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一、烟支燃烧的秘密
卷烟是一种特殊的消费品，其消费形式不是吃，也不是喝，而是通过燃吸来享受其烟气。卷烟的燃烧是一个非常复杂的物理、化学变化过程。
（一）烟气的形成
燃烧的烟支是一个复杂的化学体系。据科学研究发现，在烟支点燃的过程中，当温度上升到300℃时，烟丝中的挥发性成分开始挥发而形成烟气；上升到450℃时，烟丝开始焦化；温度上升到600℃时，烟支被点燃而开始燃烧。
烟支燃烧有两种形式：一种是抽吸时的燃烧，称为吸燃；另一种是抽吸间隙的燃烧，称为阴燃（亦称为静燃）。抽吸时从卷烟的滤嘴端吸出的烟气称为主流烟气（Mainstream Smoke, 简称MS），抽吸间隙从燃烧端释放出来和透过卷烟纸扩散直接进入环境的烟气称为侧流烟气（Sidestream Smoke，简称SS）。
（二）、烟支燃烧的3个区域
烟支燃烧时，燃烧的一端呈锥体状。抽吸时，大部分空气从燃烧锥与卷烟纸相接处进入，而锥体的中部则形成一个致密的碳化体，气流不容易通过，锥体中心含氧量很低，以至于燃烧受到限制，造成不完全燃烧。燃烧的烟支根据其温度变化和化学反应不同，可划分成三个不同的区域，即高温燃烧区A（如图）、热解蒸馏区B和低温冷凝区C。
燃烧区位于烟支的前部，主要由炭化体组成，抽吸时，中心温度最高约825℃～850℃。而卷烟纸燃烧线前方0.2～1.0mm处温度最高可达910℃，这里也是空气进入燃烧区最多的地方。燃烧区的气相温度相对较低，抽吸过程中的温度变化在600℃～700℃之间，抽吸结束后，燃烧区的固相温度在1秒钟内，从900℃以上急剧冷却至600℃。一般情况下，燃烧锥表面氧气供应充足，这里发生碳的氧化放热反应，产生的热量被热气流带走，进入热解蒸馏区C。高温燃烧区生成的产物主要是气相物质，如二氧化碳、一氧化碳、水、氢、甲烷等低级烃类化合物和一些自由基，其中一部分产物穿过燃烧的碳扩散到侧流烟气中。
燃烧锥后面是热解蒸馏区B，燃烧锥中心的热解蒸馏区氧气供应不足，反应是在缺氧状态下进行的。来自高温燃烧区的热气流提供能源，导致了热解蒸馏区的复杂化学变化。烟丝中的许多物质在此进行剧烈复杂的化学反应，烟气中的绝大多数化合物都是在这里形成的。同时，在热气流的作用下，烟丝中的挥发性物质挥发进入烟气流（其中的半挥发性5元和6元环的氮-杂环化合物对卷烟的香味有显著的贡献）。热解蒸馏区进行的化学反应大多是吸热反应，烟气流在此被迅速冷却，该区的热气流的温度从800℃降至100℃。
烟草中的萜烯类、植物甾醇类如豆甾醇、石蜡类、糖类、氨基酸类、纤维素类和许多其他成分通过热分解，热合成、干馏、聚合、缩合、自由基等反应形成了挥发性、半挥发性气体，以及液体和固体物质（如焦油）等。
从热解蒸馏区到烟支的末端称为冷凝过滤区C。在此，烟气的温度由100℃降至室温。烟气中的低挥发性成分随着温度的急剧下降而达到饱和点开始冷凝。这些低挥发性成分除了遇到烟丝后凝聚到烟丝上以外，在气流流动过程中烟气中的低挥发性物质，以碳质燃烧时形成的微小碳粒、有机物的微小碎片、灰分、离子化的分子组成的离子为冷凝核，凝结成更大的颗粒。这些颗粒在随烟气流前行的过程中，一部分被烟丝和滤嘴截留，其他的随主流烟气进入人的口腔。
