深度抽吸模式對卷煙主流煙氣中苯酚逐口釋放量的影響

摘要：為探討深度抽吸模式下卷煙主流煙氣中苯酚的逐口釋放量。通過使用RM20H吸煙機連接逐口抽吸單元，實現(xiàn)對卷煙主流煙氣總粒相物的自動化逐口捕集，并通過HPLC外標法實現(xiàn)定量分析。在此基礎(chǔ)上，對不同抽吸模式下國內(nèi)市售卷煙主流煙氣中苯酚的含量進行逐口捕集、測定及分析，根據(jù)卷煙單口煙氣中苯酚的檢測含量，通過數(shù)理統(tǒng)計方法對其逐口遞送趨勢進行分析。結(jié)果表明，ISO模式逐口抽吸過程中其釋放量呈多項式（n≥5）形態(tài)增加趨勢顯著，Massachusetts及Health Canada抽吸模式下苯酚釋放量趨勢呈多項式改變（n=5），并且在第七口以后釋放量逐漸降低；不同抽吸模式下趨勢線模擬方程的擬合度均較高，R2≥0.972 5。苯酚的逐口釋放量特征可劃歸4類，具體為：①第一口；②第三口；③第五口、第六口和第七口；④第二口和第四口。

關(guān)鍵詞：RM20H吸煙機；卷煙；深度抽吸；苯酚；逐口釋放量

中圖分類號：TS41+1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）12-3139-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.12.033

Abstract： To explore the puff by puff phenol release amount in mainstream of cigarette smoke under deep suction mode， RM20H port smoking machine was connected to a suction unit for auto-capture of the total particulate matter of mainstream of cigarette smoke puff by puff， And HPLC external standard method was applied for quantitative analysis. Then，the content of phenol in mainstream of commercially available cigarette smoke under different suction mode was captured，measured and analyzed puff by puff. The puff by puff delivery trend analysis was conducted by mathematical statistics method according to the phenol content in detected in single puff cigarette smoke. The results showed that under ISO mode，the puff by puff release amount showed a polynomial（n≥5） form with significant increasing trend； under Massachusetts and Health Canada mode， the phenol release amount trend showed a polynomial change（n=5），and gradually decreased after the seventh puff；the fitting degree of trend line simulation equations under different suction mode is high，R2≥0.972 5. The puff by puff release feature of phenol could be classed into four categories，specifically as，①the first puff；②the third puff；③the fifth，sixth and seventh puff；④the second and fourth puff.

Key words： RM20H smoking machine； cigarette； deep suction mode； phenol； puff by puff release amount

吸煙機模擬卷煙消費者抽吸行為是研究煙氣化學(xué)成分釋放量的重要手段，許多國家以國際標準化組織/煙草及煙草制品技術(shù)委員會（ISO/TCl26）規(guī)定的吸煙機各種參數(shù)標準為基礎(chǔ)來制定相關(guān)的政策法規(guī)[1]；但是ISO抽吸模式并不能完全代表人類抽吸行為的平均水平[2]。隨著《煙草控制框架公約》的簽署，各種對ISO抽吸參數(shù)的爭議和指責變得愈發(fā)尖銳[3]。因此，研究不同抽吸模式下（包括Massachusetts深度抽吸模式和Health Canada深度抽吸模式等）卷煙主流煙氣中化學(xué)成分的逐口釋放規(guī)律，必將在煙氣分析中扮演越來越重要的角色[4]。目前，國內(nèi)已有較多關(guān)于不同抽吸模式對卷煙主流煙氣中焦油、煙堿、水分常規(guī)、氨、一氧化碳、煙草特有亞硝胺、氫氰酸和氮氧化物等成分釋放量的影響研究[1，3，5-11]。但對于主流煙氣中苯酚的釋放量及其與其他影響因素之間的關(guān)系研究報道相對較少，只有孔浩輝等[9]采用不同設(shè)計參數(shù)的卷煙輔助材料研究深度抽吸模式下煙氣CO、苯酚和NNK釋放量的影響，并設(shè)計出低危害卷煙輔助材料；還有李中皓等[1]通過比較兩種抽吸模式下卷煙主流煙氣中主要酚類的釋放量來探討抽吸模式對苯酚的影響。然而，對于深度抽吸模式下卷煙主流煙氣中苯酚逐口釋放量規(guī)律研究則尚未見報道。試驗通過對不同牌號卷煙樣品煙氣的逐口捕集分析，并運用散點趨勢圖和聚類分析等手段對所得數(shù)據(jù)進行整理，研究不同深度抽吸模式下苯酚的逐口遞送趨勢，探索不同抽吸模式對苯酚逐口釋放量的影響，以期為降低卷煙主流煙氣中苯酚的逐口釋放量提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 卷煙樣品規(guī)格型號 采用4種國內(nèi)市售卷煙，編號為A、B、C、D，其中B與C為一類卷煙，A與D為三類卷煙，煙支全長均為84 mm，煙支圓周均為24.3 mm，其他參數(shù)見表1。

