Influence du profil d'émission de la cigarette électronique par le rapport du glycérol au propylène glycol dans la composition du e liquide

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Influence du profil d'émission de la cigarette électronique par le rapport du glycérol au propylène glycol dans la composition du e liquide

RÉSUMÉ

L'utilisation des cigarettes électroniques (E-cig) est populaire en raison de la perception qu'elles sont moins addictives et plus sûres par rapport aux cigarettes traditionnelles. Néanmoins, il existe encore des effets nocifs associés aux produits chimiques émis par l'E-cig. L'identification des sources des composés émis peut être difficile en raison des différences dans la conception des appareils E-cig et de la variabilité de la composition des liquides E-cig utilisés dans ces appareils. Dans cette étude, les profils d'émission des e-liquides sans impuretés contenant uniquement du propylène glycol et du glycérol dans divers pourcentages ainsi que deux e-liquides disponibles dans le commerce ont été évalués à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS). Cette approche d'étude permet d'élucider les voies de transformation des principaux composés émis sans les effets de confusion des impuretés existantes ou des ingrédients aromatiques ajoutés aux e-liquides. L'analyse des phases vapeur des émissions d'E-cig a détecté des substances toxiques telles que l'acétaldéhyde, l'acroléine, le benzaldéhyde, ainsi que des composés de benzène, de toluène, d'éthylbenzène et de xylène (BTEX). La quantité de glycérol dans les e-liquides a un effet majeur sur la concentration de ces composés dangereux émis car la concentration de ces produits chimiques a augmenté avec l'augmentation du pourcentage de glycérol dans le e-liquide. L'acétaldéhyde et l'acroléine ont augmenté de 175 fois et 28 fois, respectivement, lorsque la composition de glycérol a été augmentée de 0 à 80 %. Le benzaldéhyde, le naphtalène, l'éther diphénylique et le glycérol ainsi que le menthol et la nicotine qui étaient présents dans les e-liquides commerciaux ont également été détectés dans les condensats d'aérosols. Les données de l'impacteur en cascade sur la distribution de la nicotine et du menthol dans différentes fractions de taille de > 2.5 à < 2.5 μm permettent d'estimer l'étendue du dépôt de substances toxiques dans différentes parties du système pulmonaire, y compris la région de l'oropharynx, la trachée ainsi que à l'intérieur des alvéoles et des bronchioles. En résumé, les utilisateurs d'E-cig sont exposés à des produits chimiques nocifs même si les E-liquides ne contiennent que du propylène glycol et du glycérol sans arômes, ni nicotine, ni impuretés. De plus, cette étude montre que les e-liquides contenant des pourcentages plus élevés de glycérol produiront des niveaux plus élevés de substances toxiques par rapport aux e-liquides avec des pourcentages similaires de propylène glycol. Cette découverte a des implications importantes pour les vendeurs et les fabricants de cigarettes électroniques, les consommateurs et les organismes de réglementation.

INTRODUCTION

Les cigarettes électroniques (E-cig) sont des appareils à fumer alimentés par batterie qui créent des aérosols contenant de la nicotine et des agents aromatisants en chauffant des e-liquides. Actuellement, l'E-cig est très populaire parmi les jeunes et les jeunes adultes, avec une augmentation marquée chez les collégiens et les lycéens.1 La popularité de l'E-cig est due à diverses raisons et perceptions : (1) L'E-cig est plus sûr que les cigarettes conventionnelles parce que les e-liquides sont composés de différentes proportions de propylène glycol (PG), de glycérol et de substances aromatisantes classées comme « généralement reconnues comme sûres » (GRAS) par la Food and Drug Administration des États-Unis, c'est-à-dire la FDA ;2 (2 ) L'e-cig libère moins de nicotine et d'autres toxines liées à la fumée[1] ;3 (3) Les e-liquides sont disponibles en différentes saveurs qui plaisent aux jeunes ;4 et (4) L'utilisation de l'e-cig peut aider à arrêter de fumer. 5 Apparemment, l'utilisation de l'E-cig est devenue la forme de tabagisme la plus couramment utilisée aux États-Unis, 3.7 % des adultes (environ 9 millions) étant des utilisateurs réguliers d'E-cig.

