СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НИКОТИНА В ДЫМЕ СИГАРЕТ Российский патент 2011 года по МПК A24B15/00 

Предлагаемый способ предназначен для определения содержания никотина в дыме сигарет различных конструкций и может быть использован для оперативного контроля и сравнительной оценки качества сигарет, которые позволят осуществить подбор табачной мешки и вспомогательных материалов и изготовить сигаретную продукцию с требуемым содержанием никотина в дыме сигарет.

Нормирование содержания никотина в дыме сигарет осуществляется в соответствии с ГН 2.3.2.1377-03 и составляет: для сигарет с фильтром - 1,2 мг/сигарету; для сигарет без фильтра - 1,3 мг/сигарету.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ прогнозирования содержания никотина в дыме (Кочеткова С.К. Экспресс-метод определения никотина в табачном сырье и прогнозирование содержания никотина в дыме. / С.К.Кочеткова, В.П.Писклов. // Современное состояние табачной отрасли и усиление ее научного обеспечения в российской федерации и странах СНГ: матер. Международ. науч.-практ.конф. - Краснодар, 2000.- С.282-286), заключающийся в том, что определяют содержание никотина в табачном сырье, определяют воздухопроницаемость сигаретной бумаги (ВП, ед. CORESTA) сигарет без фильтра и, в зависимости от группы, проводят расчет прогнозируемого содержания никотина (Y) по формулам:

для 1 группы ВП от 10 до 30 ед. CORESTA

Y=0.962*X+0.253

для 2 группы ВП от 30 до 50 ед. CORESTA

Y=0.990*X+0.182

для 3 группы ВП от 50 до 70 ед. CORESTA

Y=0.846*X+0.252

для 4 группы ВП более 70 ед. CORESTA

Y=0.497*X+0.421,

где Y - содержание никотина в дыме, мг/сиг.

Х - содержание никотина в табаке, %.

Затем сравнивают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет Y с требуемым значением Y_тр и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию никотина в дыме при условии, что прогнозируемое содержание никотина Y=Y_тр±20%.

Для прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет с фильтром измеряют длину сигареты, фильтра и длину окурка, определяют удерживающую способность фильтра. После чего определяют содержание никотина в дыме сигарет с фильтром (Y_ф, мг/сиг.) по формуле:

Y_ф=(Y*(l_сиг-l_ок)*(100-R))/(47*100),

где Y - содержание никотина в дыме сигарет без фильтра, мг/сиг.;

l_сиг - длина сигареты, мм;

l_ок - длина окурка, мм;

R - удерживающая способность фильтра, %,

при этом R-5,152+0,422*ΔР,

где ΔР - сопротивление затяжке фильтра, мм вод.ст.

Далее сравнивают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет Y_ф с требуемым значением Y_тр и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию никотина в дыме при условии, что прогнозируемое содержание никотина Y_ф=Y_тр±20%.

Существенным недостатком описанного способа является учет только геометрических размеров сигареты, а вес сигареты при равной длине может сильно отличаться, т.к. современные табачные мешки, включающие восстановленный табак, расширенную жилку, взорванную жилку, обладают различной заполняющей способностью. В этой связи возможны существенные различия между прогнозируемым и фактическим содержанием никотина в дыме сигарет, т.к. содержание никотина в дыме сигарет зависит от количества сгоревшего табака. Другим недостатком является то, что верхней границей воздухопроницаемости сигаретной бумаги в приведенных группах является величина 70 ед. CORESTA, в то время как современными производителями сигарет широко используются сигаретные бумаги, воздухопроницаемость которых 100 и выше ед. CORESTA. Кроме того, в настоящее время более 90% выпускаемых сигарет с фильтром имеют вентилируемый фильтр, однако в приведенном способе степень вентиляции фильтра не учитывается, что является серьезным недостатком.