（三）、侧流烟气的形成过程
在抽吸间隙的阴燃阶段，卷烟燃烧区附近自然对流的空气向上流动，支持卷烟的燃烧，在烟支内部的热解蒸馏区，形成高浓度的有机蒸气。由于缺少抽吸力的拉动，大部分有机蒸气透过部分降解的卷烟纸迅速扩散到大气中形成了侧流烟气。侧流烟气经卷烟纸扩散进入大气以后，温度突然下降，又经过空气稀释后，形成了比主流烟气颗粒更小的气溶胶颗粒。侧流烟气和吸烟者呼出的烟气扩散到空气中，经陈化和稀释后形成了环境烟草烟气（Environmental Tobacco Smoke，简称ETS）。
二、烟气的特性
烟气的粒子特性 新产生的主流烟气气溶胶，每立方厘米含有109～1010个颗粒，粒子的初始直径在0.01～1.0μm 之间分布，随着时间的延长，粒子直径不断增大，烟气在吸烟者口腔内保留10秒后，粒子直径增大至0.1～46μm，平均直径为0.2μm。侧流烟气的粒子分布与主流烟气有所差别，其分布为0.08～1.0μm，平均直径为0.15μm。烟支静燃时每秒钟产生6.3×109个粒子。
烟气的带电特性 由于高温化学电离作用，卷烟烟气是一种带有微电荷的气溶胶，其中约1/3的粒子带正电荷，1/3的粒子带负电荷，另外1/3为中性粒子，正负电荷数相等。因此，从整体上讲，烟气在电学上是中性的。
烟气的酸碱性 烟支由于燃烧方式不同，产生的主流烟气和侧流烟气的酸碱性也不同。一般来说，由阴燃产生的侧流烟气基本上呈碱性，由吸燃产生的主流烟气因烟草原料的不同，有的呈酸性，有的呈碱性，有的呈中性，主要是因原料不同，生成的碱性成分与酸性成分的量也不同。对于各种卷烟类型来说，主流烟气的酸碱度（即pH值）为5.6～6.5，而雪茄烟的主流烟气的pH值为7.5～10.0。
烟气的动态性质 卷烟烟气并不稳定，由于烟气的浓度非常高，其中的颗粒在短时间内会迅速凝聚，新生烟气在半秒钟内颗粒的数量会降至其初始值的四分之一。由于凝聚作用，烟气颗粒迅速增大，除了烟气物理性质迅速发生变化以外，烟气中化合物的浓度也发生变化，如主流烟气中的亚硝酸甲酯，实际上是在新生烟气陈化10秒钟后才出现的。
（一）、烟气的组成
卷烟烟气是由气相物质和粒相物质两部分组成的。
烟气中的气相物质和粒相物质 通常人们把在室温下能通过剑桥滤片（一种玻璃纤维制成的滤片，它能滤除直径大于0.2μm的微粒，过滤效率可达99%）的烟气部分称为气相物质。气相物质约占烟气总量的92%左右，其中包括空气（约占58%）、过量的氮气（约占15%）、碳氢化合物、有机物的蒸汽、氮氧化合物和一些生物活性物质等。能够被剑桥滤片截流的部分称为粒相物质。粒相物质约占烟气总量的不到8%，主要有水、烟碱和焦油。当然，这不是一个能清楚划分的定义，因为一些成分在气相和粒相中都有发现，而且不同的分离技术，得出的结论也不同，如水、亚硝胺等，在气相和粒相物质中都存在。
烟气中的焦油 卷烟烟气粒相物中除水分和烟碱以外所剩下的部分，称之为焦油。焦油是卷烟烟丝中的有机物质在缺氧条件下不完全燃烧产生的，是由多种烃类及烃的氧化物、硫化物和氮化物等组成的复杂化合物。目前一般认为卷烟烟气中的有害成分主要集中在焦油中。据报道，卷烟焦油中99.4%的成分对人体是无害的（这其中又有相当一部分低挥发性成分是卷烟特有香味的来源），仅有0.6%的成分有害人体健康，而在这些有害成分中，0.2%的成分为诱发癌症和可能致癌的成分，0.4%为辅助致癌成分，如3,4-苯并[a]芘等稠环芳烃、芳香胺和亚硝胺等。