Les données de recherche existantes sur l'E-cig sont encore relativement moins complètes que celles sur la fumée de cigarette conventionnelle dans laquelle plus de 6500 composés7 avec 150 substances nocives ou potentiellement nocives8 et plus de 50 cancérogènes connus9 ont été confirmés. Les substances toxiques produites dans la vapeur d'E-cig principale comprennent la nicotine, les glycols, les carbonyles, y compris les dicarbonyles et les hydroxycarbonyles, les composés organiques volatils (COV), les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les nitrosamines co-spécifiques du tabac[1] et les métaux.10−13 ces substances sont des toxines connues, y compris des agents cancérigènes tels que le formaldéhyde et l'acétaldéhyde.14 Les types et les concentrations de constituants chimiques produits dans la vapeur d'E-cig dépendent de la formulation et de la saveur des e-liquides, ainsi que de la tension utilisée.

Les toxiques produits par le chauffage des e-liquides se trouvent dans la phase vapeur, la phase particulaire ou les deux. Une grande majorité des études portant sur la phase vapeur de l'E-cig ont utilisé la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). Dans l'analyse de phase particulaire, l'impacteur en cascade compact de Harvard,15 les techniques des tampons filtrants Cambridge et des tampons filtrants en fibre de verre ont été utilisées pour collecter la matière particulaire totale pour l'analyse GC−MS.16 Cependant, l'analyse particulaire des tampons filtrants ne fournit pas d'informations. sur la distribution en fonction de la taille des différents composants de la phase particulaire de l'E-cig. De nombreuses études sur l'analyse des constituants de la vapeur d'E-cig sont liées à l'étude des effets des agents aromatisants sur la formation des constituants de la vapeur d'E-cig. Parce qu'il existe des milliers de marques différentes de e-liquides avec des niveaux mineurs d'ingrédients aromatiques et divers pourcentages de glycérol et de PG, il est presque impossible de toutes les étudier en ce qui concerne leur transformation chimique et leur distribution entre les phases gazeuse et particulaire. Par conséquent, l'objectif de cette étude est de sonder les profils d'émission d'E-cig en fonction du rapport des deux principaux composants d'E-liquide, à savoir le glycérol et le PG, et le menthol, l'un des arômes d'E-liquide les plus populaires. Cette approche de recherche permettra de mieux comprendre les caractéristiques d'émission d'E-cig pour de nombreux produits E-liquides disponibles dans le commerce.

Parmi les différentes saveurs de e-liquide, le menthol est l'une des saveurs les plus populaires, en particulier chez les jeunes adultes4 et les femmes.17 La FDA réglemente divers agents aromatisants tels que le raisin, le clou de girofle, le café et la cannelle dans le tabac, à l'exception de l'arôme de menthol. Même si les cigarettes au menthol sont utilisées comme produit de démarrage chez les jeunes,18 le menthol reste un agent aromatisant du tabac non réglementé.19 Il est donc important d'étudier les composés chimiques produits par le vapotage des e-liquides contenant du menthol. Cette étude a identifié les composés présents dans la phase vapeur de l'E-cig à l'aide de la spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et de la GC-MS. Les effets de l'ajout de menthol dans la composition de base de PG et de glycérol des e-liquides ont été étudiés et comparés à la marque commerciale de e-liquide sans nicotine contenant du menthol. De plus, la phase particulaire totale de la vapeur d'E-cig a été séparée par taille à l'aide d'un impacteur en cascade Sioutas suivi d'une analyse GC-MS pour déterminer les concentrations de constituants de la vapeur d'E-cig dans différentes fractions particulaires dépendant de la taille.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Brume émise par la cigarette électronique. Les e-liquides sont un mélange de PG et de glycérol dans les différents rapports de pourcentage en volume de 10:90, 20:80, 50:50 et 80:20 avec des additifs aromatisants et peuvent ou non contenir de la nicotine. La bouffée ou le brouillard visible émis par l'E-cig est composé des phases de vapeur et d'aérosol qui sont distribuées et déposées dans le système respiratoire lors de l'inhalation. Une étude précédente a rapporté la plage de concentration de 0.161 à 0.477 mg/m3 pour le glycérol et de 53 à 175 mg/m3 pour le PG dans la phase vapeur de l'émission d'E-cig.13,20,21 Ces deux principaux composants des E-liquides étaient trouvé principalement dans la phase aérosol sur la base de la comparaison des données GC−MS des aérosols collectés avec l'impacteur en cascade et des échantillons en phase vapeur dans les sacs Tedlar. Ceci est cohérent avec les faibles pressions de vapeur du glycérol et du PG en raison des fortes interactions de liaison hydrogène intermoléculaires dans les fines gouttelettes d'aérosol. Les données spectrales infrarouges d'émission d'E-cig basées sur leurs différents rapports de mélange montrent que le PG a été trouvé à des niveaux plus élevés que le glycérol, même lorsque le PG n'était présent qu'à 20% dans le mélange. Il a été rapporté qu'une courte exposition au brouillard de PG provoque des effets aigus sur le système oculaire et pulmonaire.22 De plus, le PG et le glycérol sont convertis en composés carbonylés cancérigènes lors du chauffage via l'atomiseur dans l'E-cig (Figures 1 et 2).

