【NSC科学】十年饮冰难凉热血

“饮冰十年难凉热血，千载暗室一灯即明”

这是我最近脑海中反复呈现的一句话，当然才疏学浅，第一次是听到B站up主草根解说在2021年美洲杯阿根廷夺冠中解说中一句词，前半句应该是出自梁启超《饮冰室文集》，有时间找来读读激励一下自己。

上周日凌晨，2022年卡塔尔世界杯四强已经出炉，克罗地亚、阿根廷、摩洛哥和法国如愿进入了四强，对于“饮冰”者，魔笛，圣马丁，阿什拉夫和大吉鲁等各位成长背后的坚忍不拔的故事能够感染一代代足球爱好者。

上周五，踏上出差的征程，为了团队今年的目标，发出最后冲刺。就在周六凌晨，也在热血澎湃中观战了“克罗地亚和阿根廷的完美晋级”，尤其是阿根廷，在经历艰苦的加时赛，甚至点球都打到了最后时刻，劳塔罗顶住了压力，一剑封喉，帮助了阿根廷进入了四强，这支阿根廷就是这样一支球队，从来没有一帆风顺过（图1，比赛中进球数的胶着“难”的精彩），只因为有了梅西，才让我们对阿根廷世界杯追梦之路有了些许期待，这场比赛是梅西的1001场比赛，它像极了一千零一夜的故事，梦幻般的绚烂。正如贺炜对该场比赛所说的那样“请不要相信，胜利就像山坡上的蒲公英一样唾手可得，但是请相信世上总有一些美好值得我们全力以赴，哪怕粉身碎骨！！！”

当阳光再次照耀大地，我们投入一天的工作，深入了解到我们自然烟气卷烟烟具的生产情况，在车间里，我们见证了产线的试运行，和合作者们一起迎接第一天第1000套正式产品的下线，相信这也是我们“一千零一夜”开始，多彩故事正在持续……。图2--- NSC产线工作现场图和NSC产品图。

今天下午，和行业同仁一起进行了学术交流，这个世界杯的节点当然离不开足球，正如贝利曾经说过（印象中），“最好的进球是下一个”，当然这也是对我们每一位从事科技创新工作者的一种激励，“最好的创新当然也是下一个”，我们如何迎接最好的创新，我也多次表达我的观点，目前我们所做的工程领域的创新就是一种链接。

当我们还沉浸在梅西的“一传一射”的一千零一夜的美好时，我们的美好也如期而至，第一天试生产中第1000套产品下线，另外一个重磅消息就是作为自然烟气卷烟NSC产品科学工作的两篇奠基性论文也在线发表。我们科研团队是不是也像极了目前的阿根廷队呢，跌跌撞撞的，风雨飘摇的不断前行，就让我们进入我们的“赛场”在暖冬的夜晚回顾下我们团队在《德国烟草-Contributions to Tobacco and Nicotine Research》（我们团队认为这是国际烟草科技领域顶刊）的NSC科学的两枚进球，今晚先从“Aerosol Formation and Transfer in Open- and Closed-Ended Heated Tobacco Products”这篇论文开始，论文中实验工作和数据处理主要是由我的学生孙悦同学完成的，期间为了保证数据的可靠性，需要进行多次的重复和验证，“这样发表一篇论文的做法是冒着拿不到学位的风险的”，孙悦同学就这么挺过来了，她已经毕业，从今天起她可以重新申请学位了，希望接受她的单位能够理解发一篇奠基性论文的重要性（这可是NSC第一篇论文），虽然经历的痛苦挣扎，那有什么一帆风顺，相信她能理解这种在求学中，解决科学问题所需要呈现出的“求真”与“求实”的科学素养，对她今后的工作一定，一定是有十足益处的，期待她在新岗位更精彩的表现。

先前在公号中已对NSC的科研工作同大家做过分享，想必对“Open-Ended”和“Closed-Ended”构象的HTP（Heated Tobacco Products）都已十分清楚，前者是烟支底部进气的商品化加热卷烟，标记为“HNB”；后者是我们烟支端部密封，又保有气流通道的“去氧加热”加热卷烟，标记当然是熟悉的“NSC”。对于加热卷烟热质传递过程的理解，就想我曾提到的，正是来自于，我们和许多优秀的烟草从业科研人员对传统卷烟热物理、热化学及流场演变规律的深入认知，前期卷烟燃烧源项重构早已放置了“一枚”打开加热卷烟加热创新的钥匙（或者说灵感）。当然，同大家普遍关注的加热卷烟科学问题出发，这篇论文聚焦了HNB与NSC两种不同构象加热卷烟同等受热条件下烟气中基础组分释放规律、气溶胶特性及去氧环境下消除对流换热技术验证等方面的工作。当然，更加重要的是这种认知是来源于我们的传统燃烧型卷烟的理解（科学史上哪有什么革命，如果看到了革命，是因为我们懂的太少---恩斯特·马赫）