烟气中的半挥发性成分 烟气中除了粒相和气相成分以外，还有一种经常提到的所谓半挥发性成分。半挥发性成分通常是指在室温下能保留在剑桥滤片上，但在一定的温度下（一般在100℃～200℃之间）能从滤片上挥发出而不分解的物质。完整的讲，半挥发性物质是由沸点在70℃～300℃范围内的约300种物质组成，他们中包括了大部分对烟气吸味和香气有贡献的成分。
（二）、烟气的主要化学成分
卷烟烟气是多种化合物组成的复杂混合物，截止1988年（据Roberts，1988 Tobacco Reporter报道）已经鉴定出烟气中的化学成分已达5068种，其中1172种是烟草本身就有的，另外3896种是烟气中独有的。
烟气粒相物的主要化学成分
脂肪烃 低分子量的脂肪烃大部分以气态形式存在于烟气中，烟气粒相物中脂肪烃的分子量要高一些，主要来源是烟叶中C25到C34的蜡质。有人定量分析了烟气中C12到C33的饱和烃，发现香料烟烟气粒相物中的烷烃含量高达1.56%，马里兰烟为1.12%，烤烟为0.92%，白肋烟为0.67%。烟气中的烯烃和炔烃含量比烷烃少，约为粒相物的0.01%。
芳香烃 烟气中的芳香烃以稠环芳烃居多，它们在烟叶中含量少，大部分是由纤维素、高级烷烃等烟叶成分在燃烧过程中产生的，是烟气中的主要有害成分。
萜类化合物 烟叶中存在不少萜类化合物。如西柏烷类、胡萝卜素类和赖百当类都属于萜烯的衍生物。但由于这些物质的分子量较大，直接转入烟气的量很少，主要以其降解物及其衍生物的形式存在于烟气中。烟气中发现的有香叶烯、罗勒烯、α-蒎烯等单萜，是烟气的重要香味成分。
羰基化合物 烟气中的羰基化合物如紫罗兰酮、大马酮、茄尼酮以及柠檬醛、香草醛等，是形成烟气香味、香气的重要成分。
酚类化合物 卷烟烟气粒相物中的酚类化合物，主要有莨菪亭、绿原酸、儿茶酚、间苯二酚等，有的是烟叶中原有的，有的则是燃烧中形成的。在这些酚类化合物中以儿茶酚的含量最高。酚类化合物对卷烟的香气有一定的增强作用，但引起人们更多重视的是对人的呼吸道及其他器官有不良的刺激作用。儿茶酚等还有一定的促癌作用，是烟气中的有害物质。酚类化合物的主要来源是烟叶中的碳水化合物。
有机酸 烟气中的挥发酸主要有甲酸、乙酸、丁酸、正戊酸、异戊酸、β-甲基戊酸、正己酸、异己酸等。非挥发酸主要有棕榈酸、亚麻酸、亚油酸、油酸和硬脂酸等。还有少量游离氨基酸，如丙氨酸、脯氨酸、甘氨酸等。
氮杂环化合物 氮杂环化合物主要存在于烟气粒相物中的碱性部分，而碱性物中最主要的成分就是烟碱。除此之外，烟气中还有吡啶、吡咯、吡嗪、吲哚、咔唑等许多氮杂环化合物，是卷烟烟气中的重要香气物质。
N-亚硝胺 烟气中的N-亚硝胺种类很多，主要有亚硝基二甲基胺、亚硝基甲基乙基胺，亚硝基吡咯烷和亚硝基哌啶等。一般认为亚硝胺具有诱发肺癌的作用。
金属元素 烟草中的金属元素，燃烧后绝大部分残留在灰分中，但也有极少量（0.01%～4%）进入烟气，形式有两种，一种是游离态金属和金属无机盐，另一种是有机金属。另外，卷烟纸也是烟气中金属元素的一个来源。
（三）、烟气气相物的主要化学成分
