同表1
用定量检测自由基浓度的方法测试采用不同滤嘴的卷烟，其焦油中自由基浓度见表2。从表2可以看出，采用普通型滤嘴的“长春”牌卷烟，其焦油中自由基浓度平。均为(2.2±0.2)×1014Spins/支，而采用自制ML-60型复合滤嘴后，焦油中自由基浓度平均为(1.4±0.1)×1014Spins/支，说明ML-60型复合滤嘴清除焦油中自由基效果显著。
2.3 降低卷烟焦油及自由基浓度机理的探讨
ML-60型复合滤嘴采用纯天然物质制备而成，其主要原料选自天然药物矿石麦饭石及天然植物茶叶中的茶多酚。用转靶X射线衍射仪测试天然药物矿石的主要成分，检测在日本理学D/max-r转靶X射线衍射仪上进行，Cu/石墨晶体单色器电压/电流为50kV/150mA，步宽为0.02deg，预置时间为2s,DS/SS 1天,RS/RSM 0.15/0.6mm。测试原料主要成分有二氧化硅、黑云母、中长石。以上分析结果与该药物矿石的成分分析相符。
表面物理化学工作者认为过渡金属是化学吸附活性最强的元素，金属离子在形成吸附键时涉及使用d轨道电子的能力。ML-60型复合滤嘴具有良好的吸附及清除卷烟焦油和自由基的特性，其原因主要是该滤嘴采用天然药物矿石作吸附剂，因其质地疏松，多微孔，吸附性能好。此外，由于该药物矿石中含有少量以过渡金属离子形式存在的化合物如三氧化二铁等Fe3+的3d轨道含有未偶电子，可参加化学吸附反应。ESR研究进一步证实了这一化学吸附反应。
在多相吸附过程中，往往化学吸附起主要作用，当吸附质本身为离子时，它与固体表面的离子形成的吸附键中含有一定的离子键成分。这种吸附键的强弱与离子构型有关，可以看出天然药物矿石吸附焦油及焦油中自由基的能力与其结构构型及成分有密切关系。
ML-60型复合滤嘴的原料除采用吸附性好的天然药物矿石外，还有一定的天然植物茶叶中的茶多酚，它的抗氧化能力极强，烟气通过复合卷烟滤嘴过程中，可直接与焦油中自由基反应清除部分自由基。
《烟草科技》，1999年，第2期，第25-26页