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雾化电子烟成分 电加热雾化型电子烟烟油化学成分分析及雾化效率研究

新烟草产品是近年来出现的新烟草消费形式。与传统卷烟相比,它们越来越被消费者认可和接受,这将影响未来卷烟消费的发展趋势。新型烟草制品种类繁多,随着技术的不断发展和创新,其种类也在不断增加。在国内市场,电加热雾化型电子烟市场占有率较高,是消费者普遍接受的形式多样的产品。电加热雾化型电子烟是一种可以雾化尼古丁溶液的设备,通过模拟抽吸传统香烟,给消费者带来满意。它由锂电池(可充电)、雾化器(发热体)、烟弹(常见的烟嘴)等部件组成。根据添加和使用烟油的方式不同,电子烟可分为一次性、反复充换烟弹和反复注油。 电子烟烟油是电子烟的主要特色原料,其口味主要是烟草味、水果味、薄荷味。 烟油的成分决定了电子烟的风味和口感。同时,一些醇类化合物(如1,2-丙二醇、甘油等)不仅用作传统的卷烟保湿剂[1],还经常用作电子烟雾化器[2-3]。为了降低电子烟的甜度,常使用1,3-丁二醇作为电子烟溶剂[4]。

人们使用抽吸电子烟烟气放物满足生理感受雾化电子烟成分,电子烟烟油成分和雾化效率直接影响用户体验,对其成分和雾化效率进行研究是意义重大。关于电子烟组分分析方法及其雾化效率对比的报道很少。目前对电子烟烟油的研究主要集中在其化学成分分析[5-8]和安全性评价[9]。现有对电子烟烟油中丙二醇、甘油和尼古丁的研究主要有GC-MS、LC-MS、紫外分光光度法和热裂解-GC-MS[5,10-13]。文广和等。 [14]提出电子烟雾化液的发展思路,使电子烟的抽吸的品质更接近传统卷烟。鉴于已建立的检测方法种类繁多,各有优缺点,对其雾化效率尚无研究。本研究比较分析了溶剂萃取-GC-MS使用和顶空-GC-MS使用提供的电子烟烟油的化学成分,并研究其雾化效率。是电子烟化学成分测定产品,烟油调香提供技术支持。

1 材料和方法1.1 材料和仪器

气相色谱-质谱仪:Agilent 7890A-5975C,配备7697A顶空进样器,美国安捷伦公司;

吸烟机:20通道线性型,英国蔚蓝公司;

电加热雾化型电子烟:RN4082型,可重复添加烟油,采用4.2V充电电池加热,主要结构如图1,深圳市合元科技有限公司;

甘油、异丙醇:分析纯,西龙化工;

1,2-丙二醇、甲醇、1,4-丁二醇:色谱纯,美国J.T.Baker公司;

尼古丁:纯度≥99.0%,中国国家烟草质量监督检验中心;

庚酸甲酯:纯度≥99.5%,Dr. Ehrenstoffe GmbH,德国;

电子烟品牌18种,电子烟烟油共42种:网购买;

吸收瓶:50mL,郑州中原玻璃制品厂;

Cambridge 过滤器:Ф44 mm,英国 Whatman 公司。

雾化电子烟成分

1.烟弹(可以重复添加烟油)2.雾化器3.电池4.指示灯5.USB插头

图1 电加热雾化型电子烟结构图

图1 电加热雾化式电子烟结构

1.2 样品处理与分析

1.2.1 溶剂萃取-GC-MS 用法 准确称量0.100 g烟油,加入甲醇10 mL,待完全溶解后,取样分析。 GC-MS分析条件:色谱柱:HP-INNOWAX(30 m×0.25 mm id×0.25 μm df);进水温度:250℃;载气:He;取样方式:分流进样;分流比:10:1;进样量:1 μL;流速:1.0 mL/min;加热程序:40℃保持0.5 min,以4℃/min升至250℃,保持15 min;传输线温度:250℃;离子源温度:230℃;四极杆温度:150℃;扫描方式:全扫描;扫描范围:30~300 amu;溶剂延迟:5 分钟。