在主流烟气的气相物中，最主要的有氮、氧、二氧化碳、一氧化碳和氢。这5种气体约占总气相物的90%，占总烟气释放量的85%左右。除此之外，还有一些其它化学成分。
挥发性烃类 烟气气相物中发现的挥发性烃类，除脂肪烃以外，还有不少的挥发性芳香烃。脂肪烃中包括烷烃、烯烃、炔烃和脂环烃等。芳香烃有苯、甲苯、乙苯、对-二甲苯、联-二甲苯、邻-二甲苯和苯乙烯等。
挥发性酯类 已报道的烟气气相物中的挥发性酯类有甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸乙烯酯、丙酸异丙酯、乙酸丁酯、己酸乙酯等。
呋喃类 烟气中的呋喃类化合物是烟草中重要的香味物质，是烟叶非酶棕色化反应的产物。卷烟烟气中主要有呋喃、2-甲基呋喃、四氢呋喃、2，5-二甲基呋喃等，它们都是重要的烟草香味物质。
挥发性腈类 烟气气相物中代表性的挥发性腈类化合物有丙烯腈、乙腈、丙腈、异丁腈、戊腈、己腈等。这些化合物是在卷烟燃吸过程中形成的，其前体物质是烟草中的N-杂环化合物，如吡啶、甲基吡嗪等，是这些物质在高温下裂解生成的。
其他挥发性成分 烟气气相物中，还有许多其他挥发性成分，如氨、一氧化氮、二氧化氮、亚硝酸甲酯、硫化氢、氢氰酸、氯甲烷、甲醇、乙醇、丙醇、异丁醇等。
三、烟气中的主要有害物质
烟气中的化合物，绝大部分对人身是无害的，其中某些成分能赋予烟草以特有的香味，使感觉愉快，但也有极少部分对健康有害，其有害程度不尽相同。
目前，一般认为烟气中的主要有害物质有：烟气气相物质中的一氧化碳、氮的氧化物、丙烯醛、挥发性芳香烃、氢氰酸、挥发性亚硝胺等，烟气粒相物质中的稠环芳烃、酚类、烟碱、亚硝胺（尤其是烟草特有亚硝胺）和一些杂环化合物及微量的放射性元素等，以及气相与粒相中都存在的自由基。
（一）、有害也有益的烟碱
烟碱，又叫尼古丁（nicotine的音译名），是烟草中的生物碱。在烟草中，烟碱大部分是以与有机酸，如柠檬酸和苹果酸结合成盐的状态存在的，也有少量的自由状态烟碱存在。
烟碱进入人体内，90%在肺部吸收，进入血液后6秒钟即可到达大脑。
烟碱对人体最显著的作用是对交感神经的影响，通常表现为短暂的兴奋，紧接着就是抑制。烟碱的作用除了增加烟味和感到刺激外，主要还在于它所产生的生理强度，通常称为劲头，反映“过瘾”或“不过瘾”。一般来讲，烟碱含量高的烟叶，烟气劲头大，反之则小。因此，烟气中含有一定量的烟碱是完全必要的，否则烟草即失去其使用价值。但是烟碱的含量也不能过高，否则不但会增加烟气的刺激性，影响吃味，也是吸烟安全性的一个不利因素。
烟碱是主流烟气中具有毒性的粒相成分，小白鼠半致死量LD50口服为50～60mg/kg。中等剂量的烟碱能使人呼吸加快、血管舒张和呕吐明显加剧，稍大剂量的烟碱可引起震颤和痉挛。重度吸烟者吸入较多的烟碱后，表现为短暂的呼吸增强和血压上升。有些实验和临床实践表明重度吸烟能减退食欲等本能欲望，这种减退是由于烟气对胃分泌的直接作用和对口腔中粘膜及味蕾的反射作用而引起的。中度吸烟者的饥饿性挛缩也可由烟碱的作用而抑制，但胃的消化运动并不受到影响。烟碱能刺激肠胃的蠕动。
目前，绝大部分研究认为烟碱与癌症无关。但也有人认为烟碱是烟草和主流烟气中的N-亚硝胺，如N-亚硝基碱（NNN）的前体。