1.1.2 試劑 試驗用水按文獻[12]要求制備；試劑主要有乙腈、乙酸（色譜純，德國Merck公司）；鄰-苯二酚、間-苯二酚、對-苯二酚，苯酚，鄰-甲酚、間-甲酚、對-甲酚（純度≥97%，美國Sigma公司）。

1.1.3 儀器 主要有RM20H型吸煙機（吸煙機標配逐口單元，德國Borgwaldt KC公司）；AT201電子分析天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler-Toledo公司）；Waters 2695高效液相色譜儀（美國Waters公司）；8510超聲波發(fā)生器（美國Branson公司）；0.45 μm水相及有機相濾膜、5～50 mL數(shù)字式定量瓶口分液移液器（德國Brand公司）；100～2 000 μL移液器（德國Eppendorf公司）；Milli-Q超純水儀（美國Millipore公司）。

1.2 不同模式的抽吸參數(shù)

采用ISO、Health Canada（HCI）及Massachusetts （MAS）3種不同深度的抽吸模式，各抽吸模式的技術(shù)參數(shù)見表2。從表2可知，不同抽吸模式在抽吸容量、抽吸頻率和濾嘴通風(fēng)孔堵塞率參數(shù)方面均存在一定的差異，而在抽吸持續(xù)時間方面相同。

1.3 苯酚的檢測方法

1.3.1 主流煙氣總粒相物的收集、預(yù)處理與分析 按照文獻[13]的要求，連接RM20H型吸煙機的逐口抽吸單元，ISO模式捕集20支卷煙的逐口總粒相物，MAS和HCI模式捕集10支卷煙總粒相物；卷煙抽吸結(jié)束后，空吸2口，取出捕集器，放置3 min，用玻璃纖維濾片（劍橋濾片）捕集卷煙主流煙氣中的逐口總粒相物，將捕集有主流煙氣逐口總粒相物的玻璃纖維濾片折疊放人200 mL錐形瓶中，準確加入50 mL 1%（體積分數(shù)）的乙酸水溶液，室溫下超聲萃取20 min，靜置5 min。取約2 mL萃取液，用0.45 μm水相濾膜過濾。通過高效液相色譜法檢測萃取物中苯酚的含量。

1.3.2 標準曲線 采用文獻[14]的方法，分別配制鄰-苯二酚、對-苯二酚、苯酚、鄰-甲酚、間-甲酚不同濃度的溶液，各試劑濃度分別為0.2、0.4、1.0、2.0、4.0、10.0 μg/mL 6個標準濃度；配制間-苯二酚濃度分別為0.04、0.08、0.20、0.40、0.80、2.00 μg/mL 6個標準濃度，此6個標準濃度的溶液為系列標準校準溶液。注意該酚類校準溶液應(yīng)在使用前配制。