Техническим результатом является повышение точности и быстроты определения содержания никотина в дыме сигарет различных конструкций для оценки соответствия сигарет требуемым параметрам показателей безопасности табачного дыма при производственном контроле и возможность прогнозирования содержания никотина при разработке новых марок сигарет.

Технический результат достигается тем, что в способе прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет, включающем определение: содержания никотина в табачной мешке, предназначенной для изготовления сигарет; воздухопроницаемости сигаретной бумаги и расчет прогнозируемого содержания никотина в дыме сигарет без фильтра; удерживающей способности фильтра в сигаретах с фильтром, длины сигареты, фильтра и окурка; расчет прогнозируемого содержания никотина в дыме сигарет с фильтром; сравнение прогнозируемого и требуемого значений содержания никотина в дыме сигарет с фильтром и без фильтра и окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию никотина в дыме при условии, что прогнозируемое содержание никотина составляет ±20% от требуемого, согласно изобретению воздухопроницаемость сигаретной бумаги учитывают через степень вентиляции сигареты (СВС, %), которую определяют по формуле:

где ВП - воздухопроницаемость сигаретной бумаги, ед. Кореста,

рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет без фильтра (N1_дым, мг/сиг.) по формуле:

где N_таб - содержание никотина в табаке, %,

m_пр - вес прокуренного табака, г,

при этом

где m_таб - вес табака в сигарете, г,

l_штр - длина табачного штранга, мм,

l_сиг - длина сигареты, мм,

l_ок - длина окурка, мм,

для сигарет с фильтром рассчитывают удерживающую способность фильтра (R, %) по формуле:

где ΔР - сопротивление затяжке фильтра, мм вод. ст.,

после чего рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет с фильтром (N2_дым, мг/сиг.) по формуле:

где N1_дым - содержание никотина в дыме сигарет без фильтра, мг/сиг.,

R - удерживающая способность фильтра, %,

для сигарет с вентилируемым фильтром определяют степень вентиляции фильтра (СВФ, %) и рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет с вентилируемым фильтром (N3_дым, мг/сиг.) по формуле:

где N2_дым - содержание никотина в дыме сигарет с фильтром, мг/сиг.

Сопоставление заявленного решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в табачной отрасли, позволяет выявить в нем признаки, отличающие заявленное решение тем, что при определении содержания никотина в дыме сигарет различных конструкций учитывают вес сгоревшего табака; воздухопроницаемость сигаретной бумаги учитывают через степень вентиляции сигареты; удерживающую способность фильтра рассчитывают через сопротивление затяжке фильтра; учитывают степень вентиляции фильтра.

До настоящего времени все существующие способы прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет не позволяли учесть весь комплекс факторов, влияющих на содержание никотина в дыме сигарет различных конструкций. Объективного комплексного способа прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет различных конструкций не существовало. Поэтому предлагаемый способ необходим и актуален.

В предлагаемом способе определение содержания никотина в дыме сигарет осуществляется с учетом массы сгоревшего табака и геометрических размеров сигареты, а в прототипе учитываются только геометрические размеры. Для табачных мешек, содержащих табак, расширенную жилку, восстановленный табак и обладающих различной заполняющей способностью, такой способ определения содержания никотина в дыме не применим, т.к. полученные результаты не являются сопоставимыми ввиду различного веса сгоревшего табака при равных геометрических размерах сигарет. Это является существенным отличительным признаком, позволяющим получить сопоставимые результаты прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет различных конструкций.

Учет влияния воздухопроницаемости сигаретной бумаги через общую степень вентиляции сигареты позволяет получить более корректные результаты прогнозирования, т.к. при равной воздухопроницаемости сигаретной бумаги степень вентиляции сигареты может варьироваться в зависимости от плотности табачного жгута.

Определение удерживающей способности фильтра через его сопротивление затяжке легко выполнимо в условиях производственных лабораторий.

Впервые получены зависимости, позволяющие получить прогноз содержания никотина в дыме сигарет с вентилируемым фильтром.