Figure 1. Concentrations relatives des COV émis pour les e-liquides avec différents pourcentages de glycérol (VG) et de PG. Toutes les valeurs ont été calculées par rapport à 100 % de PG. (A) Dans l'intrigue pour les composés carbonylés, le point de données d'acétaldéhyde pour le rapport de mélange VG/PG de 80:20 est tracé avec un écart dans l'échelle pour tenir compte de son niveau relatif très élevé ; (B) tracé des concentrations relatives des trois alcools et MVK ; (C) graphique des concentrations relatives des composés aromatiques.

Analyse du profil de phase vapeur par GC−MS. Les COV observés dans les résultats GC-MS du brouillard E-cig comprennent principalement des composés à deux ou trois atomes de carbone, mais peuvent également inclure des composés de poids moléculaire plus élevé comme le toluène et le styrène. Les COV nocifs ou potentiellement nocifs comprennent le formaldéhyde, l'acétaldéhyde et l'acroléine, qui sont quelques-uns des composés carbonylés toxiques formés par les réactions thermiquement assistées du PG et du glycérol23−25 qui sont détectés en phase vapeur. L'analyse de la phase vapeur de l'E-cig en fonction du rapport PG sur glycérol dans les e-liquides montre que la plupart des COV se trouvent à des concentrations plus élevées à mesure que la teneur en glycérol dans la base de e-liquide est augmentée (Figure 1 ). La figure 1A montre une augmentation de 28 fois de la concentration d'acroléine lorsque le glycérol est augmenté de 0 à 80 %, ce qui peut s'expliquer par la réaction de déshydratation du glycérol comme le montre la figure 2B. Une tendance similaire a été signalée par Wang et al.26 selon laquelle le niveau d'acroléine augmentait dans l'émission d'E-cig lorsque la composition de l'E-liquide passait de PG pur à un mélange VG/PG 1: 1 et enfin au glycérol pur à l'E-cig. températures de cigarette de 270 et 318 °C. Une distinction importante de cette étude est que l'analyse du carbonyle a été effectuée sur les échantillons d'aérosols à l'aide de la dérivation DNPH avec une analyse ultérieure par chromatographie liquide et une détection par réseau de diodes ultraviolettes par rapport à l'étude actuelle de l'analyse en phase vapeur de tous les COV à l'aide de GC-MS sur une gamme élargie de ratios VG/PG pour les Eliquides. La réaction ultérieure de l'acroléine implique une hydrogénation et un clivage pour former du formaldéhyde et de l'éthylène. Cette voie à base de glycérol pour la formation de formaldéhyde est plus importante que la voie à base de PG car les données expérimentales basées sur le chromatogramme d'ions extraits à la valeur m/z de 30 pour l'analyse GC-MS montrent que le formaldéhyde, avec une masse moléculaire de 30 amu, a été trouvé dans les émissions d'E-cig des E-liquides avec 80% de glycérol et 20% de PG. Cette observation importante souligne le fait que les "chasseurs de nuages" qui privilégient l'utilisation d'e-liquides à haute composition en glycérol courent un plus grand risque de développer des effets néfastes sur la santé en raison des expositions plus élevées à l'acroléine et au formaldéhyde. L'acroléine est considérée par l'Environmental Protection Agency des États-Unis27 comme un polluant atmosphérique dangereux qui peut provoquer une irritation intense de la cavité nasale, une cytotoxicité dans les voies respiratoires, une augmentation de la sécrétion de mucus et un facteur de risque de développer une maladie pulmonaire obstructive chronique.