卷烟燃吸时，烟丝中的一部分烟碱完整地转移到主流烟气中（约15%），一部分转入侧流烟气中（约30%），一部分沉积在烟蒂内（约18%），还有一部分发生在热解合成反应中（约30%），产物为3-甲基、4-甲基和3-乙烯基吡啶和吡咯等。
烟碱是很活泼的化学物质，在人体内能很快发生代谢，从尿液中可以很容易地检测到烟碱的代谢物“可天宁”，人体器官或各种组织中尚未发现有烟碱的积累。即使有的话，其量也一定很少，以致仪器检测不到或可以忽略不计。从烟碱的分子结构来看，是很不稳定的，在中性或偏碱性条件下即可发生各种变化。在人体内的代谢中，其主要的中间体是可天宁，可天宁几乎无毒性，而且也不像烟碱那样能刺激血压升高。
目前，每支滤嘴卷烟燃烧后，烟碱的释出量一般为1mg左右，低烟碱卷烟每支释出量可低达0.2mg，这样的低剂量不至于对人体健康产生影响。
烟碱原来被认为是烟草中特有的化学成分，近来的研究发现，某些植物尤其是那些茄科植物体内也可以合成烟碱，并且许多科学论文都报道食品和饮料中存在烟碱。美国密西根的研究人员在成熟的西红柿、土豆和菜花中发现可测定量的烟碱，但在茶和自来水中没有发现烟碱。
（二）、烟气中可疑的致癌和促癌物质
稠环芳烃 稠环芳烃（简称PAH）是烟草在高温缺氧条件下不完全燃烧的产物。各种有机物热解所生成的有机物碎片，经过复杂的聚合过程而形成多种稠环芳烃。烟气中含稠环芳烃的种类有百种以上，在卷烟烟气中已鉴别出大约30个有致癌性的稠环芳烃，其中最典型的就是3，4-苯并[a]芘，它的致癌性是最高的，其次是二苯并[a,h]蒽、苯并[b]萤蒽等稠环芳烃。
稠环芳烃是接触致癌物，但每百支卷烟焦油中3，4-苯并[a]芘的含量约2～3μg，在卷烟烟气中的含量低于致癌阈限（最低致癌量）。
当然，并非所有的稠环芳烃都是致癌或辅助致癌物，如芘、甲基屈就没有致癌活性。减少卷烟烟气中的稠环芳烃的方法包括选用烟草品种及大大改变卷烟烟丝的组成，如使用烟梗，重组烟草，膨胀烟丝及梗丝。改变卷烟纸自然孔隙率及滤嘴组成也使焦油、烟碱及稠环芳烃明显降低。
N-亚硝胺 目前世界上已发现有300多种N-亚硝胺对40种动物有致癌性，烟草中只有个别存在。由于烟草含有较多的含氮有机物及硝酸盐，以至于烟气中有较多的N-亚硝胺，其中有一类胺类前体是烟草所特有的N-亚硝胺（TSNA）。有研究认为烟草中的烟碱、假木贼碱等可能是胺类物质产生的前体。烟碱在烟草的加工、卷烟燃吸或者是在烟气吸入的瞬间，生成了N-亚硝基去甲基烟碱（NNN）和4-（甲基亚硝胺）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK），它们都是强烈的动物致癌物，诱发小白鼠、大白鼠及叙利亚金色田鼠发生肺癌。研究表明，在新陈代谢活动中，NNK可使动物活体和离体的人体组织中的DNA（脱氧核糖核酸）甲基化，这从各种组织中分离出7-甲基鸟嘌呤及O6-甲基鸟嘌呤而得到证明。分子生物学家认为，在细胞遣传密码中带有O6-甲基鸟嘌呤对DNA是一种化学损害，有可能致癌。
在烟草和卷烟烟气中发现的一种非挥发性亚硝胺是N-亚硝基二乙醇胺（NDELA），它来源于用作烟草生长抑芽剂的马来酰肼配方中的二乙醇胺成分，烟草制品中含量最丰富的胺是叔胺类的烟碱。