1.2.2 静态顶空-GC/MS 用法 准确称量顶空瓶中的0.050 g烟油 样品,按下瓶盖并注入样品进行分析。 GC-MS分析条件:色谱柱:HP-VOC(60 m×0.32 mm id×0.32 μm df);进水温度:250℃;分流进样,分流比5:1;载气:He;流速:1.2 mL/min;升温程序:40℃keep0.5min,以4℃/min升温至250℃电子烟哪个品牌好,保温15min;传输线温度:250℃;离子源温度:230℃;四极杆温度:150℃;扫描方式:全扫描;扫描范围:30~300 amu;溶剂延迟:5 分钟。 HS分析条件:加热炉:150℃;加热时间:40分钟;注射时间:1分钟;进样阀温度:170℃;传输线温度:200℃。

1.2.3 烟油中主要溶剂和尼古丁含量的定量分析 称取一定量的1,2-丙二醇、甘油和尼古丁,以甲醇为溶剂,参考文献[10]和 [11] 所述的制备方法制备了一系列不同浓度的标准溶液。准确称取约15.0 mg烟油,用甲醇定容至50 mL,过滤后进样分析。 GC-MS分析条件:色谱柱:HP-INNOWAX(30 m×0.25 mm id×0.25 μm df);载气:He;进样量:1 μL;进样口温度:250℃;分流比:10:1;流速:1.0 mL/min;加热程序:40℃保持0.5 min,以4℃/min升至250℃,保持15 min;传输线温度:250℃;离子源温度:230℃;四极杆温度:150℃;扫描方式:SIM卡;选择性离子:1,2-丙二醇(45,61),甘油(45,61),尼古丁(162,133))(前者为定量离子,后者为定性离子)离子);溶剂延迟:5 分钟。

1.2.4 烟雾捕捉与雾化效率分析电子烟电池充满电后(约5小时),在线性吸烟机上,按标准抽吸条件(抽吸容量35 mL电子烟哪个品牌好,抽吸持续时间2 s,抽吸间隔60 s),在温度(22±1)℃,相对湿度(60 s)抽吸[15]在±5)%的恒温恒湿环境下,将约0.44 g的电子烟烟油加入烟囱,用剑桥过滤器捕获40口烟雾放行时,称量并记录电子烟烟筒和抽吸前后夹爪的重量。

2 结果与分析2.1 电子烟烟油化学成分

通过溶剂萃取-GC-MS 使用和静态顶空-GC-MS 使用获得的电子烟烟油 色谱图分别显示在2、3 中。对得到的总离子流图进行NIST11谱库检索,分析结果如表1所示。从表1中可以看出,溶剂萃取和GC/MS共鉴定出23种化合物。 烟油中含有大量的丙二醇、甘油和尼古丁等溶剂雾化电子烟成分,以及烟草提取物(大麦的明)、呋喃、吡嗪、酮、醇等混合化合物。

与溶剂萃取-GC/MS 方法相比,静态顶空-GC/MS 方法鉴定了 42 种化合物,其中 6 种成分含量太低无法定性。从表1可以看出,在静态顶空法得到的分析结果中,与溶剂萃取法相同的组分有15个。此外,乙酸丁酯、3-甲基-1,2-环戊二酮、2,5-二酮甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮、2-甲氧基-3-(2-丙烯基)-苯酚、二氢香草醛、麦角的明C、香兰素、能 锡宁的八种成分均未检出,可能是加热温度低(150℃)所致。 烟油中的溶剂除了丙二醇和甘油外,还含有一定量的乙醇,可能是电子烟烟油中添加的香精香料带入的[15-16]。在溶剂萃取法中,质谱法的溶剂延迟时间(约5 min)可能比乙醇的峰时间长,导致乙醇检测失败。

静态顶空法的前处理过程简单、灵敏,在定性分析方面具有优势,与丁彩霞等人的研究结果一致。 [17]。但是,由于静态顶空-GC/MS 方法在 150 ℃ 加热,烟油 中的某些组分可能会发生热裂解,从而产生一些小分子量的醛和酮,它们也处于较早的峰值时间(约 5- 15分钟)出现较多醛酮的原因。考虑到该方法会产生较多的副产物,后续定量分析采用溶剂萃取-GC/MS。

