ISO/TR 19478-2:2015
(Main)ISO and Health Canada intense smoking parameters — Part 2: Examination of factors contributing to variability in the routine measurement of TPM, water and NFDPM smoke yields of cigarettes
ISO and Health Canada intense smoking parameters — Part 2: Examination of factors contributing to variability in the routine measurement of TPM, water and NFDPM smoke yields of cigarettes
ISO/TR 19478-2:2015 extends the analysis reported in ISO/TR 19478‑1:2014 and reports additional studies focused on the conclusions i) and j) from that Technical Report. It identifies and assesses factors impacting on the measurement of smoke TPM, NFDPM, nicotine, water, and carbon monoxide yields when increasing the intensity of the puffing regime from that specified in ISO 3308:2000 to the regime specified in Health Canada Method T-115.
Paramètres de fumage ISO et Santé Canada Intense — Partie 2: Examen des facteurs contribuant à la variabilité des mesures de routine de MPT, d'eau et de MPAEN dans la fumée de cigarette
L'ISO/TR 19478-2:2015 étend l'analyse rapportée dans l'ISO/TR 19478‑1:2014 et rapporte des études supplémentaires axées sur les conclusions i) et j) de ce Rapport technique. Elle identifie et évalue les facteurs ayant un impact sur les mesures de MPT, de MPAEN, de nicotine, d'eau, et de monoxyde de carbone dans la fumée lorsque l'intensité de régime d'aspiration augmente en passant de la valeur spécifiée dans l'ISO 3308:2000 à celle correspondant au régime spécifié dans la Méthode T-115 de Santé Canada.
General Information
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TECHNICAL ISO/TR
REPORT 19478-2
First edition
2015-08-01
ISO and Health Canada intense
smoking parameters —
Part 2:
Examination of factors contributing
to variability in the routine
measurement of TPM, water and
NFDPM smoke yields of cigarettes
Paramètres de fumage ISO et Santé Canada Intense —
Partie 2: Examen des facteurs contribuant à la variabilité des mesures
de routine de MPT, d’eau et de MPAEN dans la fumée de cigarette
Reference number
ISO/TR 19478-2:2015(E)
©
ISO 2015
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Terms and definitions . 1
3 Abbreviated terms . 2
4 Principle . 2
5 The influence of smoking intensity on the yield and composition of cigarette smoke .3
5.1 General . 3
5.2 A review of information relevant to conclusion i) of ISO/TR 19478-1:2014 . 3
5.3 Puff by puff smoke temperature measurements . 4
5.4 Puff by puff smoke yields . 6
5.5 Smoking intensity and cigarette smoke yields .13
5.6 Factors relevant to understanding how cigarettes burn and their use for predicting
smoke yield .22
5.6.1 A review of additional studies .22
5.6.2 A review of WG 10 study data .34
6 Comparison of the design and performance of rotary and linear smoking machines .37
6.1 A review of information relevant to conclusion j) of ISO/TR 19478-1:2014 .37
6.2 Zone 1: The cigarette zone .39
6.2.1 Airflow/cigarette movement .39
6.2.2 Puffing .43
6.2.3 Termination of smoking .44
6.3 Zone 2: The smoke collection zone .49
6.3.1 General.49
6.3.2 Connection of the cigarette holder to the CFH .49
6.3.3 Collection of TPM and measurement of water and NFDPM .52
6.4 Zone 3: The puff generator .56
7 Overall summary .61
8 Conclusions .62
9 Conclusions from ISO/TR 19478-1 .63
Annex A (informative) Summaries of presentations to WG 10 and the Ad Hoc Group .64
Annex B (informative) List of meetings of ISO/TC 126/WG 10 and the Ad Hoc Group.72
Annex C (informative) Equipment and procedures for smoking cigarettes .73
Bibliography .75
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 126, Tobacco and tobacco products.
ISO/TR 19478 consists of the following parts, under the general title ISO and Health Canada intense
smoking parameters:
— Part 1: Results of an international machine smoking study
— Part 2: Examination of factors contributing to variability in the routine measurement of TPM, water and
NFDPM smoke yields of cigarettes
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
Introduction
ISO/TC 126 Working Group 10 (WG 10) was established by ISO/TC 126 in 2007 in response to a New
Work Item Proposal by the British Standards Institution (BSI) for the development of a new regime for
the machine smoking of cigarettes that was more intense than the then current ISO 3308:2000, and a
subsequent questionnaire sent to TC 126 members. Twenty out of 26 members of ISO/TC 126 voted in
favour of the following option:
“to install a Working Group 10 dealing with an ‘Intense Smoking Regime’ which shall start with the
preparatory work. WHO is invited to participate with their technical experts. No draft Standard is expected
to be presented by this group until the future method proposal of WHO has been taken into consideration”.
The third session of the Conference of the Parties (COP) to the World Health Organization (WHO)
Framework Convention on Tobacco Control Durban, South Africa, 17 to 22 November 2008, requested
the Convention Secretariat to invite the WHO’s Tobacco Free Initiative (TFI) to undertake the following
task:
“validate, within five years, the analytical chemical methods for testing and measuring the cigarette
contents and emissions identified as priorities in the progress report of the working group 1 using the two
smoking regimens set out in paragraph 18 of that report, and inform the Conference of the Parties through
the Convention Secretariat on a regular basis of the progress made.”
The two smoking regimens were specified in paragraph 18 of the report of the COP working group
(FCTC/COP/3/6) as follows:
Smoking regimen Puff volume Puff frequency Ventilation holes
(ml)
ISO 3308:2000, Routine analytical
cigarette-smoking machine —
35 Once every 60 s No modifications
Definitions and standard condi-
tions
All ventilation holes must be
Same as ISO 3308:2000 but modi-
55 Once every 30 s blocked with Mylar adhesive
fied as indicated.
tape.
