卷烟是到目前为止被消费者所接受的最常消费的燃烧型烟草制品，在卷烟抽吸过程中，燃烧的烟草产生的卷烟烟气使吸烟者暴露于100多种有害成分。吸烟引起的健康影响已经受到公众和政府的大量关注^[1]。卷烟主流烟气，即从烟支抽吸端释放出来的烟草烟气，是一种动态的、复杂的气溶胶，其中化学成分超过5000多种^[2]。烟草燃烧过程中通过热解和蒸馏形成的化合物凝结成各种不同尺寸大小的颗粒，这些颗粒小到足以被吸入并沉积在吸烟者的呼吸道和肺部。据报道，卷烟烟气气溶胶中的颗粒物在与吸烟有关的疾病如肺癌、慢性阻塞性肺病（COPD）和心血管疾病的发生发展过程中发挥着重要作用^[3，4]。

卷烟主流烟气中大多数的化学成分都存在于烟气气溶胶的粒相中。卷烟主流烟气颗粒物大部分是通过热裂解和蒸馏形成的，它们位于卷烟的燃烧锥下游的烟丝中。Baker^[5]对卷烟主流烟气的形成过程进行了全面的综述，这里做一简要的总结。在烟丝中可以观察到两个不同的反应区：在烟丝圆锥周围的上游燃烧区和下游热裂解/蒸馏区。在放热燃烧区，吸入卷烟中的氧气与炭化烟草发生反应，主要产生CO、CO₂、H₂O和大量热量，在卷烟抽吸时燃烧锥的温度可达950℃。热量通过抽吸气流向下游流动转移到部分分解的烟草中，在吸热蒸馏/热解区域内形成大量的烟气颗粒成分。凝集的蒸气在600℃左右形成。颗粒成分和蒸气成分可以由烟草成分的热解和分解形成，或是直接从烟草中转移而来。蒸气在向下游流动时迅速冷却，然后迅速饱和，通过冷凝形成颗粒物质。有人认为，经过热解的烟草可以释放出固态的、不挥发的颗粒作为核；然而，在没有核的情况下，饱和比足以产生均匀的成核。在快速冷却气流中也发生显著的下游气相成分沉积到未燃烧的烟草中。当冷却后的烟气穿过烟丝时，挥发性气溶胶与烟丝表面之间可以发生额外的质量交换，浓缩气溶胶内的凝结作用可以继续进行。从滤嘴出来的气溶胶的特征是具有由接近单位密度的球形液滴组成的颗粒物质，包含溶解的和悬浮的物质，分散在复杂的气体混合物中。少部分的化学成分存在于卷烟主流烟气的气相中，与此同时，一些组分在粒相和气相中动态分布。

吸烟是一种颗粒物的暴露。吸烟对健康的影响主要归因于颗粒物的吸入。卷烟烟气气溶胶中颗粒物的粒径分布是预测可吸入颗粒物在吸烟者呼吸道不同部位沉积的一项重要参数。研究卷烟烟气气溶胶的粒径分布特征可以有助于提供有关烟气气溶胶的知识^[6～9]，帮助了解卷烟烟气颗粒物在呼吸道的滞留和沉积^[10，11]，对产品设计进行改良^[12]。此外，烟气粒径分布测试结果结合烟气化学成分分析数据以及生物学测试结果将能够全面理解卷烟烟气的不利影响和吸烟相关的健康风险。在过去的几十年里，烟草行业已经长期致力于烟草制品的减害研究。对烟气气溶胶中颗粒物尺寸调控的评价既是控制烟草制品物理和感官产品属性的一种手段，也是降低与暴露相关的健康风险的一种可能的方法^[12]。

在以往的文献报道中，卷烟烟气粒径分布的测定结果的差异主要归因于所采用的测试方法的不同。Hinds^[8]使用气溶胶离心机和级联撞击器测试了卷烟烟气的空气动力学粒径分布，观察到随着稀释比例的增加烟气颗粒物的质量中值直径（Mass Median Diameter，MMD）从0.52μm减小到0.8μm。Anderson等^[7]采用电子气溶胶分析仪测定了卷烟烟气颗粒物的MMD，测试结果比之前文献报道的烟气颗粒物粒径小。近年来，随着先进的气溶胶分析技术的发展，一些用于气溶胶测定和采样领域的仪器设备也已经逐渐被应用到燃烧科学研究中，包括卷烟烟气^{[6，11，13，14]}。Kane等^[11]利用电子低压撞击器（Electrical Low Pressure Impactor，ELPI）研究了卷烟抽吸参数对卷烟主流烟气粒径分布的影响，并预测了烟气颗粒物在呼吸道的沉积效应，研究结果显示，提高抽吸流速、减小滤嘴通风可以降低烟气颗粒物的粒数中值直径（Count Median Diameter，CMD）。Aldermana等^[6]采用DMS500快速颗粒频谱仪表征了卷烟主流烟气的粒径分布，测得的烟气颗粒物的CMD在145～189nm。

在这部分的研究中，我们选择肯塔基参比卷烟3R4F^[1]（肯塔基大学，美国）及7个牌号的市售卷烟样品，利用由单通道吸烟机（Borgwaldt KC，德国）与电子低压撞击器（ELPI）（Dekati，芬兰）组成的实验系统（图3.1）对卷烟主流烟气进行颗粒物尺度分析。ELPI主要由线管级电晕、13级级联低压撞击器和多通道静电计组成，测试粒径范围为0.007～9.970μm，每一级撞击器上由于带电颗粒连续沉积所产生的电流由一个多通道静电计测得，电流分布与颗粒数量分布呈正比，根据颗粒浓度和每级采样收集效率曲线，反映颗粒粒径分布。每一级撞击器对应的粒径范围和 D_i（几何平均粒径）如表3.1所示。卷烟在ISO标准模式下（35/60/2）^[15]抽吸，产生的主流烟气经两级稀释后进入ELPI，ELPI工作载气流速10L/min。实验系统中，烟气总稀释倍数在600～1000。(www.daowen.com)

图3.1 吸烟机与ELPI组成的实验系统

表3.1 每一级撞击器对应的粒径范围和D_i

研究目的：①提供单支卷烟抽吸产生的主流烟气颗粒物粒径分布的连续谱；②比较粒径＜0.1μm和0.1～2.0μm的颗粒物的粒径分布；③初步分析颗粒物粒子浓度与焦油和烟碱释放量的相关性^[16]。