陳志浩，苗芊，盧嫣萍，周曉雨，呂曉東，王予，王慧平，肖燕，熊文，秦云華，陶虹，姚柏松，黃菲，鐘青，趙繼俊，丁麗，馮茜

1 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州市高新技術開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001；2 浙江省煙草質量監(jiān)督檢測站，浙江省杭州市上城區(qū)將軍路9號 310001；3 山東中煙工業(yè)有限責任公司，山東省濟南市歷下區(qū)經(jīng)十路11888號 250014；4 上海煙草集團有限責任公司，上海市楊浦區(qū)長陽路717號 200082;5 廣東中煙工業(yè)有限責任公司，廣東省廣州市荔灣區(qū)東沙環(huán)翠南路88號 510385；6 云南省煙草質量監(jiān)督檢測站，云南省昆明市高新開發(fā)區(qū)科醫(yī)路41號 650106；7 云南中煙工業(yè)有限責任公司，云南省昆明市紅錦路367號 650000

根據(jù)國際標準ISO 3402和國家標準GB/T 16447的規(guī)定，卷煙樣品在進行物理、化學指標檢測之前需在調節(jié)大氣的環(huán)境（溫度22℃±1℃，相對濕度60%±3%）中進行48 h的調節(jié)[1-2]。該調節(jié)步驟主要是調節(jié)卷煙中煙絲的含水率，原因是卷煙中煙絲含水率對于其物理、化學檢測有較大影響[3-9]。根據(jù)ISO 3402和GB/T 16447的規(guī)定，卷煙樣品應在一定的時間內用足夠的氣流進行調節(jié)，但過大的氣流又會導致不適當?shù)恼{節(jié)，且最終卷煙樣品均需要進行平衡驗證（如3 h內重量相對變化不超過0.2%）。目前行業(yè)主要采用卷煙恒溫恒濕調節(jié)箱對卷煙樣品進行調節(jié)[10]，但恒溫恒濕調節(jié)箱中樣品的數(shù)量，堆積方式和擺放位置等都對箱內氣流速度有著直接的影響，而且在卷煙調節(jié)后的平衡驗證并未按照相關標準執(zhí)行。然而，國內外尚未見到針對調節(jié)箱內氣流的分布狀態(tài)及其對于卷煙樣品調節(jié)效果影響的研究。

本文在前期對恒溫恒濕房間中不同強制氣流下卷煙樣品調節(jié)效果影響的研究基礎上[11]，進一步開展了調節(jié)箱內卷煙樣品調節(jié)時樣品的數(shù)量、堆積方式和擺放位置對于調節(jié)箱內氣流分布影響的研究，并對于不同規(guī)格卷煙樣品在調節(jié)箱內不同位置的調節(jié)效果進行了驗證實驗。本實驗研究結果對生產(chǎn)企業(yè)以及實驗室研究人員在使用卷煙恒溫恒濕調節(jié)箱和卷煙樣品平衡的驗證都具有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

卷煙樣品：不同規(guī)格的市售卷煙的樣品參數(shù)見表1。

表1 不同規(guī)格市售卷煙的樣品參數(shù)Tab.1 General information of the tested cigarettes

恒溫恒濕卷煙調節(jié)箱：Binder公司生產(chǎn)的KBF240（480 mm×640 mm×780 mm）；

風速儀：Testo 450i，精度為0.01 m/s，風速儀與手機終端通過藍牙傳輸數(shù)據(jù)連接以測量調節(jié)箱內強制氣流的大?。?/p>

分析天平：SARTORIUS CP224S，精度為0.0001 g。

1.2 實驗方法和條件

1.2.1 樣品數(shù)量、堆積方式、擺放位置對氣流分布狀態(tài)的影響——正交布點檢測

1.2.1.1 數(shù)量對恒溫恒濕調節(jié)箱內氣流分布的影響

選取KBF240作為研究對象，按照正交設計方法布置風速儀探頭測量點（黑色圓點），如圖1所示將風速儀布置于KBF240調節(jié)箱內。樣品放置方式以帶網(wǎng)眼塑料筐容器盛滿煙支（100支），塑料筐的放置方式為堆疊擺放，按照樣品體積占箱體體積比分別為0%、16%、32%、48%和64%放置樣品（64%為樣品裝滿的狀態(tài)），分別有0、36、72、108和144筐卷煙樣品，如圖2所示。將恒溫恒濕調節(jié)箱的溫濕度控制器設定為溫度22℃，相對濕度60%，使設備正常工作，穩(wěn)定后開始測量該位置的風速。每個位置探頭固定在該位置各個方向探測到風速的最高值的方向。