The two regimes were those specified in ISO 3308 and by Health Canada in Method T-115. At the early
meetings of WG 10, some new human smoking studies were presented and are included in Annex A
for completeness of reporting, but WG 10 never considered the correlation with machine smoking
regimes in detail as this brief had previously been given to ISO/TC 126/WG 9 and WG 9 had produced a
comprehensive report, ISO/TR 17219:2013.
The WHO TFI requested the WHO Tobacco Laboratory Network (TobLabNet) to carry out the
practical work of validating the two smoking regimes. In 2008, TobLabNet organized and carried out
a collaborative test to measure the tar, nicotine and carbon monoxide yields of cigarettes when using
the Health Canada Intense (HCI) regime. The collaborative test involved 14 laboratories smoking five
products (three reference cigarettes/monitor test pieces and two commercial products). Details of this
collaborative were supplied to ISO/TC 126/WG 10.
WG 10 had expressed a willingness from its inception to participate with the WHO groups in the
development of an intense smoking regime but had not been invited to do so. It, therefore, decided at
its fifth meeting in December 2009 to undertake a collaborative study to measure the tar, nicotine and
carbon monoxide yields of cigarettes using both the ISO 3308:2000 and Health Canada intense smoking
regimes. A steering group was established and the laboratory work was carried out in 2010 involving
35 laboratories smoking 10 products (eight commercial and two reference cigarettes/monitor test
piece). A final report on the study was approved by WG 10 and subsequently converted to a Technical
Report, ISO/TR 19478-1. ISO/TR 19478-1 provided a basic analysis of the study data, drawing
conclusions about the possible sources of the increased variability associated with the HCI regime.
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
These conclusions provided the basis for the additional studies reported here and instigated to provide
a more complete understanding of how the smoke yield changes with increasing smoking intensity.
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TECHNICAL REPORT ISO/TR 19478-2:2015(E)
ISO and Health Canada intense smoking parameters —
Part 2:
Examination of factors contributing to variability in the
routine measurement of TPM, water and NFDPM smoke
yields of cigarettes
1 Scope
This part of ISO/TR 19478 extends the analysis reported in ISO/TR 19478-1:2014 and reports additional
studies focused on the conclusions i) and j) from that Technical Report. It identifies and assesses factors
impacting on the measurement of smoke TPM, NFDPM, nicotine, water, and carbon monoxide yields
when increasing the intensity of the puffing regime from that specified in ISO 3308:2000 to the regime
specified in Health Canada Method T-115.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1
cigarette coal
carbonised burning tip of a tobacco rod
2.2
ISO regime
puffing regime when taking one puff of 35 ml volume and 2 s duration every 60 s as defined in
ISO 3308:2000
2.3
Health Canada Intense regime
HCI regime
puffing regime, first described by Health Canada, when taking one puff of 55 ml volume and 2 s duration
every 30 s with 100 % of the ventilation zone on the cigarette filter blocked
2.4
linear (smoking) machine
smoking machine complying with the requirements of ISO 3308:2000 with each cigarette holder
directly coupled to a CFH (smoke trap)
Note 1 to entry: The CFH is coupled via a port to its own suction mechanism and held in a fixed position while
each cigarette is smoked. The most common configuration has 20 ports in line.
2.5
rotary (smoking) machine
smoking machine complying with the requirements of ISO 3308:2000 with each cigarette holder
coupled sequentially via a port to a single CFH (smoke trap) and suction mechanism
Note 1 to entry: The most common configuration has 20 ports on a carousel sharing a single CFH and suction
mechanism.
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
2.6
Massachussetts regime
MA regime
puffing regime, used in Massachusetts, USA, when taking one puff of 45 ml volume and 2 s duration
every 30 s with 50 % of the ventilation zone on the cigarette filter blocked
2.7
option B regime
puffing regime proposed by ISO/TC 126 Working Group 9 when taking one puff of 60 ml volume and 2 s
duration every 30 s with 50 % of the ventilation zone on the cigarette filter blocked
3 Abbreviated terms
CFH Cambridge Filter Holder
CFP Cambridge Filter Pad
COP Conference of the Parties to the World Health Organization Framework Convention on
Tobacco Control
NFDPM or tar Nicotine Free Dry Particulate Matter
TNCO tar, nicotine and carbon monoxide where tar is specifically nicotine free dry particulate
matter (NFDPM)
TPM total particulate matter
RH relative humidity
SVD Saturated Vapour Density
TobLabNet World Health Organization Tobacco Laboratory Network
WHO World Health Organization
ΔT Reduction in the time to smoke a cigarette due to puffing, calculated as:
(Time to smoulder burn the cigarette) - (Time to burn the cigarette when puffing)
4 Principle
Following the analysis of the data from the TNCO study (ISO/TR 19478-1), WG 10 decided to review
the impact of increasing puffing intensity on the measurement of TPM, NFDPM, nicotine, water and
carbon monoxide yields from cigarettes with particular emphasis on differences resulting from the use
of rotary or linear smoking machines. The Ad Hoc Group (AHG) of WG 10 was set up to give focus to the
review process. The membership of the AHG necessarily included representatives of the manufacturers
of smoking machines as well as those WG 10 members who wished to be actively involved in further
studies. The review was carried out with particular reference to the conclusions from the WG 10 TNCO
study which compared smoke yield data for the ISO regime, as specified in ISO 3308:2000 and ISO 4387,
with that for the HCI regime, as specified in the Health Canada Method T-115. The AHG first identified
a number of differences in design features between rotary and linear machines with the potential to
alter the collection of smoke condensate and so increase the variation in smoke yield measurements.