Figure 2. Diagrammes schématiques montrant les voies de réaction possibles des composés qui sont attribués à (A) PG et (B) glycérol. La formation de composés carbonylés, alcooliques et aromatiques à la suite de la décomposition thermique des solvants e-liquides PG et glycérol est représentée. Les * désignent les composés détectés dans la vapeur d'émission d'E-cig de cette étude, et # désignent les composés rapportés par d'autres études.

En fait, de nombreux effets néfastes sur la santé des systèmes respiratoire, gastro-intestinal, cardiovasculaire, neurologique et immunitaire, y compris l'exacerbation de conditions préexistantes, ont été attribués à l'E-cig, dont certains sont similaires aux effets observés avec le tabagisme.30-32 Selon le CDC et le NIOSH, les concentrations révisées immédiatement dangereuses pour la vie ou la santé (IDLH) pour l'acroléine basées sur la toxicité aiguë par inhalation chez l'homme sont de 2 ppm ou 5 mg/m3, tandis que pour l'acétaldéhyde, la concentration IDLH est de 2000 ppm sur la base des données de animaux. Bien que l'étude actuelle montre que la concentration d'acroléine émise pour le E-liquide de 80% de glycérol et de 20% de PG est de 0.68 mg/m3, ce qui est inférieur au niveau IDLH, elle est supérieure au niveau d'exposition admissible (PEL) de l'OSHA à 0.1 mg/m3 . Outre les valeurs IDLH et PEL qui sont associées à la protection des travailleurs industriels, la dose minimale avec effet nocif observé (LOAEL) peut également être utilisée pour évaluer la toxicité des émissions d'E-cig. Pour l'acroléine, la LOAEL pour la dose de référence par inhalation est de 0.9 mg/m3 (0.4 ppm),33 ce qui est légèrement supérieur au niveau mesuré à 0.68 mg/m3 pour le e-liquide 80 % VG/20 % PG. Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a également classé le benzène et le formaldéhyde dans le groupe 1 ou cancérogène humain connu et l'acétaldéhyde dans le groupe 2B ou cancérogène possible pour l'homme34. la plage de 2.2 × 10−6 à 7.8 × 10−6 pour l'augmentation du risque à vie d'un individu qui est exposé toute sa vie à 1 μg/m3 de benzène dans l'air.35 Basé sur la concentration de benzène mesurée de 68 ± 5 μg/m3 pour l'émission E-cig du e-liquide 80%VG/20%PG, le risque de cancer est d'environ 1 sur 10 000.