圖2 不同卷煙樣品數(shù)量在調節(jié)箱中的實際放置圖Fig.2 Constant climate chamber filled with different number of cigarette samples

1.2.1.2 堆積方式對恒溫恒濕調節(jié)箱內氣流分布的影響

選取KBF240作為研究對象，將風速儀按照圖1布置于KBF240調節(jié)箱內。我們在記錄各個位置的氣流速度時，樣品分別以平鋪、三角堆疊、豎立堆放、盒裝剪底和無規(guī)則的方式放置，如圖3所示。其中，在考察每種堆積方式對氣流分布的影響時，均使用200支常規(guī)卷煙樣品放置在恒溫恒濕調節(jié)箱的中心區(qū)域。然后將恒溫恒濕調節(jié)箱的溫濕度控制器設定為溫度22℃，相對濕度60%，使設備正常工作，穩(wěn)定后開始測量該位置的風速。每個位置探頭固定在該位置各個方向探測到風速的最高值的方向。

圖3 卷煙樣品不同堆積方式的示意圖Fig.3 Different ways of placing cigarette samples

1.2.1.3 擺放位置對恒溫恒濕調節(jié)箱內氣流分布的影響

選取KBF240作為研究對象，將風速儀按照圖1布置于KBF240調節(jié)箱內。兩層隔板將調節(jié)箱分為上、中、下層，樣品放置方式以帶網(wǎng)眼塑料筐容器盛滿煙支（100支），塑料筐的放置方式為單層擺放，每層可以放置9筐卷煙。我們在記錄各個位置氣流速度時，分別將9筐卷煙放置在上、中、下層，將18筐卷煙放置在上、中層，上、下層和中、下層。然后將恒溫恒濕調節(jié)箱的溫濕度控制器設定為溫度22℃，相對濕度60%，使設備正常工作，穩(wěn)定后開始測量該位置的風速。每個位置探頭固定在該位置各個方向探測到風速的最高值的方向。

1.2.2 恒溫恒濕調節(jié)箱內不同規(guī)格的卷煙樣品調節(jié)效果——相對重量變化率

將表1中卷煙樣品首先按照單因子方差分析的方法進行樣品重量的均勻性驗證，然后7家實驗室進行共同實驗，實驗過程具體如下：將恒溫恒濕調節(jié)箱的溫濕度控制器設定為溫度22℃，相對濕度60%。在恒溫恒濕箱內的風速測量位置各放置50支挑選的卷煙樣品（放置在塑料筐中）進行調節(jié)。待放入恒溫恒濕箱調節(jié)48 h以后，對每組樣品進行一次稱重并記錄質量；隨后繼續(xù)放入恒溫恒濕箱調節(jié)3 h（即初始時間后的51 h）以后，對每組樣品再進行一次稱重并記錄質量。所有實驗使用的天平和恒溫恒濕調節(jié)箱均放置在溫度22℃，相對濕度60%的恒溫恒濕房間中。對調節(jié)48 h后和51 h后的質量進行格拉布斯、曼德爾h統(tǒng)計量和k統(tǒng)計量檢驗分析，以確定數(shù)據(jù)的精確度。

最終按照公式（1）計算三個小時內卷煙樣品重量的變化率：

式中：ω：卷煙樣品三個小時內重量變化率，結果精確至0.01%；mt：48 h后卷煙質量，單位為克（g）；mt+3：51 h后卷煙質量，單位為克（g）。如果ω不大于0.2%，則視為卷煙調節(jié)達到平衡要求。

2 結果與討論

2.1 樣品數(shù)量、堆積方式、擺放位置對恒溫恒濕調節(jié)箱內氣流分布狀態(tài)的影響研究

2.1.1 卷煙樣品數(shù)量對恒溫恒濕調節(jié)箱內氣流分布的影響

在KBF240恒溫恒濕調節(jié)箱中進行卷煙樣品數(shù)量對箱內氣流分布影響的研究，不同卷煙樣品總量對于各個位置氣流強度和箱內整體氣流分布的影響如圖4所示。以空箱內的風速檢測數(shù)據(jù)分析為例（見附圖1，僅見于電子版），可以看出檢測到的氣流速度數(shù)據(jù)相對于平均氣流速度沒有顯著性變化，因此可以采用各個位置的平均氣流速度來進行整體分布趨勢的研究。從圖中能夠看出，隨著調節(jié)箱內樣品數(shù)量增加，中心與右上位置的氣流速度處在波動狀態(tài)，左上位置的氣流速度隨樣品數(shù)量的增加而逐漸升高外，右下和左下位置無明顯變化。說明卷煙數(shù)量對于箱內各位置的氣流速度有一定影響，但氣流速度升高或降低并無明顯規(guī)律。從整體上看，隨著調節(jié)箱內樣品數(shù)量逐漸增加，中心和右上位置仍然是風速相對較高的區(qū)域，這與KBF240空箱測試結果一致，卷煙樣品數(shù)量的增加對于調節(jié)箱內整體的氣流分布并未產(chǎn)生明顯的影響，整體氣流速度分布趨勢并未改變。