实验重复3次。各组分峰面积的相对标准偏差(RSD)见表1。主要溶剂和尼古丁含量中大部分化合物的相对标准偏差为2.2 电子烟烟油

从图4可以看出,目标基本分离,各目标峰形良好。

图2 溶剂萃取-GC/MS使用得到的电子烟烟油色谱图

图2 E-cigs溶剂萃取GC-MS色谱图

雾化电子烟成分

图 3 电子烟烟油色谱图来自静态顶空-GC/MS 使用

图 3 电子烟的顶空 GC/MS 色谱图

表1烟油化学成分分析结果

表1 电子烟液化学分析(n=3)

雾化电子烟成分

化合物保留时间/分钟 溶剂萃取法 静态顶空法 峰面积百分比/% 溶剂萃取法 静态顶空法 RSD/% 溶剂萃取法 静态顶空法 乙醇-5.607-11.177-6.5 乙酸丁酯 5. 679-0.015-1.2 -丙酮-6.512-0.269-3.2 甲酸乙酯-7.053-0.101-2.41-丙醇-8.141 —0.014 —2.1 乙酸 —9.024 —0.371 —6.3 丁二酮 —9.269 —0. —5.09 —6.3 丁二酮 —0. —1239 —286 32甲基 – 呋喃9.763-0.006-12.0乙酸乙酯 – 10.140-0.162-3.5未知1-10.432-0.073-5.6异戊醛-11.953-0.012-8.3羟基丙酮-12.674-2.118-2.5未知2-13.147-0.606-6.7未知数 3-13.638-0.226-8.12,5-Dimethyl-furan-14.107-0.008-2.92,2,4-Trimethyl-1,3-dioxolane-14.813-0.047—3.0 二乙醇—14.910—35-0.01三甲基吡嗪 14.86328.626260.0140.2129.63.92,3,5,6 -四甲基吡嗪 16.98932。 27600.0390。 5268.78.22-Ethoxypropanol-18.886-0.459-3.8 未知 4-19.875-0.252-9 .4 Furfural-20.802-0.015-5.8 丙二醇 21.67117.63659.3632-Ethylene-glycol 21.67117.63659.3632.1-乙二醇二乙二酯-乙二醇 20.875-0.252-982.392.382.382.382.302.32.32.32.32.4-19.875-0.252-93.4 Furfural-20.802-0.015-5.8-Ethoxypropanol-18.886-0.459-3.82.4-20.802-0.015-5.8

续表 1

雾化电子烟成分

化合物保留时间/min 溶剂萃取法 静态顶空法峰面积百分比/% 溶剂萃取法 静态顶空法 RSD/% 溶剂萃取法 静态顶空法 间二甲苯-22.330-0.008-7 .6 未知 5-22.534- 0.153-8.2 未知 6-23.115-0.058-8.62,6,6-Trimethyl-2-cyclohexene-1,4-Diketone 23.59035.1540.0760.4249.15.7 p-Xylene-23.608-260171γ-26-Val.161γ-T -6.4β-马来西亚酮 26.82345。 1920.0090.1102.75.33-甲基-1,2-环戊二酮 27.473-0.075-8.0-尼古丁 28.0543.3427.2396.3665。 97.23-吡啶甲醛-29.078-0.010-1.8 苯醇 29.55533.87100.0700.0337.58。 9 Methylcyclopentenolone-29.924-0.339-8 .32-Acetylpyridine-30.327-0.128-3.4 Maltol 30.87734.0100.0200.064.02.92, 5-Dimethyl-4-羟基-呋喃-3(3275H)-3-27H5-甲基-3-3-27H20-3(30-272H20-207H) .24550.9110.0040.0094.24.62甲氧基-3-(2-丙烯基) – 苯酚35.734- 0.016-9.4麻四明36.04146.3710.0240.0109.73.5 Macrostigmine B36.21851.3610.0120.0082.67.9 Dihydrovanillin 38.076 -0.005-5.7-Macrostigmatrienone C38 .413-0.007-8.0-甘油 39.81027.68337。 5445. 5275.93。 8 吲哚 41.78041.4080。 0150.013.5.49.72,3′-联吡啶 42.11250.1520.0110.0041.82.9 三环萜烯-42.749-0.029-3.75-羟甲基糠醛 43.07138。 0210.0090.0047.68.9 Eugenol-43.126-0.067-8.5 Vanillin 44.213-0.058-3.1-Caryophyllene-45.803-0.077-2 .9 可替宁 49.50—126-0.067-8.5 乳酮 49.50—126-0.067-8.5.2.5-1-5-0.25-2.5-2.5-2-二氢丁酮内酯