Предлагаемый способ позволяет более точно выполнить прогнозирование содержания никотина в дыме сигарет, т.к. решена комплексная задача по учету всех факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на содержание никотина в дыме сигарет различных конструкций от оценки табачной мешки до вспомогательных материалов.

В совокупности существенные признаки предлагаемого способа позволяют оперативно определять содержание никотина в дыме сигарет различных конструкций.

Способ осуществляют следующим образом.

В табачной мешке определяют содержание никотина. Определяют плотность табачного жгута, рассчитывают вес табачного жгута. Задают длину сигареты, фильтра, окурка. Определяют воздухопроницаемость сигаретной бумаги, сопротивление затяжке фильтра, степень вентиляции фильтра. Способ прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет осуществляют по схеме (чертеж).

После определения значений исходных данных рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет. Рассчитывают общую степень вентиляции сигареты (СВС, %), определяемую сигаретной бумагой, по формуле:

где ВП - воздухопроницаемость сигаретной бумаги, ед. Кореста.

Для сигарет без фильтра рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме (N1_дым, мг/сиг.) по формуле:

где N_таб - содержание никотина в табаке, %,

m_пр - вес прокуренного табака, г,

при этом

где m_таб - вес табака в сигарете, г,

l_штр - длина табачного штранга, мм,

l_сиг - длина сигареты, мм,

l_ок - длина окурка, мм,

затем сравнивают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет без фильтра N1_дым с требуемым значением N_дым и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию никотина в дыме при условии, что прогнозируемое содержание никотина составляет ±20% от требуемого.

Для сигарет с фильтром рассчитывают содержание никотина в главной струе дыма, пришедшей на фильтр, по формуле (2), определяют удерживающую способность фильтра (R, %) по формуле:

где ΔР - сопротивление затяжке фильтра, мм вод. ст.,

после чего рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет с фильтром (N2_дым, мг/сиг.) по формуле:

где N1_дым - содержание никотина в дыме сигарет без фильтра, мг/сиг.,

затем сравнивают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет с фильтром N2_дым с требуемым значением N_дым и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию никотина в дыме при условии, что прогнозируемое содержание никотина составляет ±20% от требуемого.

Для сигарет с вентилируемым фильтром определяют степень вентиляции фильтра (СВФ, %) и рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет с вентилируемым фильтром (N3_дым, мг/сиг.) по формуле:

где N2_дым - содержание никотина в дыме сигарет с фильтром, мг/сиг.,

затем сравнивают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет с вентилируемым фильтром N3_дым с требуемым значением N_дым и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию никотина в дыме при условии, что прогнозируемое содержание никотина составляет ±20% от требуемого.

Примеры осуществления способа

Пример 1. Сигарета без фильтра

Исходные данные

Мешка содержание никотина 1,9 мг/г

Воздухопроницаемость сигаретной бумаги 50 ед. CU

Длина сигареты 70 мм

Длина окурка 23 мм

Масса сигареты 0,72 г

Масса табака 0,68 г

Требуемое содержание никотина в дыме сигарет 1,0 мг/сиг.

При заданных параметрах степень вентиляции сигареты по формуле (1)

СВС=0,1703*50+3,1262=11,6412%

Масса прокуренного табака по формуле (3)

m_{пр. таб}=0,68/70*(70-23)=0,4566 г

Содержание никотина в дыме сигарет без фильтра по формуле (2)

N1_дым=(1,9*0,46)*1000/((0,1077*11,64+5,3836)*100)=1,32 мг/сиг.