1.3.3 HPLC法分析 采用文獻[14]的方法，流動相A為1%乙酸水溶液，流動相B為乙酸∶乙腈∶水=1∶30∶69，柱溫30 ℃，柱流量1 mL/min，進樣體積10 μL。梯度：一開始的流動相A 80%、流動相 B 20%；到40 min時，流動相A 0，流動相 B 100%。檢測器用熒光檢測器。HPLC測定一系列酚類化合物校準溶液，得到7種酚類化合物的峰面積，用峰面積作縱坐標，酚類化合物濃度（μg/mL）為橫坐標，分別建立7種酚類化合物的校正曲線。對校正數(shù)據(jù)進行線性回歸，每種化合物的R2應(yīng)不小于0.99。測定煙氣萃取樣品，由樣品中酚類的峰面積計算每一種卷煙煙氣萃取樣品中的7種酚類化合物濃度。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件的數(shù)據(jù)處理模塊對試驗所得卷煙樣品主流煙氣苯酚逐口釋放量數(shù)據(jù)進行分析。分別采用描述統(tǒng)計、散點趨勢圖以及R型系統(tǒng)聚類分析等方法研究苯酚逐口釋放趨勢以及相互間的關(guān)聯(lián)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢出限和定量限

檢出限（LOD）和定量限（LOQ）的計算要保證最低濃度樣品進樣10次，以3次測定的平均值作為測定結(jié)果，把結(jié)果精確至每口0.100 μg/支；平行測定的RSD應(yīng)小于10%。試驗對苯酚檢出限和定量限的測定情況見表3。依據(jù)表3結(jié)果，LOD=3×0.011=0.033 μg/mL、LOQ=10×0.011=0.110 μg/mL。試驗得到的定量限為0.110 μg/mL，遠遠低于卷煙逐口分析中苯酚的含量，說明該方法能夠滿足普通卷煙的逐口抽吸苯酚的分析。

2.2 ISO抽吸模式下主流煙氣苯酚逐口釋放量

2.2.1 描述統(tǒng)計 各卷煙樣品抽吸逐口煙氣中苯酚釋放量測定情況見表4。從表4可見，不同卷煙樣品苯酚逐口釋放量具有一定的范圍。其逐口釋放量范圍為0.20～2.14 μg/支，說明樣品抽吸每口煙氣中苯酚的釋放量隨不同的口序有較大的變化。觀察不同樣品逐口釋放量的平均數(shù)，可知樣品B每支苯酚釋放量最高，為1.754 μg/支；而樣品C每支苯酚釋放量最低，為1.027 μg/支，說明苯酚的釋放量隨不同樣品的變化亦較大。另外，從標準偏差上來分析，不同樣品標準偏差的差距并不大，其最大和最小標準偏差分別為0.684和0.392。

2.2.2 散點趨勢線模擬分析 不同卷煙樣品ISO抽吸模式下逐口煙氣中苯酚釋放量的散點模擬情況見圖1。由圖1可知，不同卷煙樣品在逐口抽吸過程中苯酚的釋放量隨抽吸口序的增大呈多項式（n ≥5）增加趨勢；各卷煙樣品的苯酚逐口釋放量各不相同，其中樣品B逐口釋放量最大；不同樣品的趨勢線模擬方程分別為：

