兩種電子煙氣溶膠中1,2-丙二醇、丙三醇、煙堿及甲醛的逐口釋放行為

黃 平，黃建國，文雅萍，孫建華，尹新強，代遠剛，郭小義，王志國，龔淑果*

1.湖南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，長沙市勞動中路386號 410007 2.湖南師范大學化學化工學院，長沙市岳麓區(qū)麓山路286號 410081

目前，新型煙草制品主要有無煙氣煙草制品、加熱不燃燒卷煙和電子煙，與傳統(tǒng)煙草制品相比，新型煙草制品大大減少了吸煙對消費者及周圍人群的危害［1-2]。電阻絲霧化電子煙是由智能芯片控制電流輸出，致使電阻絲發(fā)熱，將電子煙煙液霧化供消費者吸食，是目前世界上使用范圍最廣、產(chǎn)品種類最多的一種電子煙。

當前對電阻絲霧化電子煙的研究最多，氣溶膠分析主要涉及煙霧量分析、粒徑分析、煙氣主成分分析、安全性分析等多個方面［3-7]。李壽波等［3]基于電子煙氣溶膠光學特性建立了利用透光率定量表征煙霧量的方法，利用煙霧量測試系統(tǒng)考察了不同抽吸參數(shù)、煙液溶劑、工作電壓和電阻對煙霧量的影響。王詩太等［4]采用電子低壓沖擊儀分別測試了常見醇類溶劑在相同霧化條件下的煙霧顆粒粒徑分布，研究了煙液中1,2-丙二醇和丙三醇的配比對電子煙霧化氣溶膠粒徑分布的影響。韓敬美等［5]研究了電子煙氣溶膠中關鍵成分的逐口釋放規(guī)律，發(fā)現(xiàn)電子煙氣溶膠中煙堿、甘油和丙二醇的逐口釋放量與抽吸口序之間存在一定相關性。段沅杏等［6]建立了同時檢測電子煙煙氣釋放物中1,2-丙二醇、1,3-丁二醇、丙三醇、二甘醇和三甘醇的GC-MS方法，并測定了16種電子煙樣品。Jensen等［7]對覆蓋有丙二醇或甘油的線圈進行加熱后，使用NMR光譜分析其產(chǎn)物，檢測出縮水甘油、丙烯醇、二羥基丙酮、丙烯醛和乳醛等物質(zhì)。從國內(nèi)外的電子煙氣溶膠安全性研究文獻和電子煙產(chǎn)品準入法規(guī)中可以發(fā)現(xiàn)，氣溶膠中的羰基化合物最受關注。近幾年，將超聲波技術應用于電子煙的霧化，形成了超聲波霧化電子煙。超聲波霧化電子煙因霧化時溫度較低，產(chǎn)生的羰基物量小于傳統(tǒng)電阻絲霧化電子煙，對吸煙者危害更小。作為一種新型的電子煙霧化技術，尚未見相關的研究報道。因此，以超聲波霧化電子煙和電阻絲霧化電子煙為研究對象，利用轉盤型吸煙機進行煙氣逐口抽吸和濾片捕集，研究兩種電子煙煙氣主成分的逐口釋放情況，旨在了解電子煙煙氣成分的逐口釋放行為和探索霧化機理，為該類產(chǎn)品的研發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

一次性注液式電子煙（簡稱電阻絲霧化電子煙）及配套電池（電阻絲電阻約3.15Ω，電池電壓3.7 V，深圳市合元科技有限公司）；超聲波霧化電子煙及配套電池（功率12～15 W，深圳市湘元科技有限公司）。

RM20H轉盤型吸煙機（配置逐口捕集單元，德國Borgwaldt KC公司）；7890A氣相色譜儀+FID檢測器、1260高效液相色譜儀+DAD檢測器（美國Agilent公司）；BSA224S-CW電子天平（感量0.000 1 g，德國Sartorius公司）；Milli-Q50超純水儀（美國Millipore公司）；HY-6雙層調(diào)速振蕩儀（常州國華電器有限公司）；44 mm劍橋濾片（德國Borgwaldt KC公司）。

1.2 方法

1.2.1 吸煙機改造

轉盤型吸煙機的改造參照文獻［8]的方法進行，去掉煙灰收集托盤，增加器具的承載及夾持部件，在操作軟件上禁用傳統(tǒng)卷煙的上煙、點火等模塊，保留抽吸功能。

1.2.2 電子煙液中1,2-丙二醇、丙三醇和煙堿的檢測

配制煙堿質(zhì)量分數(shù)為10 mg/g，1,2-丙二醇（PG）與丙三醇（VG）質(zhì)量比為3∶7、5∶5、7∶3的3種電子煙液，分別注入兩種電子煙中。參照文獻［8]的方法檢測3種電子煙液中1,2-丙二醇、丙三醇和煙堿的質(zhì)量分數(shù)。

