电子烟抽吸模式和参数对烟气总粒相物传输量的影响

2016年6月第49卷第6期烟草科技TobaccoScience&TechnologyJun.2016Vol.49No.6电子烟抽吸模式和参数对烟气总粒相物传输量的影响金吉琼1，张怡春2，张元杰2，郑赛晶2，顾文博*21.上海牡丹香精香料有限公司，上海市浦东新区孙桥路1067号2012002.上海烟草集团有限责任公司技术中心，上海市长阳路717号200082摘要：为探索不同抽吸参数下电子烟烟气总粒相物（TPM）传输量的变化，考察了ISO和加拿大卫生部深度抽吸（HCI）2种抽吸模式、3种抽吸曲线、2~5s抽吸时间和1~100口抽吸口数对电子烟主流烟气中TPM传输量的影响。结果表明：①抽吸时间和电子烟TPM的产生速率是影响电子烟传输量的主要因素，其他抽吸参数对电子烟烟气传输量影响的程度较小。②较高的抽吸气流速率易使电子烟电热丝的工作温度低于烟液中主要溶剂之一——甘油的沸点，从而降低烟气传输量。③单口电子烟烟气TPM随抽吸口数序号的增大而明显递减。电子烟应以3~4s抽吸持续时间、矩形抽吸曲线、55mL抽吸容量及缓慢平稳的抽吸方式收集抽吸1~30口的TPM进行烟气分析。关键词：电子烟；抽吸模式；总粒相物；传输量中图分类号：TS411.2文献标志码：A文章编号：1002-0861（2016）06-0065-06Effectsofsmokingregimenandparameterone-cigaretteTPMdeliveryofitsaerosolJINJiqiong1,ZHANGYichun2,ZHANGYuanjie2,ZHENGSaijing2,GUWenbo*21.ShanghaiPeonyFlavorsandFragrancesCo.,Ltd.,Shanghai201200,China2.TechnologyCenter,ShanghaiTobaccoGroupCo.,Ltd.,Shanghai200082,ChinaAbstract:ToevaluatetheinfluencesofdifferentpuffingparametersonTPMdeliveryinaerosolofe-cigarettes,theTPMsreleasedfrome-cigaretteswerecollectedunderISOandHealthCanadaIntensive(HCI)smokingregimens,using3puffingprofilesconsistingofpuffingtimeof2-5sperpuffand1-100puffs.Threetypesofe-cigarettewereusedinthisstudy:twowererechargeableandonewasdisposable.Theresultsshowedthat:1)ThemajorfactorsaffectingtheTPMdeliverywerepufftimeandtheTPMreleasingrateofe-cigarettes,whiletheeffectsoftheotherpuffingparameterssuchaspuffingdurationwereslight.2)Fastpuffingairflowtendedtodecreasetheworkingtemperatureofelectricheatingcoilinthecartridgeofthee-cigarette,sometimesevenbelowtheboilingpointofglycerol,whichresultedinlowsmokedelivery.3)TheTPMdeliveryofe-cigarettedecreasedgraduallywiththeproceedingpuffs.Therefore,theappropriatesmokingregimenfortheaerosolanalysisofe-cigarettewaspuffingtime3-4s,rectangularpuffingprofile,puffvolume55mLandcollectingtheTPMof1-30puffs.Keywords:E-cigarette;Smokingregimen;Totalparticulatematter（TPM）;Delivery收稿日期：2015-07-24修回日期：2016-02-06作者简介：金吉琼（1987—），女，硕士，工程师，主要从事卷烟烟气分析及电子烟抽吸方法的研究。E-mail:[e-mail]；*通讯作者：顾文博，E-mail:[e-mail]引文格式：金吉琼，张怡春，张元杰，等.电子烟抽吸模式和参数对烟气总粒相物传输量的影响［J］.烟草科技，2016，49（6）：65-70.（JINJiqiong,ZHANGYichun,ZHANGYuanjie,etal.Effectsofsmokingregimenandparameterone-cigaretteTPMdeliveryofitsaerosol［J］.TobaccoScience&Technology，2016，49（6）：65-70.）DOI:10.16135/j.issn1002-0861.20160610电子烟［1］（Electroniccigarette，简称E-cig）是一种烟碱传输装置（Electronicnicotinedeliverysystem，简称ENDS），主要由电池、雾化器和烟弹等元器件组成。电子烟通过人为抽吸产生的气流触发电子烟的电池供电，加热电子烟烟弹内的烟液产生气溶胶，以仿真模拟传统卷烟的抽吸行为［2-3］。由于电子烟在抽吸过程中不燃烧烟丝，也没有燃烧过程，有害成分的释放量低于传统卷烟［4-5］，因2016年烟草科技此已成为新型烟草制品的主流产品之一。