烟草中还有几种非挥发性N-亚硝胺氨基酸，包括N-亚硝基脯氨酸及亚硝基2-哌啶酸，但是烟气中并不存在此种亚硝胺酸，而它们的脱羧会导致烟气中挥发性N-亚硝胺的形成。
现在，减少烟气中挥发性N-亚硝胺的最有效办法是，用醋酸纤维滤嘴进行选择性截留，可以截留高达80%以上的上述化合物。
有研究认为，烟草中硝酸盐的含量是形成烟气中N-亚硝胺和氮氧化物的重要因素，因此，减少硝酸盐含量也是减少烟气中N-亚硝胺和氧化氮的有效方法。
新产生的烟气中，实际上只含有一氧化氮及微量的氧化亚氮，没有二氧化氮。随着烟气的陈化，二氧化氮迅速形成，被空气稀释的烟气在数分钟内有一半的一氧化氮被氧化为二氧化氮。氧化氮类是烟支燃吸时形成N-亚硝胺的主要前体之一，对烟气吸入后在体内合成亚硝胺也有促进作用。
酚类物质 烟气焦油的酸性组分中有辅助致癌物存在，其中最主要的是儿茶酚和烷基儿茶酚，有促癌作用，当与稠环芳烃一起作用时，能增加稠环芳烃的致癌性。
对烟草的系统研究表明，烟气中儿茶酚的主要前体是纤维素、葡萄糖、果糖、绿原酸、果胶、淀粉和半纤维。滤嘴不能像选择性地减少挥发性酚那样减少儿茶酚。使用重组烟草可以减少卷烟烟气中的儿茶酚，有研究表明，完全用重组烟草制成的卷烟烟气中的儿茶酚，比同样烟叶的纯烟丝制成的卷烟烟气中的儿茶酚减少大约50%。增加卷烟烟丝的硝酸盐含量是一种显著减少儿茶酚的手段，但硝酸盐的增加，又会使另一类促癌物——N-亚硝胺的量增加。
苯 卷烟烟气的芳香族碳氢化物是在烟丝燃烧时形成的，其中苯最简单，它有可能来自烟草中含芳环的成分，如木质素、多酚以及某些氨基酸，也有可能来自非挥发性物质。它们的碎片趋向于形成热稳性较好的芳环系统。
国际癌症研究机构认为苯可能是一种致癌物，因为它增加了在高苯含量环境下工作的工人得白血病及淋巴瘤的机会，但吸烟并没有增加这种肿瘤的危险。
使用打孔滤嘴，可以有选择性地减少主流烟气中苯的含量。
氯代烃 烟叶中少量的氯（＜1.0％）似乎能改善烟叶的燃烧性，而含大量的氯则降低燃烧性。烟气中氯代烃的含量受烟草中氯含量的影响。在气相中已鉴定出的有氯代甲烷和氯乙烯。氯代甲烷是一个可疑的致癌物，而氯乙烯的毒性则比较明确。长期在高浓度的氯乙烯环境中工作的工人，容易诱发肝脏血管瘤。
（三）、可导致组织缺氧的一氧化碳
一氧化碳（CO）为烟气有害物质之一。在卷烟燃烧区中心，氧的供应不足，便较易形成一氧化碳。一氧化碳是与心血管紊乱和缺氧性中毒相联系的，严重时可能引起器质性病变。一支烟可产生0.3～0.4mg的一氧化碳。一氧化碳吸入肺内以后，就很快进入血液与血红蛋白结合形成碳氧血红蛋白，一氧化碳与血红蛋白的亲和力远比氧气和血红蛋白的亲和力大（高出氧气200倍），而又比氧气和血红蛋白的解离要缓慢得多。所以一氧化碳一经吸入，即与氧气争夺同血红蛋白结合，一旦形成碳氧血红蛋白就不易分离，从而使血液的正常带氧功能发生障碍，造成机体缺氧，导致缺氧血症，因而使组织细胞乏氧。在一氧化碳浓度较大时，还可与细胞色素氧化酶的铁结合而抑制组织细胞的呼吸过程，阻碍对氧的利用。
主流烟气中的一氧化碳含量极少，不足以对人体形成明显危害。主流烟气中碳的氧化物的释放量受烟草的物理状态、滤嘴、卷烟纸孔率及卷纸添加剂等的影响极大。通过使用打孔滤嘴或带有纵向气槽的滤嘴来稀释烟气，已经使得卷烟主流烟气中一氧化碳含量选择性地减少。