Individual AHG members then used their expertise to create protocols to evaluate these factors in their
respective laboratories.
Conclusions i) and j) of ISO/TR 19478-1:2014 provided the focus for the work of the AHG, although other
issues were also considered. Clauses 5 and 6 provide a summary of the understanding developed within
WG 10 and the AHG of the issues identified in conclusions i) and j).
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
The studies providing the background to this part of ISO/TR 19478 are listed in Annex A together with
a summary of the content of each and the meeting at which they were presented. Annex B provides a list
of all meetings of WG 10 and the Ad Hoc Group of WG 10 until the end of 2013.
5 The influence of smoking intensity on the yield and composition of cigarette
smoke
5.1 General
The results of the collaborative study described in ISO/TR 19478-1 had shown the reproducibility of the
NFDPM yield measurements from 10 products collected under the HCI smoking regime and measured
in many laboratories, were worse than when using the ISO regime. This finding was supported by
[1]
other collaborative studies run by the WHO TobLabNet and by CORESTA as summarized in A.11. The
range of products to which this conclusion can be applied was widened to include products of 16 mm to
18 mm in circumference (super slims) in a further small study (A.20). The ISO WG 10 TNCO study data
set has also been used to discuss the problems with statistical outlier analysis when combining data
[2][3]
from rotary and linear machines which give different measured water yields.
Apart from the increased puff volume and frequency specified for the HCI regime, it is also necessary
to block 100 % of the ventilation on the cigarette filter. The Health Canada Method T-115 specifies
overwrapping the filter with “invisible” tape (adhesive cellophane tape) to block the ventilation holes in
the cigarette filter but special cigarette holders have also been developed to achieve the same outcome.
The overwrapping of filters with adhesive tape was investigated (A.19) to eliminate it as a potential
cause of the increased measurement variability and another study (A.15) showed that taping and using
specially designed vent blocking cigarette holders gave similar yields.
In order that the increased yield resulting from the much increased smoking intensity of the HCI
regime does not overload the CFP when using a linear machine with the 44 mm CFP (ISO 4387 specifies
a maximum load of 150 mg), three cigarettes are smoked per smoking run rather than five. Another
study (A.23) confirmed the 150 mg limit for the ISO regime but found it could be doubled when using
the HCI regime.
5.2 A review of information relevant to conclusion i) of ISO/TR 19478-1:2014
Conclusion i) stated,
“As expected from previous studies, the water yields were disproportionately higher than other measured
smoke parameters under the HCI regime. This water effect is a contributory factor to the increases in R
values, but the magnitude of its contribution is uncertain.”
Conclusion i) set the need to better understand how the smoke yield changed with smoking intensity,
both in magnitude and composition. In particular, to investigate the cause of greatly increased smoke
water content.
It can be seen (Table 1) from the TPM and water yields for the 10 products tested in the WG 10 study
that there is a consistency to the proportions of nicotine and water in the TPM for all 10 products and
both smoking regimes. The most important feature of the data is the increase in the average water
yield from approximately 10 % of the TPM for the ISO regime to almost 30 % for the HCI regime. It is
by far the most abundant component of the TPM with nicotine being only 5 % of the TPM for the HCI
regime. This finding signals a potential measurement problem using the normal ISO procedures for
TPM and water measurement as the collection system, the CFP held in the CFH, is specifically designed
for collecting particulate material. If a major proportion of the smoke water is in the vapour phase, the
collection efficiency of the CFP/CFH unit will be compromised, as will the subsequent measurement of
the smoke water yield.
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
Table 1 — TPM, water and nicotine yields under the ISO and HCI smoking regime
ISO regime HCI regime
Product
TPM Water Nicotine TPM Water Nicotine
code
mg/cig mg/cig % of TPM mg/cig % of TPM mg/cig mg/cig % of TPM mg/cig % of TPM
A 1,28 0,10 7,5 0,11 8,4 25,41 7,35 28,9 1,27 5,0
B 5,21 0,40 7,6 0,39 7,5 31,26 9,39 30,0 1,34 4,3
C 10,81 1,26 11,6 0,68 6,3 39,84 11,87 29,8 1,79 4,5
D 10,03 0,93 9,2 0,82 8,1 39,07 11,19 28,6 2,11 5,4
E 11,54 1,10 9,5 0,66 5,7 29,71 6,06 20,4 1,41 4,7
F 10,65 1,12 10,5 0,75 7,1 43,69 13,42 30,7 2,07 4,7
G 12,05 1,51 12,5 0,83 6,9 43,43 14,16 32,6 2,09 4,8
H 11,08 1,06 9,6 0,67 6,0 40,09 11,47 28,6 1,68 4,2
I 2,08 0,19 9,1 0,15 7,4 27,05 9,03 33,4 0,99 3,7
J 17,30 1,69 9,7 1,37 7,9 41,18 10,11 24,5 2,68 6,5
Mean 9,20 0,93 9,7 0,64 7,1 36,07 10,40 28,8 1,74 4,8
The understanding of subsequent subclauses will be aided by an understanding of the nature of
cigarette smoke and the formation process in the burning tobacco rod. After lighting, the tobacco
rod forms the coal, a carbonised section at its tip, which then promotes the continuous burning of
[4]
the remaining tobacco through the heat liberated from the oxidation of the carbon. Studies have
established thermal profiles in the region of the cigarette coal which show that the temperature at the
char line on the cigarette paper is approximately 450 °C with the tobacco temperature rapidly dropping
to about 300 °C within 3 mm to 4 mm. The tobacco in this region is denuded of volatile components
which evaporate and migrate along the tobacco rod away from the hot coal. They then cool with some
condensing to form a smoke aerosol in equilibrium with the remaining vapour cloud. At the same time,
some smoke components will condense onto the tobacco as well as diffusing through the cigarette
paper to be lost to the surrounding environment.