雾化电子烟成分

图4 丙二醇(20.875 min)、尼古丁(27.933 min)和1,2-甘油(39.097 min)的提取离子色谱图

图 4 丙二醇(20.875 min)、尼古丁(27.933 min)和甘油(39.097 min)的提取离子色谱图

从 6 个样品的含量计算相对标准偏差并评价方法的重复性。结果见表2。从表2中可以看出,该分析方法的相对标准偏差在3%以下,表明该方法具有良好的重复性。加入与样品实际浓度相当的标准物质,用甲醇稀释至刻度,平行处理3个样品,计算方法回收率,1,2-丙二醇的平均回收率、甘油和尼古丁均在95%以上,适用于电子烟烟油中1,2-丙二醇、甘油和尼古丁含量的分析。测定结果表明,1,2-丙二醇含量最高(588.5 mg/g),其次是甘油(290.2 mg/g),尼古丁含量为10. 4毫克/克。三者总含量为889.1 mg/g,占电子烟烟油的88.91%。

表 2 标准曲线、相对标准偏差(RSD)和回收率

表 2 标准曲线、相对标准偏差 (RSD) 和回收率

雾化电子烟成分

复合回归方程的浓度范围/(mg·L-1)相关系数R2含量/(mg·g-1)RSD/%(n=6)回收率/%(n =3) 1,2-丙二醇Y = 0.0072X + 11.2810〜10000.9998588.51.018.5甘油Y = 0.0240X + 15.30910〜5000.9987290.22.9696.2尼古丁Y = 0.0013X + 0.4220.5〜25.00.999310.42.4099.1

2.3 电子烟烟油雾化效率研究

根据标准抽吸条件,分析电子烟抽吸前后的权重变化和烟油雾化效率,结果见表3、4。由表4可知,5组电子烟烟油的雾化效率为11.58%~12.25%,平均雾化效率为11.99%,每口平均雾化效率为11.58%~12.25%。化学效率为0.3%。其中,5套样品架平均增重为0.056 48 g,烟囱平均失重为0.053 48 g。可以看出,支架的增重仅与烟囱的增重0.003 g不同,进一步说明大部分烟气排放被完全捕获。

表3电子烟抽吸前后夹爪重量变化

表 3 吸电子烟前后吸嘴重量变化

雾化电子烟成分

Project抽吸前/g抽吸后/g 增加重量/g 夹持器 A41.591841.64630.0543 夹持器 B41.631441.68320.0518 夹持器 C40 .733740.75656565656565656073夹持器 E40.751940.80750.0556

表4电子烟抽吸前后烟重变化及雾化效率

表4烟囱重量变化与电子烟液雾化效率

雾化电子烟成分

Project抽吸前/g 自重添加烟油后重烟油 added amount抽吸后/g 减重/g 雾化效率/% 烟囱 A3.9774.44180。 44414.38860.053211.98烟囱B3.96134.40080.43954.34990.050911.58烟囱C4.12204.57960.45764.52450.055112.04烟囱D4.0643.4310.43884.44990.053212.12烟囱E4.13414.58320.44914.52820.055012.25

3 结论

本研究采用溶剂萃取-GC-MS和顶空-GC-MS对电子烟烟油的化学成分进行分析,并对两种方法进行比较分析。研究发现,静态顶空法是有效的,前处理过程简单,在定性分析上具有优势,但会发生热裂解,产生一些小分子量的醛类和酮类。因此,溶剂萃取-GC/MS更适用于定量分析。

电子烟烟油的溶剂(丙二醇、甘油)和尼古丁含量较高,其中1,2-丙二醇含量最高(588.5 mg/g),其次是丙烯乙二醇酒精(290.2 mg/g),尼古丁含量为10.4 mg/g。三者总含量为889.1 mg/g,占电子烟烟油的88.91%。在标准抽吸条件下,电子烟的平均雾化效率为11.99%,每口平均雾化效率为0.30%。如果雾化器比例、抽吸体积、口数、间隔发生变化,电子烟的雾化效率也可能发生相应的变化,需要进一步研究确认。

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