電子煙靈敏度與抽吸輕松度性能測定方法

何慶, 徐迎波, 寧勇, 周順, 張亞平, 王孝峰, 田振峰, 陳開波

1 煙草行業(yè)燃燒熱解研究重點實驗室（安徽中煙工業(yè)有限責任公司），安徽合肥 230088；2 煙草化學安徽省重點實驗室（安徽中煙工業(yè)有限責任公司），安徽合肥 230088

電子煙靈敏度與抽吸輕松度性能測定方法

何慶1,2, 徐迎波1,2, 寧勇2, 周順1,2, 張亞平1,2, 王孝峰1,2, 田振峰1,2, 陳開波1,2

1 煙草行業(yè)燃燒熱解研究重點實驗室（安徽中煙工業(yè)有限責任公司），安徽合肥 230088；2 煙草化學安徽省重點實驗室（安徽中煙工業(yè)有限責任公司），安徽合肥 230088

利用蠕動泵和壓力計的結合，以觸發(fā)抽吸流量和抽吸真空度兩項指標表征電子煙的靈敏度和抽吸輕松度性能。結果表明，觸發(fā)抽吸流量可直接反映電子煙的靈敏度性能，觸發(fā)抽吸流量越小，電子煙靈敏度越高。對于不同類型的電子煙，抽吸真空度與抽吸輕松度關系不同，整體式電子煙抽吸真空度與抽吸輕松度呈負相關，而分段式電子煙呈正相關。這與分段式電子煙的打孔稀釋有關。此外，不同規(guī)格電子煙以及同一規(guī)格的產品之間均存在不同程度的差異。這表明，目前電子煙的加工均一性還有待改進和提高。

電子煙；靈敏度；輕松度；性能

電子煙即電子尼古丁傳輸裝置，它不含煙草，主要靠將煙液霧化形成氣狀物吸入口腔[1]。電子煙一般由煙液、煙棉、霧化器和電池等部分組成。霧化器由電池桿供電，能夠把煙彈中的煙液轉變成氣霧，從而讓使用者在吸時有一種類似吸煙的感覺。電子煙氣霧的產生不經過燃燒，不產生焦油等有害成分，沒有側流煙氣，不會形成二手煙危害[2]。近年來，電子煙作為一種更加健康的吸煙方式，越來越受到消費者的青睞[3]。

從問世至今，電子煙經過了三代產品更新，主要包括一次性和可充電兩種形式的產品，其區(qū)別在于一次性電子煙電池通常不可充電，且不能更換煙液。經過近10年無序的發(fā)展，目前市場上的電子煙產品花樣繁多，但質量上良莠不齊[4,5]，特別是在抽吸感受上差異較大。這種差異性不僅體現(xiàn)在不同品牌、不同規(guī)格的產品之間，而且同一品牌、統(tǒng)一規(guī)格的電子煙產品之間也存在著不同程度的差異[6-9]。Trtchounian等[6]利用壓力計和分光光度計分別監(jiān)測了電子煙和傳統(tǒng)卷煙在抽吸過程的壓力及霧化量，結果表明，電子煙較傳統(tǒng)卷煙需要更大的抽吸真空度，也就是電子煙比傳統(tǒng)卷煙抽吸更費力。而且，他們還發(fā)現(xiàn)，電子煙的霧化量的穩(wěn)定性較傳統(tǒng)卷煙差，隨著抽吸口數(shù)的增加，電子煙霧化量下降明顯，這反映了電子煙的尼古丁、香味成分釋放都是不均勻的。在這項研究的基礎上，Williams等[9]比較了不同品牌和規(guī)格的電子煙在抽吸性能上的差異，結果表明，在不同品牌電子煙之間以及同一品牌電子煙之間，其抽吸性能均存在不同程度的差異，這反映了目前電子煙在質量控制上尚有待改進。