Таким образом, при использовании заданной конструкции сигарет прогнозируемое содержание никотина в дыме 1,32 мг/сиг., что не отвечает требованиям N1_дым=N_дым±20%. Для получения продукции с требуемым содержанием никотина в дыме необходимо внести изменения в состав табачной мешки или использовать бумагу с большей воздухопроницаемостью. После внесения изменений в состав табачной мешки получили содержание никотина в табачной мешке 1,5%, тогда:

При заданных параметрах степень вентиляции сигареты по формуле (1)

СВС=0,1703*50+3,1262=11,6412%

Масса прокуренного табака по формуле (3)

m_{пр. таб}=0,68/70*(70-23)=0,4566 г

Содержание никотина в дыме сигарет без фильтра по формуле (2)

N1_дым=(1,5*0,46)*1000/((0,1077*11,64+5,3836)*100)=1,04 мг/сиг.

Что отвечает требованиям N1_дым=N_дым±20%. Следовательно, требуемое содержание никотина в дыме можно получить, используя табачную мешку с содержанием никотина 1,5%.

Пример 2. Сигарета с фильтром

Исходные данные

Мешка содержание никотина 1,5%

Воздухопроницаемость сигаретной бумаги 40 ед. CU

Длина сигареты 83 мм

Длина фильтра 27 мм

Длина окурка 35 мм

Масса сигареты 0,78 г

Масса фильтра 0,20 г

Масса табака 0,55 г

Сопротивление затяжке фильтра 60 мм вод.ст.

Требуемое содержание никотина в дыме сигарет 0,7 мг/сиг.

При заданных параметрах степень вентиляции сигареты по формуле (1)

СВС=0,1703*40+3,1262=9,9382%

Масса прокуренного табака по формуле (3)

m_{пр. таб}=(0,55*(83-35))/(83-27)=0,4714 г

Содержание никотина в дыме сигарет без фильтра по формуле (2)

N1_дым=(1,5*0,47)*1000/((0,1077*9,94+5,3836)*100)=1,09 мг/сиг.

Удерживающая способность фильтра по формуле (4)

R_N=0,3039*60+14,084=32,3%

Содержание никотина в дыме сигарет с фильтром по формуле (5):

N2_дым=1,09-((1,09/100)*32,3)=0,74 мг/сиг.

Таким образом, при использовании заданной конструкции сигарет прогнозируемое содержание никотина в дыме 0,74 мг/сиг., что отвечает требованиям N2_дым=N_дым±20%.

Пример 3. Сигарета с вентилируемым фильтром

Исходные данные

Мешка содержание никотина в табаке 1,9%

Воздухопроницаемость сигаретной бумаги 70 ед. CU

Длина сигареты 83 мм

Длина фильтра 27 мм

Длина окурка 35 мм

Масса сигареты 0,81 г

Масса фильтра 0,22 г

Масса табака 0,56 г

Сопротивление затяжке фильтра 90 мм вод.ст.

Степень вентиляции фильтра 50%

Требуемое содержание никотина в дыме сигарет 0,4 мг/сиг.

При заданных параметрах степень вентиляции сигареты по формуле (1)

СВС=0,1703*70+3,1262=15,0472%

Масса прокуренного табака по формуле (3)

m_{пр. таб}=(0,56*(83-35))/(83-27)=0,4800 г

Содержание никотина в дыме сигарет без фильтра по формуле (2)

N1_дым=(1,9*0,48)*1000/((0,1077*15,05+5,3836)* 100)=1,30 мг/сиг.

Удерживающая способность фильтра по никотину по формуле (4)

R=0,3039*90+14,084=41,4%

Тогда по формуле (5) содержание никотина в дыме сигарет с фильтром:

N2_дым=1,30-((1,30/100)*41,4)=0,76 мг/сиг.

С учетом степени вентиляции фильтра по формуле (6) содержание никотина в дыме сигарет с вентилируемым фильтром:

N3_дым=0,76/(2*10^-5*50³-0,0018*50²+0,0442*50+0,6991)=0,44 мг/сиг.

Таким образом, при использовании заданной конструкции сигарет прогнозируемое содержание никотина в дыме 0,44 мг/сиг., что отвечает требованиям N3_дым=N_дым±20%.