（四）、烟气中的纤毛毒性物质
氰化氢 氰化氢是烟气中最具纤毛毒性的物质，是几种呼吸酶中的非常活跃的抑制剂。在肝脏内，氰化氢迅速地代谢为硫氰酸盐，吸烟者唾液、血及尿液中硫氰酸盐浓度常用作烟气气相物吸入量和不同的吸入深度的指示剂。烟气中的氰化氢主要来自于烟草中的蛋白质和氨基酸，特别是甘氨酸，脯氨酸及氨基二羧酸。此外，烟草中的硝酸盐对氰化氢的形成也有促进作用。
含活性碳的滤嘴、打孔滤嘴或带纵向气槽的滤嘴可选择性地降低卷烟烟气中的氰化氢浓度。
挥发性醛、酮 烟气气相中一部分醛、酮是烟草成分直接转移的结果，在烟草中这些化合物是由非酶棕色化反应形成的。在卷烟燃吸过程中，烟草中的羰基化合物与含氮化合物之间的非酶棕色化反应更为剧烈，其产物中挥发性醛和酮占有较大的比例。目前在气相中至少已发现有20种醛和6种酮，其中含量最高是甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛、巴豆醛、糠醛、和丙酮。某些挥发性羰基化合物特别是甲醛、丙烯醛及巴豆醛是呼吸道纤毛的毒素，它们与氰化氢一起吸入后，抑制了肺排泄物的清除，从而可导致肺部疾病。据报道，甲醛还可诱发鼻癌。含活性碳滤嘴可选择性地从卷烟烟气中除去某些挥发性醛和酮类，从而大大减少整个烟气对呼吸道纤毛的毒性，打孔滤嘴也能从卷烟烟气中除去挥发性醛类。
（四）、烟气中的放射性物质
烟气中的放射性物质来源于烟草生长中所施的磷肥。磷肥中含有铀，经过一系列衰变，成为铅-210和钋-210，其放射性物质由烟草上的茸毛所吸收。含有放射性同位素的烟草燃烧时，茸毛成为不熔性物质而被吸入肺内组织。香烟中还发现有a-射线。但这些物质在烟气中含量极微，不能构成对人体的危害。
可引起细胞损伤的自由基
一支燃烧着的卷烟就像一座小化工厂，可产生数以千计的化合物，其中除了焦油和烟碱外，还包含大量的自由基。近年来的研究发现，分布在香烟烟气中的大量自由基，可以直接或间接攻击细胞的遗传物质，在诱癌和促癌过程中均起一定的作用。自由基又称游离基，一般是把化合物分子中的共价键在光、热、高能辐射，或体内代谢作用下被均裂为含有未配对价电子的原子、原子团、分子或离子，习惯上称之为孤电子体系，如Cl·、R·、RO·等，还包括一些中性分子，如NO·自由基、·NO2自由基等。这些物质由于具有不成对电子，所以它们的化学性质都比较活泼，易与其它物质发生反应，从而得到或失去一个电子而变成稳定结构。一般来讲，自由基的体积越大，电荷的分散程度越高，性质就越稳定；与此相反，那些体积较小、重量较轻的自由基，其化学性质较活泼。
烟气中含有自由基。每吸入一口烟气，其中自由基的含量就达106个。自由基多半是从有关的稳定化合物均裂生成的。吸烟过程中产生的自由基经过剑桥滤纸过滤后，有一部分可富集在焦油中，称之为烟气粒相自由基。烟气气相中也含有大量的自由基，与烟气粒相自由基不同，它们体积小、重量轻、稳定性差。研究发现，烟气气相自由基的主要成分是烷类自由基(R·)和烷氧自由基(RO·)，其中烷氧自由基约占60%～70%。这些自由基是吸烟燃烧形成的气流在流动过程中不断形成的。
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