除了煙液口味的不同之外，電子煙抽吸感受的差異主要表現(xiàn)在靈敏度和抽吸輕松度兩個方面。這兩項指標都與電子煙煙具的結構設計以及材料選擇密切相關，直接影響抽吸感覺。同時，對于同一品牌、同一規(guī)格的產品來說，這兩項指標也反映了產品的加工均一性。目前對于靈敏度和輕松度性能的判斷只能通過吸煙者自身感覺進行判斷，因此該判斷結果與吸煙者個體有關，判斷結果模糊且并不具有客觀普遍性。但是現(xiàn)有技術中沒有針對電子煙的靈敏度和輕松度性能的測試裝置及方法，因此無法提供反映這兩個性能的直觀且客觀的測試參數(shù)。

本研究利用蠕動泵和壓力計的結合，表征電子煙的靈敏度和抽吸輕松度性能，可為電子煙產品設計和質量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

BT 600S蠕動泵（流量范圍0.006～2900mL/min，轉速范圍0.1～600 轉/min，轉速分辨率0.1轉/min，保定雷弗流體科技有限公司）；U形壓力計（壓力范圍0～500 mm水柱，河北紅星儀表廠）。

樣品選取國內線上銷售較好的一次性及可充電電子煙共5個品牌、9個規(guī)格，每個規(guī)格的樣品10支（均為氣動式“小煙”，網上購買），其中1~5#樣品為一次性整體式電子煙，電池與煙彈整體式組裝，煙彈不可替換；6~9#樣品為可充電分段式電子煙，煙彈可以拆卸更換，具體見表1。

表1 電子煙樣品規(guī)格及類型Tab. 1 Style and speci fi cations of E-cigarettes samples

1.2 方法

1.2.1 電子煙靈敏度及抽吸真空度測試方法

實驗設計了一套電子煙靈敏度及抽吸輕松度測試裝置（見圖1），裝置主要由蠕動泵、U形壓力計（水柱）、夾持器以及玻璃管組成，蠕動泵與U形壓力計以及電子煙之間通過玻璃管和軟管相連。

圖1 電子煙抽吸裝置示意圖Fig. 1 Experiment smoking device fi gure of E-cigarettes

實驗時，以10 mL/min梯度由小到大逐步調整蠕動泵流量，直到電子煙前端LED燈不間斷亮起，即判定觸發(fā)了電子煙工作，此時的蠕動泵流量即為電子煙的觸發(fā)抽吸流量(Flowmin, mL/min）；同時，對應的U型壓力計的壓差即為電子煙的抽吸真空度（Vacuum，mm水柱）。

1.2.2 電子煙抽吸輕松度評價

不考察霧化量等其他指標，只考察電子煙的抽吸難易程度。按照抽吸難易程度將電子煙抽吸輕松度分為1~10分，1分為最不輕松，10分為最輕松。感官評價組由9位專業(yè)評委組成，以傳統(tǒng)卷煙作為對照樣（10分），由全體評吸員統(tǒng)一評吸，并確定輕松度指標的分值，最小計分單位為0.5分。采用對比評吸的方法進行評價，由每位評吸人員比較試驗樣品與對照樣品抽吸輕松度差異程度，分別進行打分，結果取各評吸人員打分的均值。

2 結果與分析

2.1 不同電子煙之間靈敏度的差異

電子煙的靈敏度性能表現(xiàn)為觸發(fā)電子煙工作所需要的最小抽吸流量，觸發(fā)抽吸流量越大，靈敏度越低。實驗選擇的電子煙樣品均為氣動觸發(fā)的電子煙，這類電子煙的靈敏度不僅與電子煙氣動開關的靈敏性有關，而且受電子煙內部結構的影響。

電子煙通過氣動開關和智能芯片分別控制工作狀態(tài)和氣霧輸出。在電子煙內部，電子煙煙液通過煙棉和玻纖繩傳送到發(fā)熱絲，吸煙時，氣動開關中的氣動膜形成壓力差，觸發(fā)氣動開關，使電子煙電路連通，進入工作狀態(tài)。霧化器通過智能芯片控制，根據(jù)吸力大小達到不同程度的霧化。不難理解，氣動開關的靈敏性直接影響電子煙的性能，由于吸煙時抽吸時間很短，抽吸力度也各有不同，靈敏性差的氣動開關在氣動傳感過程中反應不夠快速、靈敏，會導致抽吸時，電子煙難以進入工作狀態(tài)。