传统卷烟烟气释放量和抽吸模式的相关研究开展较早，研究认为抽吸参数将显著影响烟气的释放量［6-8］。目前国际烟草权威机构还未公布电子烟的标准抽吸模式，且抽吸参数是否影响电子烟烟气传输效率的相关研究也较少［9-10］。Taylor［11］研究表明ISO和加拿大深度抽吸（HCI）两种抽吸模式下，电子烟烟气中烟碱和总粒相物（TPM）的变化量远小于传统卷烟的检测结果。由于市售电子烟品牌众多，其内部结构、电池强度和烟液成分都不尽相同，因此亟待建立科学统一的电子烟抽吸标准，以有效质控和评价电子烟相关产品。因此，基于电子烟的工作原理，探索了抽吸模式、抽吸持续时间和抽吸口数对电子烟烟气传输量的影响，揭示了影响电子烟传输量的关键因素，旨在为电子烟的产品设计和质控方法提供参考。1材料与方法1.1材料、试剂和仪器选用A、B、C3种电子烟样品（表1），A、C为国内产品，B为国外产品。所有样品在检测前都经吸阻分选，保证实验样品的吸阻值一致，确保检测数据的稳定性。所有可续充电池在实验前确保充电已满。异丙醇（色谱纯，美国Sigma-Aldrich公司）；反式茴香脑（内标，98.5%，日本TCI公司）。SM450直线型20通道吸烟机（英国Cerulean公司）；热电偶温度传感器（自制）；DX208温度显示仪（日本理化RKC公司）；XP205电子天平（感量0.00001g，瑞士Mettler公司）；D63吸阻分选仪（法国Sodim公司）；7890A气相色谱仪（美国Agilent公司）；44mm剑桥滤片（德国GE公司）。1.2方法1.2.1电子烟主流烟气粒相物的捕集电子烟的抽吸环境条件参考ISO3402［12］的方法，实验测试环境的温度和相对湿度分别控制为（22±2）℃、（60±5）%，大气压为（96±10）kPa。参考ISO3308［13］及HCI［14］规定的条件抽吸电子烟样品A，参考ISO4387［15］的方法采用单片剑桥滤片捕集电子烟共抽吸10口所释放的主流烟气粒相物。1.2.2电子烟烟液和烟气中烟碱的检测参考ISO10315［16］的方法测定电子烟TPM和烟液中烟碱的量，将捕集有电子烟烟气粒相物的剑桥滤片和电子烟烟液分别转移至100mL圆底烧瓶中，并加入20mL含内标的异丙醇溶液，振荡萃取30min，取1mL溶液进行GC分析。GC分析条件为：色谱柱：DB-WAX毛细管色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm）；进样口温度：250℃；检测器温度：250℃；载气：高纯氦气；氦气流量：40mL/min；进样量：1μL；恒流模式，不分流进样；柱温箱升温程序：初始温度170℃，保持6min。1.2.3电子烟抽吸模式为探究电子烟的较佳抽吸方式，参考卷烟的ISO［13］和HCI［14］抽吸模式，考察了该两种抽吸模式下抽吸电子烟的可行性。两种抽吸模式的具体参数见表2。1.2.4电子烟工作温度测量参考郑赛晶等［17］采用温敏型热电偶检测卷烟内部动态温度的方法，使用该设备检测电子烟在工作状态下电热线圈的温度，检测方法示意图如图1所示。2结果与讨论2.1抽吸模式对电子烟传输量的影响ISO和HCI两种抽吸模式下，剑桥滤片对电子烟主流烟气粒相物捕集效率的考察结果如表3所表1电子烟产品信息Tab.1Informationonthethreee-cigaretteproductstested电子烟样品ABC产品类型烟弹可更换、电池可续充一次性烟弹可填充、电池可续充表2ISO及HCI抽吸模式的抽吸参数Tab.2PuffingparametersofISOandHCIsmokingregimens抽吸模式ISOHCI抽吸容量/mL35±0.355±0.5抽吸频率/s60±0.530±0.5抽吸持续时间/s2±0.022±0.021.电子烟烟支2.热电偶探针检测电子烟烟弹内部电热丝工作温度局部放大图3.热电偶探针4.三通阀5.橡胶软管6.吸烟机的抽吸引擎7.热电偶温度显示仪图1检测电子烟电热线圈温度方法示意图Fig.1Schematicdiagramformeasuringtemperatureofelectricheatingcoilinsidethecartridgeofe-cigarette··66第49卷第6期金吉琼，等：电子烟抽吸模式和参数对烟气总粒相物传输量的影响示。在两种抽吸模式下，滤片的捕集率均可达97%以上。考虑到电子烟抽吸过程中，滤片可能会吸附气流中水分从而增加捕集效率，实验分别比较了滤片水分在烟气TPM中的质量百分比以及烟液中水分的质量百分比。由表3可知，HCI模式下烟气的含水率为1.97%，近似于电子烟烟液的含水率1.95%；而ISO抽吸模式下烟气含水率为2.34%，高于电子烟烟液的含水率0.39百分点。因此，采用单片剑桥滤片捕集TPM可能存在吸附过多水分的现象，但其增量不足以较大程度地影响捕集效率的实验结果。因此，实验中均采用单片剑桥滤片捕集电子烟主流烟气粒相物。还比较了电子烟以ISO抽吸模式抽吸1~10口后，烟气和烟液中烟碱的质量百分比，结果见表4。3种电子烟烟液与烟气中烟碱的质量百分比近似一致，且烟气中烟碱量随TPM释放量的增加而上升，两者的变化呈正相关性。说明烟气中烟碱传输量决定于烟液中的烟碱浓度。因此，以TPM释放量表征电子烟烟气传输量具有可行性和代表性，其研究结论也适用于烟气中烟碱传输过程。抽吸曲线是抽吸模式中的重要参数之一，是监测抽吸过程中单位时间内通过烟蒂后端的气流量，以该气流量对应时间绘制的曲线图形［13］；通常包括矩形、钟形及三角形3种抽吸曲线，其中，矩形和钟形2种抽吸曲线已被广泛研究［14,18］。国内外针对电子烟使用者的抽吸行为研究发现，相比于传统卷烟，抽吸电子烟有慢速的抽吸速率、较长的抽吸时间和较短的抽吸频率等特点［19］。因此，分别考察了样品A在矩形、钟形及三角形抽吸曲线下，以ISO和HCI2种抽吸模式抽吸1~10口的TPM，结果如表5所示。两种抽吸模式下，电子烟以矩形曲线抽吸时的TPM释放量均高于钟形和三角形曲线下TPM