圖4 不同卷煙樣品數(shù)量對于調節(jié)箱內不同位置氣流速度的影響Fig.4 The influence of the number of cigarette samples on the air flow rate at different positions in the adjusting chamber

2.1.2 卷煙樣品堆積方式對恒溫恒濕調節(jié)箱內氣流分布的影響

在KBF240恒溫恒濕調節(jié)箱中進行卷煙堆積方式對箱內氣流分布影響的研究，不同樣品堆積方式對于各個位置氣流強度和氣流分布的影響如圖5所示。以無規(guī)則散放的風速檢測數(shù)據(jù)分析為例（見附圖2，僅見于電子版），同樣可以看出瞬時氣流速度數(shù)據(jù)相對于平均氣流速度沒有顯著性變化，因此可以采用各個位置的平均氣流速度來進行整體分布趨勢的研究。從圖5中可以看出，在無樣品時，空箱內中心位置風速最大（平均風速約為0.33 m/s），右上位置其次（平均風速約為0.26 m/s），左上位置風速略低于右上位置（約為0.22 m/s），右下位置平均風速約為0.1 m/s，而左下位置風速最低（平均風速低于0.05 m/s），整體氣流分布并不均勻。當卷煙樣品分別以平鋪、三角堆疊、豎立、盒裝剪底以及無規(guī)則散放方式放入調節(jié)箱時，不同的堆積方式對于各個位置氣流速度有一定影響，除左下位置外，其余四個位置氣流速度均有所降低。然而從整體來看，箱內氣流速度分布趨勢變化不大，即無論這樣改變卷煙樣品的堆積方式，無樣品時氣流速度較高區(qū)域氣流速度依然較高，反之亦然。說明卷煙樣品不同的方式堆積對箱內氣流速度分布均勻度無明顯影響。

圖5 不同卷煙樣品堆積方式對于調節(jié)箱內不同位置氣流速度的影響Fig.5 The influence of different placing ways of cigarette samples on the air flow rate at different positions in the adjusting chamber

2.1.3 卷煙樣品擺放位置對恒溫恒濕調節(jié)箱內氣流分布的影響

在KBF240恒溫恒濕調節(jié)箱中進行卷煙擺放位置對箱內氣流分布影響的研究，9筐卷煙樣品和18筐卷煙樣品不同的擺放位置對于各個位置氣流強度和氣流分布的影響如圖6所示。以9筐煙放在中層的風速檢測數(shù)據(jù)分析為例（見附圖3，僅見于電子版），與2.1.1和2.1.2一致，也可以看出瞬時氣流速度數(shù)據(jù)相對于平均氣流速度沒有顯著性變化，因此可以采用各個位置的平均氣流速度來進行整體分布趨勢的研究。從圖6（a）可以看出，調節(jié)箱內無樣品時，各個測量點位置氣流速度并不均勻，中心和右上位置氣流速度較高，左下和右下位置氣流速度較低。當9筐卷煙樣品由擺放在調節(jié)箱隔板最上層移動至最下層轉變時，中心位置，左上和左下位置氣流速度逐漸增加，且各個測量點位置氣流大小仍然不均勻。從圖6（b）可以看出，當調節(jié)箱內兩層隔板放置卷煙時，改變擺放位置時，各個測量點的氣流速度有一定波動，但箱內氣流速度分布趨勢無明顯變化。這些結果說明無論這樣改變卷煙樣品的擺放位置，無樣品時氣流速度較高區(qū)域氣流速度依然較高，說明卷煙樣品在不同隔板的擺放位置對于箱體內氣流分布均勻度影響不明顯。