表2給出了不同規(guī)格電子煙觸發(fā)抽吸流量和抽吸真空度的變化范圍與變異程度，可以看出，實驗樣品的觸發(fā)抽吸流量在130~610 mL/min之間， 同時，分段式電子煙（6~9#）的觸發(fā)抽吸流量普遍高于整體式電子煙（1~5#），特別是同一品牌的不同規(guī)格電子煙，如1#、2#之間，差異明顯。分析認為，對于同一品牌，可認為其氣動開關靈敏度差異不大，其差異主要是由內部結構的不同所導致。分段式電子煙一般在電池與煙彈的連接處會有打孔，影響氣流的流動和方向，從而稀釋了觸發(fā)電子煙工作的“有效氣流”，表現(xiàn)為觸發(fā)抽吸流量高于整體式電子煙。

從表中還可以看出，在靈敏度方面，不僅不同規(guī)格電子煙之間差異顯著，而且相同品牌、相同規(guī)格電子煙的個體也存在差異。不同規(guī)格電子煙之間靈敏度差異最大達到3.7倍之多，而相同規(guī)格的產品間其偏差最小也有近10%，這表明，目前市場上的電子煙產品不僅品牌間良莠不齊，而且相同品牌、相同規(guī)格產品的均一性也難有保障。

表2 不同電子煙的觸發(fā)抽吸流量和抽吸真空度范圍與變異Tab. 2 Ranges and variation in initial fl ow rate and vacuum of E-cigarettes samples

在所有實驗樣品中，3#電子煙的觸發(fā)抽吸流量均值及偏差都最?。?58±15.5 mL/min），表明了該規(guī)格電子煙樣品在靈敏度以及靈敏度的均一性上都最好。9#樣品觸發(fā)抽吸流量最大，反映了該品牌產品的靈敏度最差，而5#、7#兩個規(guī)格樣品的觸發(fā)抽吸流量變異最大，產品均一性較差。

2.2 不同電子煙之間抽吸真空度的差異

從表2可以看出，實驗樣品電子煙的抽吸真空度在8~88 mm水柱之間，不同規(guī)格電子煙的抽吸真空度差異最大可達10倍以上，分段式電子煙的抽吸真空度普遍高于整體式電子煙。分析認為，分段式電子煙電池與煙彈連接處的打孔設計，稀釋了抽吸“有效氣流”，使得相同霧化效果條件下，抽吸需要更大的真空度，也就是抽吸更費力。

在所有試驗樣品中，1~4#樣品的抽吸真空度均較小，6#樣品的抽吸真空度最大，2#樣品的抽吸真空度以及觸發(fā)抽吸流量變異均較小，反應了該規(guī)格電子煙在結構設計與加工上均一性較好。

2.3 電子煙抽吸輕松度與抽吸真空度的關系

與傳統(tǒng)卷煙類似，電子煙的抽吸輕松度性能表現(xiàn)在兩個方面：一是電子煙抽吸過程所產生的負壓，也就是口腔所需要付出的抽吸真空度；二是表現(xiàn)在抽吸的霧化量。

由于不同品牌和不同規(guī)格的電子煙之間，產品尺寸、產品材料、產品內部結構上均存在較大的差異，影響感官抽吸的判斷。但在同一品牌、同一規(guī)格電子煙之間，可以認為其煙液成分、尺寸、材料、結構設計上是一致的，霧化量不會有明顯差異。所以，為探索抽吸真空度與抽吸輕松度的關系，實驗在整體式和分段式電子煙中，各選擇1個規(guī)格（各10支樣品），整體式電子煙選擇5#，分段式電子煙選擇7#樣品，以傳統(tǒng)卷煙作為對照樣（10分），進行抽吸輕松度評價。

從表2可以看出，這兩個規(guī)格電子煙在同一規(guī)格間的抽吸真空度值波動較大，有利于進行抽吸真空度與抽吸輕松度的比較。從表3的感官評價結果表中可以看出，電子煙的抽吸輕松度較傳統(tǒng)卷煙低，這與前人的研究[6]一致，前人研究表明，與傳統(tǒng)卷煙相比，電子煙氣溶膠需要更大的空氣流速以及更長的抽吸時間才能產生。此外，7#分段式電子煙樣品的抽吸輕松度普遍低于5#整體式電子煙樣品。