1.2.3 電子煙抽吸

又到一年冬供時，甘肅、青海、西藏近千萬人口今冬明春能否溫暖過好日子？天然氣資源能否充沛保障？“保供峰值期每天1800萬立方米天然氣外輸量不打折扣?！鼻嗪Ｓ吞锝o出了鏗鏘有力的答案。

參照文獻［5]的方法抽吸電子煙，抽吸曲線為方形波，抽吸容量為55 mL，抽吸持續(xù)時間為3 s，間隔時間為30 s。每種電子煙液準備10支電子煙，將每支電子煙的15口抽吸分別累積捕集在不同濾片上，即每張濾片上捕集相同抽吸口序的電子煙氣溶膠（共10口）。

1.2.4 電子煙氣溶膠中1,2-丙二醇、丙三醇和煙堿的檢測

參照文獻［8]的方法檢測電子煙氣溶膠中1,2-丙二醇、丙三醇和煙堿。

1.2.5 甲醛的檢測

參照行業(yè)標準［9]的方法檢測電子煙氣溶膠中的甲醛。

2 結果與討論

2.1 霧化器工作方式

2.1.1 電阻絲加熱霧化器

電子煙液經(jīng)過電阻絲纏繞的導油棉時，受熱汽化后冷凝產(chǎn)生煙霧，通過氣流到達抽吸者的口腔或肺中［5]，電阻絲的加熱溫度和電子煙液的配比是影響霧化的主要因素。

2.1.2 超聲波霧化器

導油棉上的電子煙液受霧化片高頻振蕩的影響，液滴掙脫表面張力形成煙霧，通過氣流到達抽吸者的口腔或肺中，霧化片振蕩頻率、霧化片振蕩時的溫度、電子煙液配比及表面張力（1,2-丙二醇和丙三醇的表面張力與黏度成正線性相關）是影響霧化的主要因素。一般情況下，表面張力和黏度隨著溫度的升高而降低。

2.2 考察指標的選擇

采用轉盤型吸煙機對電子煙進行逐口抽吸時，由于濾嘴夾持器到劍橋濾片之間有一段金屬通道，此通道對煙霧有冷凝作用。在不清楚煙霧中各組分冷凝效果的情況下，不宜考察1,2-丙二醇和丙三醇比例的逐口變化情況，而適宜考察氣溶膠捕集量和捕集物中主要組分質(zhì)量分數(shù)的逐口變化情況。

2.3 電子煙液組分的質(zhì)量分數(shù)

配制的煙堿質(zhì)量分數(shù)為10 mg/g、PG與VG質(zhì)量比為3∶7、5∶5、7∶3的3種電子煙液的組分分析結果如表1所示。

2.4 氣溶膠捕集量的逐口變化

以抽吸前后捕集器的質(zhì)量差作為氣溶膠捕集量（ACM），計算得到1支電子煙對應不同抽吸口數(shù)序號的捕集量。由圖1可以看出，①超聲波霧化電子煙的氣溶膠捕集量高于電阻絲霧化電子煙。②隨電子煙液中1,2-丙二醇比例的增大，電阻絲霧化電子煙氣溶膠捕集量也逐漸增加，而1,2-丙二醇和丙三醇比例為5∶5和7∶3的超聲波霧化電子煙氣溶膠捕集量基本相同且最高。③隨抽吸口數(shù)序號的增大，電阻絲霧化電子煙氣溶膠捕集量變化不大；而超聲波霧化電子煙氣溶膠捕集量逐漸增加，前2口增加幅度最大，第11口后，增加的趨勢變平緩。可能是振蕩時產(chǎn)生的熱量由霧化片中心逐漸傳遞到導油棉的煙液中，使煙液的表面張力變小，從而促使氣溶膠捕集量逐漸增加。

2.5 煙堿釋放量的逐口變化

煙氣中煙堿的逐口抽吸分析結果如圖2所示?？梢钥闯?，隨抽吸口數(shù)序號的增大，電阻絲霧化電子煙煙堿釋放量變化不大；而超聲波霧化電子煙煙堿釋放量逐漸增加，第9口后，煙堿釋放量增加的趨勢變平緩。

2.6 1,2-丙二醇的逐口釋放

2.6.1 1,2-丙二醇釋放量的逐口變化

煙氣中1,2-丙二醇的逐口抽吸分析結果如圖3所示。可以看出，隨抽吸口數(shù)序號的增大，電阻絲霧化電子煙1,2-丙二醇釋放量變化不大；而超聲波霧化電子煙1,2-丙二醇釋放量整體上逐漸增加，第9口后，1,2-丙二醇釋放量增加的趨勢變平緩。