During puffing, volatile compounds are transferred and deposited further along the tobacco rod. This
deposited material is partly lost by diffusion through the cigarette paper between puffs with the
remaining material accumulating with successive puffs until the char line reaches it. If this occurs
during a puff, the material becomes part of the smoke yield from that puff so increasing the yield
from the puff. This transfer process has been demonstrated by following changes in the density of the
[5]
tobacco rod during smoking.
5.3 Puff by puff smoke temperature measurements
The first of a number of relevant studies (A.4) presented to WG 10 provided temperature data for
individual puffs as a cigarette was smoked. The data was for peak temperatures at two positions
in the cigarette filter and for four puffing regimes, ISO, HCI, MA and Option B from the report of
ISO/TC 126/WG 9 (ISO/TR 17219:2013) The temperatures measured 5 mm from the mouth end of the
filter of a 1 mg tar cigarette (ISO) are shown in Figure 1.
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
Y
80
70
60
50
40
30
20
10
Key
X proportion of cigarette burnt (%) ISO regime
Y maximum temperature in filter (°C) MA regime
WG 9 (B) regime
HCI regime
Figure 1 — Temperatures 5 mm from mouth end of cigarette filter (A.4)
Figure 1 shows that the temperature of the smoke as it leaves the cigarette filter is near the ambient
temperature of 22 °C for the early puffs. This indicates the heat exchange with the tobacco and filter
material, together with mixing with air drawn into the cigarette through the cigarette paper and filter,
is sufficient to cool the smoke to the temperature of the test environment.
As further puffs are taken and the tobacco rod burns down, the temperature rises above 22 °C. The
more intense the smoking regime, the earlier this occurs during the smoking process and the greater is
the increase in temperature above the ambient level.
These temperature measurements are highly significant when considering the formation of the
smoke aerosol. Smoke is initially formed as a complex mixture of hot vapours and gases just behind
the cigarette coal. It then becomes an aerosol as it is drawn through the tobacco rod and cools. The
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partitioning of compounds between the vapour and particulate phases will continue to change until it
reaches a fixed temperature. Since the collection and measuring system is held at 22 °C, it is desirable
for the smoke to leave the cigarette at this temperature to prevent further changes during collection.
This will not happen when using very intense smoking regimes since the temperature measurements in
Figure 1 indicate that the smoke from the later puffs is considerably above 22 °C.
5.4 Puff by puff smoke yields
It has been shown that the temperature of smoke leaving a cigarette can be above the ambient
temperature for the later puffs, particularly when the intensity of the smoking regime is increased.
As the formation of smoke from a vapour cloud behind the cigarette coal is primarily driven by the
temperature change, it seems probable that the smoke composition will also change during the smoking
of a cigarette. A change in smoke composition linked to its exit temperature from the cigarette should
[7]
be apparent from reviewing the puff by puff smoke yield. Suitable single puff yield data was made
available to the Ad Hoc Group. The smoke yield measurements were for the 1R4F reference cigarette
using a smoking regime with puffs of 60 ml volume and 2 s duration being taken every 30 s. The level
of ventilation at the cigarette filter was also varied by blocking 0 %, 50 % or 100 % of the ventilation
holes.
The NFDPM, nicotine and water yields for individual puffs are given in Figure 2. The data in Figure 2
show that the yields of the three smoke components increase both as the cigarette is consumed during
smoking and also as a greater proportion of the filter ventilation holes are blocked. The general increase
in smoke yield as the tobacco rod is burnt is expected and due to reduced filtration and ventilation in
the shorter tobacco rod. The rate of increase in yield for NFDPM and nicotine is similar for successive
puffs and for each of the three levels of vent blocking. The water yields show a distinctly different
pattern with the rate of increase being much greater as the cigarette is consumed, and the rate is much
increased as a greater percentage of the vents are blocked.
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
Y1 Y2
0,3
4
3,5
0,25
3
0,2
2,5
2 0,15
1,5
0,1
1
0,05
0,5
Key
X puff number NFDPM-0 % VB
Y1 NFDPM and water yield (mg/puff) water-0 % VB
Y2 nicotine yield (mg/puff) nicotine-0 % VB
NF DPM-50 % VB
water-50 % VB
nicotine-50 % VB
NF DPM-100 % VB
water-100 % VB
nicotine-100 % VB
[7]
Figure 2 — Puff by puff yields from 1R4F reference cigarette
These patterns of change are more clearly shown by taking the ratio of the NFDPM and water yields to
those for nicotine as shown in Figure 3.
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ISO/TR 19478-2:2015(E)
Y
16
14
12
10
8
6
4
2
Key
X puff number water-0 % VB
Y yield as a ratio to nicotine NFDPM-0 % VB
water-50 % VB
NF DPM-50 % VB
water-100 % VB
NF DPM-100 % VB
[7]
Figure 3 — Puff by puff yields of NFDPM
...