图3 HNB与NSC烟支结构示意图与周向烟具实物图

首先，HNB与NSC所用烟支均为云南中烟团队提供，这里主要构建了两种“试验模型”，如图3所示，NSC样品采用激光打孔技术除在距离嘴棒近嘴端21mm的中空段均匀分布10个Φ0.05mm的气流通道孔外，其他的均与HNB烟支相同；周向烟具部分除底部有无密封设计外，其他设计参数及加热曲线设置均相同。两种构象下，气流的路径就如同图4中的描述，HNB与NSC拥有各自清晰明了的气流路径，相比HNB底部进气与气流载带烟气，我更惊喜NSC构象下烟气自然的生成与独特通道孔设计形成的负压条件下烟气的主动递送，抽吸的感受也是如同让美好事物自然发生一样。 

HNB与NSC两种构象采用HCI抽吸模式进行烟气捕集，逐口烟气中基础组分（烟碱、甘油、丙二醇、水分）释放规律及粒相物ACM（Aerosol collected mass）分别如图5、图6，各基础组分在各自的烟气ACM占比如图7。 

从结果对照来看，各基础组分在NSC构象下释放效率得到了提高，同时，除了基础组分外，对比HNB，NSC有高于11倍的其他组成差异。在HNB与NSCs两种构象下，加热卷烟抽吸过程中烟芯段氧气含量的差异会影响烟气气溶胶中醛酮类物质的生成，因此我们对烟气气溶胶中的甲醛、乙醛、丙烯醛、巴豆醛、2，3-丁二酮和2，3-戊二酮进行了检测。通过比较，我们发现在NSCs气流条件下甲醛、乙醛和2，3-戊二酮的释放量均明显低于HNB构象下的释放量，分别降低了14.97%、14.37%和7.38% ；在240℃的加热温度下，丙烯醛在两种气流条件下均未检出，2，3-丁二酮在两种气流条件下的释放量基本一致。目前我们仍然在开展这部分的研究工作，相信不久就会有新的数据呈现出来。

同时，我们对HNB和NSC两种构象下烟气气溶胶的物理特性（气溶胶粒子数浓度（aerosol particle number concentration，APNC）和中值粒径（count median diameter，CMD））进行了对比分析，如图9所示，随抽吸口序的增加，NSC和HNB条件下的APNC均呈现上升的趋势，且NSC条件下明显高于HNB；NSCs条件下逐口烟气气溶胶的中值粒径为28~58nm，而HNB产品为36~104nm，因此NSC条件下逐口烟气气溶胶的中值粒径显著小于HNB。另外，我们观察到NSC构象第一口烟气的APNC也显著高于HNB。 

结合抽吸前后烟芯段中基础组分的初始含量和残留量以及滤嘴截留量的分析并建立平衡，可以得到HNB和NSC两种构象下物质生成、迁移、截留效果的差异，烟支烟芯段中关键组分在烟气气溶胶和滤棒中转移率的对比分析如表1所示，、、分别表示烟气转移率、烟芯段残留率、滤棒段截留率。从表中可以看出，在NSC构象下，基础组分的烟气转移率均高于HNB，且甘油、烟碱的转移率显著提高；除水分外，两种构象下的烟芯段基本无关键组分残留；NSC的甘油、烟碱在滤棒段的截留率明显低于HNB构象下的截留率，而甘油和水分在滤棒段的截留率明显高于HNB构象下的截留率。

文章在最重要的章节的讨论部分重要的讲到了我们已经在2016年论文中设计的“那把钥匙”，如图10所示，传统卷烟中蕴含的NSC的“那把钥匙”，我们在讨论中充分的进行了讨论了NSC构象如何“浮出”水面，进入我的视野的。我不做过多剧透，还是请大家详细欣赏原文吧！

以上只是我们围绕NSC科学问题阐释的一部分展示，更多的是为NSC商业化产品开发提供一系列的科学数据支持，详细的内容请参见论文，论文首页见图10。借论文在线发表之际，祝愿孙悦同学前程似锦，不负时光！这项工作也是NSC科学探究的发端，我们团队和合作团队将会继续深入开展NSC构象科学研究，期待大家的关注，也欢迎有兴趣的朋友们提出更多有趣的问题。期待14日凌晨三点克罗地亚对阵阿根廷，37岁魔笛与35岁的梅西，20岁的约什科·格瓦迪奥尔与21岁的阿尔瓦雷斯，期待阿根廷能够奏响克罗地亚狂想曲，向全世界球迷奉献一场精彩比赛，追梦之路持续精彩，当然更加我们用文字记录NSC成长的每个精彩瞬间，相信未来美好！

加油，

VAMOS,NSC! VAMOS, ARGENTINA! 

文章的下载链接：

https://sciendo.com/article/10.2478/cttr-2022-0017（复制至浏览器打开）

烟草行业烟草工艺重点实验室竭诚为卷烟设计以及加工领域的技术人员提供深入、全面、可靠，创新的技术与产品方案支撑。

---

原文始发于微信公众号（烟草工艺学术交流）：【NSC科学】十年饮冰难凉热血