yA=-0.010 7x5+0.223x4-1.719 7x3+5.936 7x2-8.309 8x1+4.074 3，R2=0.986 9；

yB=0.003 5x5-0.088 9x4+0.858 9x3-3.925x2+8.498 7x1-5.025 7，R2=0.999 3；

yC=-0.001 6x5+0.025 9x4-0.130 2x3+0.097 9x2+0.900 6x1-0.672 9，R2=0.999 9；

yD=0.002 8x5-0.070 3x4+0.665 7x3-3.008 3x2+6.562 8x1-3.831 4，R2= 0.999 2。

其R2范圍為0.986 9～0.999 9，說明卷煙逐口抽吸過程中苯酚釋放量呈顯著多項式（n≥5）增加趨勢。

2.3 ISO、MAS及HCI抽吸模式下主流煙氣苯酚逐口釋放量比較

不同卷煙樣品ISO、MAS及HCI抽吸模式下逐口煙氣中苯酚釋放量的散點模擬情況見圖2。3種抽吸模式下苯酚釋放量趨勢線模擬方程分別為：

yISO=9E-05x5-0.007 4x4+0.111 4x3-0.697 2x2+2.201 6x1-1.098 5，R2=0.994 6；

yMAS=-4E-05x5+0.001 9x4-0.030 9x3+0.153 8x2+0.240 3x1+0.654 6，R2=0.972 5；

yHCI=7E-05x5-0.002 3x4+0.028 0x3-0.213 5x2+1.135 9x1-0.098 0，R2=0.984 4。

由圖2可知，不同深度抽吸模式下苯酚的釋放量趨勢具有一定的相似性，但每口的釋放量存在不同分布，在ISO模式下苯酚逐口釋放量趨勢呈顯著多項式（n≥5）增加趨勢，并且其R2=0.994 6，曲線的擬合程度較好；在MAS抽吸模式下苯酚逐口釋放量趨勢呈多項式改變（n=5），并且在第七口以后釋放量逐漸降低，其R2=0.972 5，曲線的擬合程度一般；在HCI抽吸模式下苯酚逐口釋放量趨勢也呈多項式改變（n=5），并且也是在第七口以后逐口釋放量逐漸降低，其R2=0.984 4，曲線擬合度一般。

2.4 ISO、MAS及HCI抽吸模式下主流煙氣苯酚逐口釋放量聚類分析

對3種不同抽吸模式下主流煙氣中苯酚的逐口釋放量進行R型系統(tǒng)聚類分析，數(shù)據(jù)標準化方法采用投影（0-1）方式，聚類方式采用組間鏈接，測量區(qū)間為歐氏距離（Euclidean distance），可以研究不同口序間的特征狀況，結(jié)果見圖3。從聚類譜系圖可知，不同抽吸模式前七口抽吸特征可以分為4類，具體為：第一類是第一口；第二類是第三口；第三類是第五口、第六口和第七口；第四類是第二口和第四口。

3 小結(jié)

試驗結(jié)果表明，通過RM20H型吸煙機的逐口捕集單元可以實現(xiàn)對苯酚的逐口捕集，捕集后的濾片經(jīng)萃取及HPLC分析，可實現(xiàn)對苯酚的定量分析，其檢出限（LOD）=0.033 μg/mL，定量限（LOQ）=0.110 μg/mL，這能夠滿足普通卷煙的逐口抽吸分析要求。ISO模式下不同樣品苯酚逐口釋放量范圍為0.20～2.14 μg/支，樣品抽吸每口煙氣中苯酚的釋放量隨不同抽吸口序有較大的變化，并且不同樣品苯酚的釋放量之間也存在差異，其中樣品B苯酚釋放量最高，為1.754 μg/支。不過各樣品的標準偏差差異不大，其最大和最小標準偏差分別為0.684和0.392。

ISO模式逐口抽吸過程中苯酚釋放量呈多項式（n≥5）增加趨勢顯著，且不同樣品線性方程各自的擬合度均較高，R2范圍為0.986 9～0.999 9。3種不同深度抽吸模式下苯酚的釋放量趨勢則基本相同，在MAS抽吸模式下，苯酚釋放量趨勢呈多項式改變（n=5），并且在第七口以后釋放量逐漸降低；而在HCI抽吸模式下，苯酚釋放量趨勢也呈多項式改變（n=5），同樣在第七口以后釋放量逐漸降低。另外，不同抽吸模式下苯酚釋放量趨勢線模擬方程的擬合度均較高，R2≥0.972 5。通過R型聚類分析，可知不同抽吸模式下苯酚的逐口釋放量特征可劃歸為4類，具體為：第一類是第一口；第二類是第三口；第三類是第五口、第六口和第七口；第四類是第二口和第四口。

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