RAPPORT ISO/TR
TECHNIQUE 19478-2
Première édition
2015-08-01
Paramètres de fumage ISO et Santé
Canada Intense —
Partie 2:
Examen des facteurs contribuant à
la variabilité des mesures de routine
de MPT, d’eau et de MPAEN dans la
fumée de cigarette
ISO and Health Canada intense smoking parameters —
Part 2: Examination of factors contributing to variability in the routine
measurement of TPM, water and NFDPM smoke yields of cigarettes
Numéro de référence
ISO/TR 19478-2:2015(F)
©
ISO 2015
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Termes et définitions . 1
3 Abréviations . 2
4 Principe . 2
5 Influence de l’intensité de fumage sur le rendement et la composition de la fumée
de cigarette . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Examen des informations pertinentes pour la conclusion i) de l’ISO/TR 19478-1 . 3
5.3 Mesures bouffée par bouffée de la température de la fumée . 4
5.4 Rendements en fumée, bouffée par bouffée . 6
5.5 Intensité de fumage et rendements en fumée de la cigarette .13
5.6 Facteurs pertinents pour comprendre comment les cigarettes se consument et
leur utilisation pour prédire les rendements en fumée .23
5.6.1 Examen d’études supplémentaires .23
5.6.2 Examen des données d’étude du GT 10 .37
6 Comparaison de la conception et des performances des machines à fumer rotatives
et linéaires .40
6.1 Examen des informations pertinentes pour la conclusion j) de l’ISO/TR 19478-1 .40
6.2 Zone 1: Zone cigarette .42
6.2.1 Débit d’air/mouvement de la cigarette .42
6.2.2 Aspiration.46
6.2.3 Fin du fumage .47
6.3 Zone 2: La zone de collecte de la fumée .52
6.3.1 Généralités .52
6.3.2 Connexion du porte-cigarette au CFH .52
6.3.3 Collecte de MPT et mesure d’eau et de MPAEN .55
6.4 Zone 3: Le générateur de bouffées .60
7 Résumé général .64
8 Conclusions .65
9 Conclusions tirées de l’ISO/TR 19478-1 .66
Annexe A (informative) Résumés des présentations au GT 10 et au Groupe Ad Hoc .67
Annexe B (informative) Liste des réunions du GT 10 de l’ISO/TC 126 et du Groupe Ad Hoc .76
Annexe C (informative) Matériels et procédures pour le fumage de cigarettes .77
Bibliographie .79
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO, participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 126, Tabac et produits du tabac.
L’ISO/TR 19478 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Paramètres de fumage
ISO et Santé Canada Intense:
— Partie 1: Résultats d’une étude internationale de fumage sur machine
— Partie 2: Examen des facteurs contribuant à la variabilité des mesures de routine de MPT, d’eau et de
MPAEN dans la fumée de cigarette
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
Introduction
Le Groupe de travail 10 (GT 10) de l’ISO/TC 126 a été établi par l’ISO/TC 126 en 2007 en réponse à une
nouvelle proposition d’étude du British Standards Institute visant à élaborer un nouveau régime pour
les machines à fumer des cigarettes, plus intense que le régime de l’ISO 3308:2000 alors en vigueur, et
un questionnaire a ensuite été envoyé aux membres du TC 126. Vingt des 26 membres du TC 126 ont
voté en faveur de l’option suivante:
«créer un Groupe de travail 10 qui doit être chargé de commencer les travaux préparatoires sur un «régime
de fumage intense». L’OMS est invitée à participer par le biais de ses experts techniques. Aucun projet de
norme ne sera présenté par ce groupe tant que la future méthode proposée par l’OMS n’aura pas été prise
en considération.»
La troisième session de la Conférence des Parties (COP) à la Convention-Cadre de l’Organisation
Mondiale de la Santé (OMS) pour la lutte antitabac (FCTC «Framework Convention on Tobacco Control»)
tenue à Durban, en Afrique du Sud, du 17 au 22 novembre 2008, a prié le Secrétariat de la Convention
d’inviter l’Initiative pour un monde sans tabac (TFI «Tobacco Free Initiative») de l’OMS à entreprendre
la tâche suivante:
«valider, dans les cinq ans, les méthodes d’analyse chimique applicables aux essais et au mesurage de la
composition et des émissions des cigarettes identifiées comme priorités dans le rapport d’avancement
du Groupe de travail 1 en utilisant les deux régimes de fumage indiqués dans l’alinéa 18 du rapport en
question, et informer régulièrement la Conférence des Parties, par le biais du Secrétariat de la Convention,
des progrès accomplis.»
Les deux régimes de fumage ont été spécifiés dans l’alinéa 18 du rapport du Groupe de travail de la COP
(FCTC/COP/3/6) comme suit:
Régime de fumage Volume de la Fréquence des Orifices de ventilation
bouffée bouffées
(ml)
ISO 3308:2000, Machine à fumer ana-
Une fois toutes les
lytique de routine pour cigarettes — 35 Aucune modification
60 secondes
Définitions et conditions normalisées
Tous les orifices de ventilation
Même chose que ISO 3308:2000, mais Une fois toutes les
55 doivent être obturés par un
modifié comme indiqué. 30 secondes
ruban adhésif Mylar.
Les deux régimes sont ceux qui sont spécifiés dans l’ISO 3308 et par Santé Canada dans la Méthode
T-115. Un certain nombre d’études relatives au fumage humain ont été présentées lors des premières
réunions du GT 10 et sont incluses dans l’Annexe A pour l’exhaustivité des comptes-rendus. Cependant,
le GT 10 n’a jamais considéré dans le détail la corrélation avec des régimes de fumage de machines,
car ce dossier avait déjà été donné au GT 9 de l’ISO/TC 126 et le GT 9 avait produit un rapport complet,
l’ISO/TR 17219.
L’Initiative de l’OMS pour un monde sans tabac a demandé au réseau OMS de laboratoires du tabac
(TobLabNet «Tobacco Laboratory Network») d’accomplir le travail pratique de validation des deux
régimes de fumage. En 2008, TobLabNet a organisé et réalisé un essai collaboratif pour mesurer les
rendements en goudrons, nicotine et monoxyde de carbone des cigarettes lorsque le régime utilisé est
celui de Santé Canada Intense (SCI). L’essai collaboratif impliquait 14 laboratoires fumant cinq produits
(trois cigarettes de référence/éprouvettes de contrôle et deux produits du commerce). Les détails de
cette étude collaborative ont été fournis au GT 10 de l’ISO/TC 126.