Les résultats GC−MS sur l'étude des émissions à base d'E-liquides avec différents ratios VG/PG permettent également de proposer les voies réactionnelles des COV issus des émissions de E-cig. Les diagrammes schématiques élargis et révisés des voies de réaction, comparés à ceux de Bekki et de ses collègues, 24 incluent des COV supplémentaires générés à partir de PG et de glycérol dans les émissions d'Ecig qui sont illustrés à la figure 2A, B, respectivement. Les diagrammes schématiques montrent des voies de réaction compatibles avec la détection de composés spécifiques émis par le dispositif E-cig rempli uniquement du mélange de solvant glycérol/PG. Comme le montrent les figures 1 et 2, la vapeur d'E-cig produite uniquement à partir du liquide de base (sans aucun agent aromatisant ni nicotine) contient, en plus de l'acroléine, un certain nombre de composés potentiellement nocifs, notamment l'acétone, le benzaldéhyde, la méthacroléine, l'acétaldéhyde, 2 -propénol, ainsi que le benzène, le toluène, l'éthylbenzène et le xylène, qui sont collectivement appelés composés « BTEX ». Parmi ces composés détectés, la concentration d'acétaldéhyde augmente le plus significativement de 175 fois lorsque la concentration de glycérol est augmentée de 0 à 80% dans le E-liquide. Cela implique que la formation d'acétaldéhyde est fortement influencée par la dégradation du glycérol plutôt que du PG. Cette déduction est cohérente avec nos voies de réaction proposées pour le PG (Figure 2A) et le glycérol (Figure 2B) car les données GC-MS montrent non seulement la présence d'acroléine dérivée du glycérol, qui est le précurseur de l'acétaldéhyde, mais aussi l'absence de le méthylglyoxal, un précurseur alternatif de l'acétaldéhyde produit via la voie PG. Bien qu'il soit déduit que la dégradation du glycérol contribue à des niveaux élevés de formaldéhyde et d'acétaldéhyde, il est important de mentionner qu'ils ont été déterminés comme étant présents dans les e-liquides à des concentrations de 0.114 à 2.92 μg/g pour le formaldéhyde et de 0.040 à 10.2 μg/g pour l'acétaldéhyde.

La présence de 2-propénol et d'acétone dans les émissions suggère également l'apparition de la réaction de tautomérisation entre les formes énol et céto (Figure 2A, B) avec l'équilibre favorisant la formation d'acétone, qui a été trouvé à 21-44 fois la concentrations de 2-propénol dans les émissions en phase vapeur des e-liquides avec les différents ratios de glycérol sur PG. Les tautomères 2-propénol et acétone peuvent également être formés indirectement via le produit intermédiaire de l'isopropanol pour les voies de réaction du PG ou du glycérol. Les ratios de concentration relative similaires d'acétone et de 2-propénol (c'est-à-dire la comparaison des vapeurs pour les e-liquides de 80 % VG/20 % PG à 100 % PG) de 12.4 et 11.9, respectivement, corroborent davantage le mécanisme de formation de ces deux composés par tautomérisation dans les voies réactionnelles du glycérol et du PG. Comme le montre la figure 2A,B, l'hydrogénation du formaldéhyde et de l'acétaldéhyde conduit à la formation de méthanol et d'éthanol, respectivement. L'éthanol est le COV trouvé à la concentration la plus élevée dans les émissions d'E-cig pour diverses formulations d'E-liquide. Les concentrations mesurées d'éthanol dans la phase vapeur sont très variables et dépendent des conditions d'échantillonnage car la vapeur d'éthanol peut être absorbée dans les gouttelettes d'aérosol et subit un équilibre de partage dynamique entre les phases vapeur et aérosol. En général, la concentration d'éthanol gazeux diminue en fonction du temps lorsque le brouillard E-cig est refroidi à température ambiante, favorisant la condensation et l'absorption d'éthanol dans la phase aérosol ou le dépôt sur la surface à l'intérieur du sac Tedlar. Pour le E-liquide de 80% de glycérol et 20% de PG, la concentration en phase vapeur d'éthanol a été déterminée à 28.6 mg/m3 ou 15.2 ppm. La concentration d'éthanol mesurée serait probablement plus élevée si le dispositif E-cig pouvait être interfacé directement au système GC-MS avec une préconcentration cryogénique pour une analyse immédiate des COV dans les émissions.

La plupart des études se concentrent sur les effets néfastes sur la santé causés par les agents aromatisants et la nicotine dans le e-liquide, mais la racine du problème provient de la formulation de PG et de glycérol en tant que solvants ou composants principaux du e-liquide. La figure 1B montre l'augmentation des concentrations relatives de méthanol, d'éthanol, d'isopropanol et de méthylvinylcétone (MVK) à mesure que le pourcentage de glycérol augmente dans les mélanges VG/PG. Le méthanol et l'éthanol ont également été signalés dans d'autres études antérieures37 comme sous-produits de l'oxydation et de la décomposition thermique du glycérol dans le e-liquide. Les niveaux très élevés d'éthanol dans les émissions d'E-cig sont préoccupants en raison de son effet enivrant et de sa tendance à affecter l'acuité mentale. On ne sait pas dans quelle mesure l'absorption d'éthanol dans le sang par la voie de l'inhalation accentuera l'ébriété due à la consommation d'alcools. Le MVK a été formé via la réaction de déshydrogénation de l'acétaldéhyde et de l'éthylène.