由2.1.1、2.1.2和2.1.3可以看出，卷煙在KBF240恒溫恒濕調節(jié)箱的調節(jié)過程中，改變樣品數(shù)量、堆積方式和擺放位置時，對箱體內各位置的氣流強度有一定影響，影響效果并無明顯規(guī)律，但對箱內整體氣流分布均勻度沒有明顯影響。KBF240是目前國內行業(yè)使用率最高的恒溫恒濕調節(jié)箱，其內部采用兩側送風，背板回風的方式，這有利于箱內溫濕度均勻分布。因此，這種送風方式也被大多數(shù)恒溫恒濕調節(jié)箱的生產(chǎn)廠家所采用的。而不同調節(jié)箱內各個位置的氣流速度與箱體大小，風機功率有直接關系，因此不同調節(jié)箱內各個位置的氣流速度可能并不一致。但當送風方式，箱體大小和風機功率確定時，箱內整體氣流分布基本確定，因此KBF240的研究結果在一定程度上具有一定的普適性。

圖6 不同卷煙樣品擺放位置對于調節(jié)箱內不同位置氣流速度的影響Fig.6 The influence of different placing positions of cigarette samples on the air flow rate at different positions in the adjusting chamber

2.2 恒溫恒濕調節(jié)箱內不同規(guī)格的卷煙樣品調節(jié)效果的研究

通過對555（常規(guī)）、云煙（常規(guī)）、散花（常規(guī)）、泰山（細支）、中華（中支）和樂途（短支）等市售卷煙重量進行均勻性驗證，由單因素方差分析法計算得到的統(tǒng)計量F分別為1.66、1.58、1.78、1.42、1.26和1.15，均小于臨界值F0.05（9，10）=3.02，說明各個規(guī)格的卷煙重量是均勻的。

隨后根據(jù)曼德爾h統(tǒng)計量和k統(tǒng)計量檢驗，分析了七家實驗室對六種卷煙調節(jié)48 h和51 h后的卷煙重量數(shù)據(jù)，剔除了組內異常值和測量精度異常情況（見附表1和附表2，僅見于電子版）。根據(jù)公式（1）對于所有卷煙樣品是否達到平衡進行驗證，結果如附圖4所示（僅見于電子版）。由不同規(guī)格的卷煙樣品調節(jié)效果可以看出，其中除了一組泰山（細支）卷煙未滿足標準規(guī)定的平衡要求外，本實驗中所選取的各個規(guī)格的市售卷煙在恒溫恒濕調節(jié)箱內調節(jié)時間滿足48 h后，都可以達到標準規(guī)定的平衡要求，說明煙支規(guī)格對卷煙調節(jié)至平衡并無影響。值得注意的是，根據(jù)7家實驗室的共同實驗結果，在調節(jié)48 h之后，泰山細支卷煙樣品相對重量變化率在0.15%～0.2%有二組，調節(jié)時分別是放置在左上位置和右下位置，超過0.2%有一組，調節(jié)時放置在右下位置；中華中支卷煙樣品相對重量變化率達到0.15%～0.2%有一組，調節(jié)時放置在左上位置；樂途短支卷煙樣品相對重量變化率達到0.15%～0.2%有一組，調節(jié)時放置在右下位置；555卷煙樣品相對重量變化率達到0.15%～0.2%有一組，調節(jié)時放置在右下位置。可以看出，各種卷煙樣品在調節(jié)48 h后相對重量變化較大的實驗均出現(xiàn)在左上和右下，即靠近箱門的一側。因此，建議在使用恒溫恒濕調節(jié)箱對卷煙進行調節(jié)時，盡量不要將樣品放在靠近箱門的一側。另外，共同實驗的結果說明標準中規(guī)定3 h內相對質量變化率不超過0.2%的平衡驗證條件符合實際情況。

3 結論

本文研究了卷煙樣品的數(shù)量、堆積方式和擺放位置對于調節(jié)箱內氣流分布的影響，同時，組織行業(yè)7家實驗室對于不同規(guī)格卷煙樣品在調節(jié)箱內不同位置的調節(jié)效果進行了驗證實驗，從研究結果中可以得到以下結論：

（1）行業(yè)常用的卷煙恒溫恒濕調節(jié)箱內氣流分布并不均勻，各個位置氣流速度差異較大，某些位置甚至無法檢測到強制氣流；

（2）卷煙在恒溫恒濕調節(jié)箱的調節(jié)過程中，改變樣品數(shù)量、堆積方式和擺放位置時，對箱體內各位置的氣流強度有一定影響，影響效果并無明顯規(guī)律，但對箱內整體氣流分布均勻度沒有明顯影響；

（3）當調節(jié)時間滿足48 h時，煙支規(guī)格對卷煙調節(jié)至平衡并無影響，卷煙樣品均能達到標準規(guī)定的平衡要求，3 h內重量變化不大于0.2%的判定方法符合實際情況。

本文對生產(chǎn)企業(yè)以及實驗室研究人員在使用卷煙恒溫恒濕調節(jié)箱和卷煙樣品平衡的驗證都具有一定的指導意義。