Le GT 10 avait exprimé sa volonté dès son commencement de participer avec les groupes de l’OMS à
l’élaboration d’un régime de fumage intense, mais n’avait pas été invité à le faire. Par conséquent, il a
décidé, à sa cinquième réunion en décembre 2009, d’entreprendre une étude collaborative pour mesurer
les rendements en goudrons, nicotine et monoxyde de carbone des cigarettes en utilisant à la fois le
régime de fumage de l’ISO 3308 et celui de Santé Canada Intense. Un groupe d’orientation a été établi
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
et le travail en laboratoire a été accompli en 2010 en impliquant 35 laboratoires fumant 10 produits
(huit du commerce et deux cigarettes de référence/éprouvettes de contrôle). Un rapport final sur
l’étude a été approuvé par le GT 10 et converti ultérieurement en Rapport technique, ISO/TR 19478-1.
L’ISO/TR 19478-1 fournit une analyse de base des données d’étude, tirant des conclusions relatives aux
sources possibles de l’augmentation de la variabilité associée au régime SCI. Ces conclusions ont fourni
la base pour les études supplémentaires rapportées ici et ont incité à apporter une compréhension plus
complète de la manière dont le rendement en fumée varie avec l’augmentation de l’intensité de fumage.
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RAPPORT TECHNIQUE ISO/TR 19478-2:2015(F)
Paramètres de fumage ISO et Santé Canada Intense —
Partie 2:
Examen des facteurs contribuant à la variabilité des
mesures de routine de MPT, d’eau et de MPAEN dans la
fumée de cigarette
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO/TR 19478 étend l’analyse rapportée dans l’ISO/TR 19478-1 et rapporte des
études supplémentaires axées sur les conclusions i) et j) de ce Rapport technique. Elle identifie et évalue
les facteurs ayant un impact sur les mesures de MPT, de MPAEN, de nicotine, d’eau, et de monoxyde
de carbone dans la fumée lorsque l’intensité de régime d’aspiration augmente en passant de la valeur
spécifiée dans l’ISO 3308 à celle correspondant au régime spécifié dans la Méthode T-115 de Santé Canada.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
2.1
cône de combustion de cigarette
extrémité de combustion carbonisée d’une colonne de tabac
2.2
régime ISO
régime d’aspiration consistant à tirer une bouffée de 35 ml de volume et de 2 s de durée toutes les
60 secondes tel que défini dans l’ISO 3308
2.3
régime Santé Canada Intense
régime SCI
régime d’aspiration, décrit en premier lieu par Santé Canada, consistant à tirer une bouffée de 55 ml de
volume et de 2 s de durée toutes les 30 secondes avec blocage de 100 % de la zone de ventilation sur le
filtre de la cigarette
2.4
machine (à fumer) linéaire
machine à fumer satisfaisant aux exigences de l’ISO 3308, chaque porte-cigarette étant directement
accouplé à un porte-filtre Cambridge (CFH) (piège à fumée)
Note 1 à l’article: Le CFH est accouplé par un orifice d’aspiration à son propre mécanisme d’aspiration et
maintenu en position fixe pendant le fumage de la cigarette. La configuration la plus courante a 20 orifices
d’aspiration en ligne.
2.5
machine (à fumer) rotative
machine à fumer satisfaisant aux exigences de l’ISO 3308 chaque porte-cigarette étant accouplé
séquentiellement par l’intermédiaire d’un orifice d’aspiration à un seul porte-filtre Cambridge (CFH)
(piège à fumée) et mécanisme d’aspiration
Note 1 à l’article: La configuration la plus courante a 20 orifices d’aspiration sur un carrousel partageant un seul
CFH et mécanisme d’aspiration.
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
2.6
régime Massachussetts
régime MA
régime de bouffées, utilisé au Massachusetts, USA, consistant à tirer une bouffée de 45 ml de volume et de
2 s de durée toutes les 30 secondes avec blocage de 50 % la zone de ventilation sur le filtre de la cigarette
2.7
régime d’option B
régime d’aspiration, proposé par le Groupe de travail 9 de l’ISO/TC 126, consistant à tirer une bouffée de
60 ml de volume et de 2 s de durée toutes les 30 secondes avec blocage de 50 % de la zone de ventilation
sur le filtre de la cigarette
3 Abréviations
CFH Cambridge Filter Holder (porte-filtre Cambridge)
CFP Cambridge Filter Pad (disque filtrant du filtre Cambridge)
COP Conférence des Parties à la Convention-Cadre de l’Organisation Mondiale de la Santé
pour la lutte antitabac
MPAEN ou goudrons Matière particulaire anhydre et exempte de nicotine
GNCO goudrons, nicotine et monoxyde de carbone lorsque les goudrons sont spécifiquement
de la matière particulaire anhydre et exempte de nicotine (MPAEN)
MPT Matière particulaire totale
HR Humidité relative
SVD Saturated Vapour Density (Masse volumique de la vapeur saturée)
TobLabNet Tobacco Laboratory Network (Réseau de laboratoires du tabac) de l’Organisation
Mondiale de la Santé
OMS Organisation Mondiale de la Santé
ΔT Réduction du temps pour fumer une cigarette à cause des bouffées, calculée ainsi:
(Durée de la combustion libre de la cigarette – Durée de la combustion pendant le
fumage)
4 Principe
À la suite de l’analyse des données issues de l’étude GNCO (ISO/TR 19478-1), le GT 10 a décidé d’examiner
l’impact de l’accroissement de l’intensité d’aspiration sur les rendements en MPT, MPAEN, nicotine, eau
et monoxyde de carbone dans les cigarettes en mettant particulièrement l’accent sur les différences
résultant de l’utilisation de machines à fumer linéaires ou rotatives. Le Groupe Ad Hoc (Ad Hoc Group
(AHG)) du GT 10 a été mis en place pour porter l’attention sur le processus d’examen. Les membres
de l’AHG comprenaient nécessairement des représentants des fabricants de machines à fumer ainsi
que les membres du GT 10 qui souhaitaient être activement impliqués dans des études ultérieures.