表3 抽吸輕松度評價結果表Tab. 3 Sensory quality of E-cigarettes samples

圖2為這兩個規(guī)格電子煙抽吸真空度與抽吸輕松度的關系圖。從圖中可以看出，不同類型電子煙的抽吸真空度值與抽吸輕松度關系不同，整體式電子煙抽吸真空度與抽吸輕松度呈負相關，而分段式電子煙呈正相關。分析認為，與卷煙打孔稀釋類似，分段式電子煙由于也采用了打孔稀釋，抽吸真空度越小，說明打孔稀釋越多，在相同的抽吸條件下，煙氣濃度隨著打孔稀釋的增大而降低。也就是說，抽吸需要更費力才能得到相同的霧化量和滿足感，感官表現(xiàn)為輕松度越差。相反，整體式電子煙煙桿一般沒有打孔，在相同的煙支構造條件下，抽吸真空度越小，說明抽吸越順暢，感官表現(xiàn)為越輕松。

圖2 電子煙抽吸真空度與抽吸輕松度的關系圖（a:5#樣品；b:7#樣品）Fig. 2 Relation of sensory quality and pressure drop of E-cigarettes samples（a:5#，b:7#）

3 結論

實驗設計的電子煙抽吸裝置，可通過數(shù)據(jù)反應電子煙的靈敏度和抽吸輕松度兩項指標，并且可以判斷電子煙產品的加工均一性。

觸發(fā)抽吸流量能夠直接反映電子煙靈敏度，觸發(fā)抽吸流量越小，電子煙靈敏度越高。

電子煙的抽吸輕松度明顯低于傳統(tǒng)卷煙，對于不同類型的電子煙，抽吸真空度與抽吸輕松度關系不同，整體式電子煙抽吸真空度與抽吸輕松度呈負相關，而分段式電子煙呈正相關，這與分段式電子煙的打孔稀釋有關。

不同規(guī)格電子煙的靈敏度和抽吸輕松度差異明顯，同一規(guī)格電子煙之間也存在較大差異，說明電子煙產品的加工均一性還有待提高和改進。

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：HE Qing, XU Yingbo, NING Yong, et al. Determination of vaping sensibility and easiness of e-cigarettes [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2017,23(1)

*Corresponding author. Email：zhous@mail.ustc.edu.cn

Determination of vaping sensibility and easiness of e-cigarettes

HE Qing1,2, XU Yingbo1,2, NING Yong2, ZHOU Shun1,2*, ZHANG Yaping1,2, WANG Xiaofeng1,2, TIAN Zhenfeng1,2, CHEN Kaibo1,2
1 Combustion & Pyrolysis Study of Key Laboratory of China Tobacco, China Tobacco Anhui Industrial Co., Ltd., Hefei 230088, China;2 Anhui Key Laboratory of Tobacco Chemistry, China Tobacco Anhui Industrial Co., Ltd., Hefei 230088, China

The vaping sensibility and easiness of e-cigarettes (ECs) were analyzed by peristaltic pump and U-shaped water manometer.Results showed that initial flow rate parameters could directly reflect sensibility property. The less initial flow rate needed, the better sensibility performed. Different relation appeared between pressure drop and sensory ease feeling for different EC types. A positive correlation was proved for rechargeable type, while negative correlation for deposable ones. The di ff erence was correlated with air hole area in EC device. These results also showed that di ff erence in sensibility and ease feeling property existed in di ff erent speci fi cations of EC,and in products of same speci fi cation. The homogeneity of E-cigarettes production needs to be improved.

e-cigarette; sensibility; easiness; performance

何慶, 徐迎波, 寧勇，等. 電子煙靈敏度與抽吸輕松度性能測定方法[J]. 中國煙草學報，2017,23（1）

安徽中煙工業(yè)有限責任公司科技項目（2015104）

何慶（1986—），碩士，工程師，主要從事煙草化學及新型煙草制品研究，Tel: 0551-65738672，Email: qing_he0421@163.com

周順（1982—），博士，副研究員，主要從事煙草燃燒化學及新型煙草制品研究，Tel：0551-65738664，Email：zhous@mail.ustc.edu.cn

2015-12-22；< class="emphasis_bold">網絡出版日期：

日期：2017-02-03