2.6.2 1,2-丙二醇所占比例的逐口變化

將同樣條件下1,2-丙二醇釋放量與氣溶膠捕集量的比值稱為1,2-丙二醇所占比例。煙氣中1,2-丙二醇所占比例的逐口抽吸分析結果如圖4所示。可以看出，隨抽吸口數(shù)序號的增大，電阻絲霧化電子煙1,2-丙二醇所占比例變化不大；而超聲波霧化電子煙1,2-丙二醇所占比例第1口最大，并且超過了1,2-丙二醇在電子煙液中的比例，從第2口開始，1,2-丙二醇所占比例的變化趨于平穩(wěn)。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是第1口的霧化以超聲波振蕩為主，霧化片產(chǎn)生的熱量還未傳遞至煙液，使表面張力相對較小的1,2-丙二醇更多地霧化出來。

2.7 丙三醇的逐口釋放

2.7.1 丙三醇釋放量的逐口變化

煙氣中丙三醇的逐口抽吸分析結果如圖5所示。可以看出，隨著抽吸口數(shù)序號的增大，電阻絲霧化電子煙丙三醇釋放量變化不大；而超聲波霧化電子煙丙三醇釋放量逐漸增加，前4口增加幅度較大，第9口后，丙三醇釋放量增加的趨勢變平緩。

2.7.2 丙三醇所占比例的逐口變化

煙氣中丙三醇所占比例的逐口抽吸分析結果如圖6所示?？梢钥闯?，隨抽吸口數(shù)序號的增大，電阻絲霧化電子煙丙三醇所占比例變化不大；而超聲波霧化電子煙丙三醇所占比例第1口最小，前4口呈增加趨勢，第4口以后丙三醇所占比例的變化趨于平穩(wěn)。這種現(xiàn)象與丙二醇所占比例的變化相反，但可能的原因是相似的，第1口的霧化使表面張力相對較大的丙三醇更少地霧化出來，隨霧化片產(chǎn)生熱量的不斷傳遞，煙液溫度升高，丙三醇表面張力降低，霧化出的丙三醇增加，使氣溶膠捕集量也逐漸增加，最后達到穩(wěn)態(tài)。

2.8 甲醛的逐口釋放

2.8.1 甲醛釋放量的逐口變化

有研究表明，電子煙氣溶膠中甲醛的釋放主要與丙三醇的加熱裂解反應有關［7]，霧化溫度越高，釋放量越大；相同溫度下，丙三醇比例越高，釋放量也越大。為考察電阻絲霧化電子煙與超聲波霧化電子煙甲醛釋放量的逐口變化情況，選擇PG∶VG=5∶5的電子煙液為對象，分析結果見圖7?？梢钥闯?，隨抽吸口數(shù)序號的增大，電阻絲霧化電子煙甲醛釋放量緩慢增加；而超聲波霧化電子煙甲醛釋放量前4口基本較低且保持不變，第5口開始快速增加，第9口后，增加的速度變慢。超聲波霧化電子煙穩(wěn)態(tài)的霧化片溫度為150℃左右，低于電阻絲霧化電子煙的霧化溫度，因而超聲波霧化電子煙甲醛釋放量少于電阻絲霧化電子煙。

2.8.2 甲醛所占比例的逐口變化

煙氣中甲醛所占比例的逐口抽吸分析結果如圖8所示。可以看出，①隨抽吸口數(shù)序號的增大，電阻絲霧化電子煙甲醛所占比例前5口有些波動，第5口后，整體變化不大；而超聲波霧化電子煙甲醛所占比例前4口基本保持不變，第5口至第8口逐漸增加，第8口后，變化趨于平穩(wěn)。②超聲波霧化電子煙甲醛所占比例（約0.05%）小于電阻絲霧化電子煙（約0.27%）。

3 結論

①隨抽吸口數(shù)序號的增加，電阻絲霧化電子煙氣溶膠釋放穩(wěn)定性好于超聲波霧化電子煙。②受超聲波振蕩和霧化片加熱的雙重作用，超聲波霧化電子煙氣溶膠捕集量、1,2-丙二醇釋放量、丙三醇釋放量、煙堿釋放量隨抽吸口數(shù)序號的增大均呈現(xiàn)出先增加后逐漸平穩(wěn)的變化趨勢；超聲波霧化電子煙開始抽吸時出現(xiàn)1,2-丙二醇所占比例偏高和丙三醇所占比例偏低的現(xiàn)象，后續(xù)抽吸丙三醇所占比例逐漸增大，最后1,2-丙二醇和丙三醇所占比例達到穩(wěn)定狀態(tài)。③由于超聲波霧化電子煙霧化片溫度低于電阻絲的加熱溫度，所以超聲波霧化電子煙甲醛釋放量和甲醛所占比例均小于電阻絲霧化電子煙，其中甲醛所占比例約為電阻絲霧化電子煙的1/5。本研究結果可為電子煙的研發(fā)提供參考。