L’examen a été accompli avec une référence particulière aux conclusions issues de l’étude GNCO du
GT 10 qui comparait les données de rendement en fumée pour le régime ISO (spécifié dans l’ISO 3308
et l’ISO 4387) avec celles pour le régime SCI (spécifié dans la Méthode T-115 de Santé Canada). L’AHG a
d’abord identifié plusieurs différences de caractéristiques de conception entre les machines rotatives et
linéaires ayant le potentiel d’altérer la collecte du condensat de fumée et augmenter ainsi la variation des
mesures des rendements en fumée. Les membres individuels de l’AHG ont ensuite utilisé leur expertise
pour créer des protocoles permettant d’évaluer ces facteurs dans leurs laboratoires respectifs.
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
Les conclusions i) et j) de l’ISO/TR 19478-1 ont fourni l’axe du travail de l’AHG, même si d’autres questions
ont été également prises en considération. Les Articles 5 et 6 donnent un résumé de la compréhension
au sein du GT 10 et de l’AHG des questions identifiées dans les conclusions i) et j).
Les études fournissant le contexte de la présente Partie de l’ISO/TR 19478 sont énumérées à l’Annexe A
avec un résumé du contenu de chacune d’elles et la réunion à laquelle elles ont été présentées. L’Annexe B
fournit une liste de toutes les réunions du GT 10 et du Groupe Ad Hoc du GT 10 jusqu’à la fin de 2013.
5 Influence de l’intensité de fumage sur le rendement et la composition de la
fumée de cigarette
5.1 Généralités
Les résultats de l’étude collaborative décrite dans l’ISO/TR 19478-1 ont montré que la reproductibilité
des mesures de rendement en MPAEN à partir de 10 produits recueillis sous le régime de fumage SCI et
mesurés dans de nombreux laboratoires était plus mauvaise que dans le cas de l’utilisation du régime
ISO. Cette constatation a été confirmée par d’autres études collaboratives effectuées par le TobLabNet
[1]
de l’OMS et par le CORESTA comme cela est résumé à l’Article A.11. La gamme des produits auxquels
cette conclusion peut être appliquée a été élargie pour inclure les produits de 16 mm à 18 mm de
circonférence (super slims (extra fins)) dans une petite étude ultérieure (Article A.20). Le jeu de
données de l’étude GNCO du GT 10 de l’ISO a également été utilisé pour débattre des problèmes relatifs
à l’analyse statistique des valeurs aberrantes combinant des données issues de machines linéaires et
[2][3]
rotatives qui donnent des valeurs mesurées différentes pour le rendement en eau.
À part l’augmentation du volume et de la fréquence des bouffées spécifiée pour le régime SCI, il est
également nécessaire de bloquer 100 % de la ventilation sur le filtre de cigarette. La Méthode T-115 de
Santé Canada spécifie d’envelopper le filtre avec une bande «invisible» (bande de cellophane adhésive)
pour obturer les orifices de ventilation du filtre de cigarette, mais des porte-cigarettes spéciaux ont
également été mis au point pour obtenir le même résultat. L’enveloppement des filtres avec du ruban
adhésif a été examiné (Article A.19) pour l’éliminer comme étant une cause potentielle d’augmentation de
la variabilité des mesures. Par ailleurs, une autre étude (Article A.15) a montré que l’utilisation de ruban
et de porte-filtres spécialement conçus pour le blocage de la ventilation donnait les mêmes rendements.
Afin que le rendement accru résultant de la très forte augmentation de l’intensité de fumage du régime
SCI ne surcharge pas le CFP lors de l’utilisation d’une machine linéaire avec le CFP de 44 mm (l’ISO 4387
spécifie une charge maximale de 150 mg), trois cigarettes au lieu de cinq ont été fumées par série
de fumages. Une autre étude (Article A.23) a confirmé la limite de 150 mg pour le régime ISO, mais a
constaté qu’elle pouvait être doublée en utilisant le régime SCI.
5.2 Examen des informations pertinentes pour la conclusion i) de l’ISO/TR 19478-1
La conclusion i) énonçait
«Comme le laissaient présager les études précédentes, les rendements en eau étaient sans commune mesure
plus élevés que pour les autres paramètres de la fumée mesurés selon le régime SCI. Cet effet de l’eau est un
facteur qui contribue à l’augmentation des valeurs de R, mais l’amplitude de cette contribution est incertaine.»
La conclusion i) établit le besoin de mieux comprendre comment le rendement en fumée variait avec
l’intensité de fumage, et ce, en termes à la fois d’amplitude et de composition. En particulier, le besoin de
rechercher la cause de l’augmentation considérable de la teneur en eau de la fumée.