Результаты испытаний способа показали высокую сходимость и воспроизводимость результатов прогнозирования содержания никотина в табачном дыме (таблица). Для проверки достоверности разработанного способа прогнозирования использовали образцы сигарет различных типов (без фильтра - 46 образцов, с фильтром - 54 образца, с вентилируемым фильтром - 55 образцов), в которых определили физико-химические показатели, содержание никотина в дыме расчетным методом и в результате прокуривания на курительной машине.

Отношение прогнозируемой величины к фактической, выраженное в долях для разных конструкций сигарет Тип сигарет Отношение прогнозируемой величины содержания никотина в дыме к фактической Без фильтра 1,09 С фильтром 1,125 С вентилируемым фильтром 0,874

Применение предлагаемого способа прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет позволяет получить достоверные результаты для сравнительной оценки качества сигарет, которые позволяют осуществить подбор табачной мешки и вспомогательных материалов с целью изготовления сигарет с требуемым содержанием никотина в дыме.

Предлагаемый способ определения содержания никотина в дыме сигарет прошел проверку в исследовательских лабораториях ГНУ ВНИИТТИ в 2006-2009 гг. и рекомендован к внедрению в отрасли.

Способ прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет включает определение содержания никотина в табачной мешке, массы и геометрических размеров сигарет, воздухопроницаемости сигаретной бумаги, сопротивления затяжке, и степени вентиляции фильтра, и расчет содержания никотина в дыме по формулам с учетом конструктивных характеристик сигарет. Прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет сравнивают с требуемым значением и делают окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию никотина в дыме при условии, что прогнозируемое содержание никотина составляет +20% от требуемого. Применение предлагаемого способа позволит осуществлять подбор табачных мешек и вспомогательных материалов с целью получения сигарет с заданным содержанием никотина в дыме, проводить оперативный контроль и сравнительную оценку качества сигарет в процессе производства. 1 табл., 1 ил.

Способ прогнозирования содержания никотина в дыме сигарет, включающий определение содержания никотина в табачной мешке, предназначенной для изготовления сигарет, воздухопроницаемости сигаретной бумаги и расчет прогнозируемого содержания никотина в дыме сигарет без фильтра, удерживающей способности фильтра в сигаретах с фильтром, длины сигареты, фильтра и окурка, расчет прогнозируемого содержания никотина в дыме сигарет с фильтром, сравнение прогнозируемого и требуемого значений содержания никотина в дыме сигарет с фильтром и без фильтра и окончательный вывод о соответствии результата прогноза требуемому содержанию никотина в дыме при условии, что прогнозируемое содержание никотина составляет ±20% от требуемого, отличающийся тем, что воздухопроницаемость сигаретной бумаги учитывают через степень вентиляции сигареты (СВС), %, которую определяют по формуле

где ВП - воздухопроницаемость сигаретной бумаги, ед. Кореста, рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет без фильтра N1_дым, мг/сиг., по формуле

где N_тaб - содержание никотина в табаке, %, m_пp - вес прокуренного табака, г, при этом

где m_таб - вес табака в сигарете, г,
l_штр - длина табачного штранга, мм,
l_сиг - длина сигареты, мм,
l_ок - длина окурка, мм,
для сигарет с фильтром рассчитывают удерживающую способность фильтра R, %, по формуле

где ΔР - сопротивление затяжке фильтра, мм вод ст.,
после чего рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет с фильтром N2_дым, мг/сиг., по формуле

где N1_дым - содержание никотина в дыме сигарет без фильтра, мг/сиг,
R - удерживающая способность фильтра, %,
для сигарет с вентилируемым фильтром определяют степень вентиляции фильтра (СВФ), %, и рассчитывают прогнозируемое содержание никотина в дыме сигарет с вентилируемым фильтром N3_дым, мг/сиг., по формуле

где N2_дым - содержание никотина в дыме сигарет с фильтром, мг/сиг.