Les produits de réaction illustrés à la figure 2 ont une volatilité relativement élevée et sont facilement détectés dans la phase vapeur des émissions d'E-cig par GC-MS. Il est important de noter que les diagrammes schématiques des voies de réaction en phase vapeur sont complémentaires à ceux basés sur l'analyse des aérosols E-cig utilisant la technique de résonance magnétique nucléaire. Un compte rendu détaillé de la formation de composés polaires trouvés dans la phase aérosol a été rapporté par Jensen et al.38 et Strongin.39 Ces composés existant principalement dans la phase aérosol comprennent le PG hémiformal, le glycérol hémiformal, le glycidol, la dihydroxyacétone, l'acétol, l'acroléine, l'acétaldéhyde, l'acide formique et l'alcool allylique. Les voies de réaction pour la phase vapeur et la phase aérosol sont intimement liées. Par exemple, l'acétol ou l'hydroxyacétone peuvent être convertis en formaldéhyde et acétaldéhyde dans la voie de réaction du glycérol. De même, l'acétaldéhyde est converti en acroléine.

Parmi les COV représentés sur la figure 1A-C, l'augmentation des concentrations relatives des composés aromatiques ou BTEX émis est significativement plus faible que celles des composés carbonylés et des alcools. Cela peut s'expliquer par le fait que les voies de réaction pour la formation d'hydrocarbures aromatiques impliquent plus d'étapes intermédiaires par rapport à la formation de carbonyles et d'alcools. Par conséquent, l'effet d'augmenter le pourcentage de glycérol de 8 fois de 10 à 80% de glycérol dans le mélange E-liquide était relativement dilué ou plus petit pour affecter les concentrations des hydrocarbures aromatiques ou des composés BTEX par rapport aux alcools et composés carbonylés. Le benzène est formé par des réactions successives de propylène, d'éthylène et d'acétylène pour former initialement du benzène via le 1,3-butadiène en tant qu'intermédiaire de réaction important. Des mécanismes détaillés pour la formation de benzène à partir de 1,3-butadiène, qui a été détecté dans les émissions de e-cig pour des expériences utilisant des e-liquides de différents rapports VG/PG, ont été décrits précédemment pour des expériences basées sur l'aromatisation assistée thermiquement,44 la cinétique modélisation et expériences en réacteur dans les conditions de 0.15 % de 1,3-butadiène et de 0.4125 à 3.35 % d'oxygène dans l'azote,45 et études par faisceau moléculaire de radicaux éthynyle et de 1,3-butadiène à l'énergie de collision de 45.4 ± 2.1 kJ/mol. 46 Le propylène, l'éthylène, l'acétylène et le méthane, qui jouent un rôle important dans la formation de benzène et d'alkylaromatiques, ont été observés par FTIR ou GC−MS dans cette étude, en particulier à des réglages de puissance élevés des appareils E-cig lorsque des concentrations plus élevées ont été observées . Une voie alternative pour la formation de benzène dans les émissions d'E-cig basée sur les E-liquides contenant des additifs d'acide benzoïque et de benzaldéhyde a été proposée par Pankow et al.47 Trois mécanismes de formation de benzène cités comprennent la décarboxylation de l'acide benzoïque, l'oxydation et la décarboxylation subséquente de benzaldéhyde, et la dismutation du benzaldéhyde pour former de l'alcool benzylique et de l'acide benzoïque qui est décarboxylé pour former du benzène. Les réactions ultérieures du benzène avec le méthanol, l'éthanol et le formaldéhyde conduisent finalement à la formation de toluène et de xylènes, d'éthylbenzène et de benzaldéhyde, respectivement. La déshydrogénation de l'éthylbenzène entraîne la formation de styrène.