Les rendements en MPT et en eau (Tableau 1) pour les 10 produits soumis aux essais dans l’étude du
GT 10 permettent de voir qu’il y a une cohérence de la proportion de nicotine et d’eau dans les MPT
pour tous les 10 produits et les deux régimes de fumage. La caractéristique la plus importante des
données est l’augmentation du rendement moyen en eau qui passe de 10 % environ de la MPT pour le
régime ISO à presque 30 % pour le régime SCI. Il est de loin le composant le plus abondant de la MPT,
la nicotine représentant seulement 5 % de la MPT pour le régime SCI. Cette constatation signale un
problème potentiel de mesure en utilisant les procédures normales de l’ISO pour le mesurage de la MPT
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
et de l’eau, car le système de collecte, à savoir le CFP contenu dans le CFH, est spécifiquement conçu
pour recueillir la matière particulaire. Si une proportion majeure de l’eau de la fumée se trouve dans la
phase vapeur, le rendement de la collecte de l’unité CFP/CFH sera compromis, comme le sera la mesure
ultérieure du rendement en eau de la fumée.
Tableau 1 — Rendements en MPT, eau et nicotine dans les régimes de fumage ISO et SCI
Régime ISO Régime SCI
Code de
MPT Eau Nicotine MPT Eau Nicotine
produit
mg/cig mg/cig % de MPT mg/cig % de MPT mg/cig mg/cig % de MPT mg/cig % de MPT
A 1,28 0,10 7,5 0,11 8,4 25,41 7,35 28,9 1,27 5,0
B 5,21 0,40 7,6 0,39 7,5 31,26 9,39 30,0 1,34 4,3
C 10,81 1,26 11,6 0,68 6,3 39,84 11,87 29,8 1,79 4,5
D 10,03 0,93 9,2 0,82 8,1 39,07 11,19 28,6 2,11 5,4
E 11,54 1,10 9,5 0,66 5,7 29,71 6,06 20,4 1,41 4,7
F 10,65 1,12 10,5 0,75 7,1 43,69 13,42 30,7 2,07 4,7
G 12,05 1,51 12,5 0,83 6,9 43,43 14,16 32,6 2,09 4,8
H 11,08 1,06 9,6 0,67 6,0 40,09 11,47 28,6 1,68 4,2
I 2,08 0,19 9,1 0,15 7,4 27,05 9,03 33,4 0,99 3,7
J 17,30 1,69 9,7 1,37 7,9 41,18 10,11 24,5 2,68 6,5
Moyenne 9,20 0,93 9,7 0,64 7,1 36,07 10,40 28,8 1,74 4,8
La compréhension des paragraphes ultérieurs sera facilitée par une compréhension de la nature de
la fumée de cigarette et du processus de formation dans la colonne de tabac en combustion. Après
allumage, la colonne de tabac forme le cône de combustion, section carbonisée à son extrémité, qui
favorise alors la combustion continue du tabac restant par le biais de la chaleur libérée par l’oxydation
[4]
du carbone. Des études ont établi des profils thermiques dans la région du cône de combustion de la
cigarette qui montrent que la température à la ligne de carbonisation sur le papier à cigarette est de
450 °C environ, la température du tabac chutant rapidement à 300 °C sur 3 mm à 4 mm. Le tabac dans
cette région est débarrassé des composants volatils qui s’évaporent et migrent le long de la colonne de
tabac pour s’éloigner du cône chaud. Ils refroidissent alors avec une certaine condensation pour former
un aérosol de fumée en équilibre avec le nuage de vapeur restant. En même temps, certains composants
de la fumée se condensent sur le tabac et diffusent aussi à travers le papier à cigarette pour se perdre
dans l’environnement alentour.
Pendant l’aspiration, des composés volatils sont transférés et déposés le long de la colonne de tabac.
Cette matière déposée est partiellement perdue par diffusion à travers le papier à cigarette entre
les bouffées, la matière restante s’accumulant avec les bouffées successives jusqu’à ce que la ligne de
carbonisation l’atteigne. Si cela se produit au cours d’une bouffée, la matière participe au rendement
en fumée de cette bouffée, ce qui augmente le rendement de la bouffée. Ce processus de transfert a été
[5]
démontré en suivant les variations de densité de la colonne de tabac pendant le fumage.
5.3 Mesures bouffée par bouffée de la température de la fumée
La première de plusieurs études pertinentes (Article A.4) présentées au GT 10 a fourni des données
de température pour les bouffées individuelles pendant le fumage d’une cigarette. Les données se
rapportaient aux températures de crête en deux positions dans le filtre de cigarette et à quatre
[6]
régimes de bouffées, à savoir ISO, SCI, MA et Option B, issus du rapport du GT 9 de l’ISO/TC 126.
Les températures mesurées à 5 mm de l’extrémité proximale (ou extrémité «bouche») du filtre d’une
cigarette à 1 mg de goudrons (ISO) sont montrées à la Figure 1.
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ISO/TR 19478-2:2015(F)
Y
80
70
60
50
40
30
20
10
Légende
X proportion de cigarettes consumées (%) régime ISO
Y température maximale dans le filtre (°C) régime MA
régime GT 9 (B)
régime SCI
Figure 1 — Températures à 5 mm de l’extrémité bouche du filtre de cigarette (Article A.4)
La Figure 1 montre que la température de la fumée lorsqu’elle sort du filtre de cigarette est proche de la
température ambiante de 22 °C pour les premières bouffées. Cela indique que l’échange thermique avec
le tabac et le matériau du filtre, ainsi que le mélange avec l’air aspiré dans la cigarette à travers le papier
à cigarette et le filtre, sont suffisants pour refroidir la fumée à la température de l’environnement d’essai.
À mesure que d’autres bouffées sont tirées et que la colonne de tabac se consume, la température s’élève
au-dessus de 22 °C. Plus le régime de fumage est intense, plus cela se produit tôt pendant l’opération de
fumage et plus l’augmentation de la température au-dessus du niveau ambiant est élevée.
Ces mesures de la température sont fortement significatives lorsqu’il s’agit de prendre en considér
...
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