L'acétaldéhyde, l'acétone, l'acroléine, l'éthanol, le benzène, le toluène, le xylène et le styrène qui ont été détectés dans la phase vapeur de cette étude ont également été signalés dans les conclusions de Herrington et Myers43 en utilisant la méthode du tube de désorption thermique. Le benzaldéhyde a été détecté par GC-MS à la fois dans la phase vapeur et dans les différentes fractions de taille de la phase aérosol collectée avec l'impacteur en cascade Sioutas. Le glycérol, le PG et la nicotine ont été détectés dans la phase aérosol via l'analyse GC-MS d'échantillons impacteurs en cascade. Ces composés à haute polarité existent principalement dans la phase aérosol et ont tendance à se condenser à l'intérieur des tubulures d'échantillonnage et des sacs Tedlar. De plus, ils ne montrent pas une bonne récupération via les billes de verre refroidies cryogéniquement et les pièges Tenax TA dans le préconcentrateur en raison de leurs enthalpies de vaporisation très élevées par rapport aux autres COV. Par conséquent, ils ne sont pas observés dans l'analyse GC-MS et leur absence facilite l'analyse des COV de faible niveau avec des temps de rétention similaires à ces trois principaux constituants des émissions Ecig.

Figure 3. Comparaison des spectres FTIR des émissions de cigarettes électroniques avec des normes de référence. (A) Les spectres de vapeur E-cig à 500 et 600 ° F sont recouverts de spectres de référence de PG, de méthanol et d'éthanol dans la région d'empreintes digitales; (B) Les spectres de vapeur E-cig à 500 et 600 ° F sont superposés avec les spectres de référence de l'éthanol dans les phases vapeur et liquide à la région de 2800-3600 cm-1 ; (C) Les spectres de vapeur E-cig à 500 et 600 ° F sont superposés au spectre de référence du monoxyde de carbone dans la région 2090-2220 cm-1; (D) Le spectre de vapeur E-cig acquis à une puissance E-cig de 60 W est superposé au spectre de référence de formaldéhyde à 2745−2795 cm−1 .

Analyse du profil de phase vapeur par FTIR. L'analyse GC−MS des émissions d'E-cig a fourni des informations utiles sur le profil d'émission des COV qui comprennent principalement les hydrocarbures C3−C8 et les COV oxygénés. L'utilisation de GC-MS avec une technique de préconcentration cryogénique permet également l'analyse quantitative des composés carbonylés toxiques et des additifs aromatiques jusqu'aux limites de détection de 1 à 10 parties par milliard en volume (ppbv) dans la phase vapeur de l'E-cig émissions. Malheureusement, la méthode GC-MS souffre des inconvénients de la condensation de l'analyte à l'intérieur des sacs d'échantillonnage ou de l'absorption de l'analyte dans la phase aérosol avant l'analyse de l'échantillon. De plus, l'analyse GC-MS de petites molécules de masse moléculaire inférieure à 35 amu est difficile en raison de la limitation du pré-concentrateur cryogénique ou de l'interférence de fond des constituants de l'air. Par conséquent, les émissions de molécules plus petites, notamment le CO2, le CO, le méthane, l'éthane, l'éthylène, le méthanol, l'éthanol et le formaldéhyde, émises par un appareil E-cig fonctionnant à 500 °F (260 °C) et 600 °F (316 °C) ont été analysés par un spectromètre FTIR (Figure 3).

La figure 3A montre la superposition des spectres de référence infrarouge de l'éthanol, du PG et du méthanol avec les spectres d'échantillon des émissions d'E-cig à 500 et 600 ° F dans la région d'empreintes digitales de 800 à 1200 cm-1. Les principales caractéristiques spectrales de l'éthanol à 1080, 1030 et 890 cm-1 sur la figure 3A et 2955 cm-1 sur la figure 3B montrent que le signal d'éthanol est facilement reconnaissable en les comparant à ceux des spectres de référence. Les spectres d'échantillons de la figure 3B montrent l'existence d'éthanol en tant que molécules de phase gazeuse libres dans la bande d'étirement C-H à 3000 cm-1 et en tant que constituant de phase liquide lié à l'aérosol à 3360 cm-1. Les spectres de référence de l'éthanol dans les phases gazeuse et liquide sont superposés aux spectres de l'échantillon pour corroborer la répartition de l'éthanol dans les deux phases au réglage E-cig de 500 et 600 °F. Le spectre en phase liquide de l'éthanol a la large bande O-H de liaison hydrogène mais pas les pics nets de la bande d'étirement C-H, alors que le spectre de l'éthanol en phase gazeuse montre la description opposée. Il est important de noter que la bande vibrationnelle O-H de la figure 3B est le signal composite de l'éthanol et d'autres alcools moins volatils, y compris le PG et le glycérol qui existent dans la phase aérosol. La bande C-H est due au chevauchement spectral de l'éthanol et d'autres COV, y compris des alcools comme le méthanol, l'isopropanol et le 2-propénol qui ont les liaisons covalentes C-H.

Les concentrations moyennes d'éthanol à 500 et 600 °F correspondent respectivement à 1236 ± 361 et 3250 ± 449 mg/m3. Ces valeurs de concentration sont significativement plus élevées que celles mesurées en GC−MS car les émissions d'E-cig ont été générées pour une analyse immédiate par la méthode FTIR afin d'éviter la condensation de la vapeur d'éthanol et son absorption dans la phase aérosol ce qui était le cas en GC−MS analyse qui a été effectuée à l'aide d'échantillons qui ont été laissés refroidir pendant 30 minutes dans les sacs Tedlar après le vapotage de l'E-cig. La période d'attente a permis la condensation et l'agglomération du glycérol et du PG dans les particules d'aérosol et donc d'éviter leur aspiration dans le préconcentrateur et de contourner la nécessité d'utiliser une température de désorption ou une période de chauffage trop élevée pour le piège Tenax TA et leur GC très intense −Signaux MS qui affectent la capacité à détecter ou à quantifier les analytes dont les concentrations sont au moins 100 fois inférieures. Les niveaux élevés d'éthanol peuvent être attribués à la dégradation du mélange E-liquide de glycérol et de PG ainsi qu'à la présence d'éthanol en tant que composant des E-liquides. Que l'éthanol soit utilisé comme solvant pour les arômes ou d'autres additifs dans les eliquides, il est important de déterminer la concentration d'éthanol en raison de son effet enivrant ou de sa possible conversion en acétaldéhyde qui peut induire des effets néfastes sur la santé. L'analyse de l'éthanol dans différents e-liquides a été rapportée par divers groupes.36,43,48 Varlet et al. ont rapporté que 30 des 42 e-liquides commerciaux contenant de la nicotine contenaient de l'éthanol dans la plage de 6 à 3675 μg/g.36 Sur 37 e-liquides contenant de la nicotine analysés, Poklis et al. ont rapporté que deux échantillons contenaient des concentrations d'éthanol > 100 mg/mL, cinq échantillons contenaient 10 à 100 mg/mL d'éthanol et 17 échantillons contenaient 0.05 à 1.0 mg/mL d'éthanol.48 Par conséquent, la présence d'éthanol dans les e-liquides commerciaux pourrait contribuer à l'éthanol en phase gazeuse par vaporisation. De plus, on suppose que la dégradation thermique du glycérol doit avoir joué un rôle important dans la production d'éthanol car la concentration de vapeur d'éthanol, telle que mesurée par GC-MS, a été multipliée par 4.5 pour le mélange 80%/20% VG/PG par rapport au mélange 0%/100%VG/PG. Cela suggère que le glycérol est capable de contribuer davantage à la production d'éthanol assistée thermiquement au-dessus du niveau attribué à la volatilisation de l'éthanol en tant qu'impureté dans les e-liquides.

La figure 3C montre la présence de CO au niveau de 7.78 ± 0.06 ppmv ou 8.91 ± 0.07 mg/m3 pour l'expérience d'émission à 600 °F. Cette valeur de CO est inférieure à la valeur rapportée dans un article récent qui donnait la plage de concentration de CO mesurée de 76.7 à 2386.9 mg/m3 pour une variété de filaments d'atomiseur, de configurations de bobines et de surfaces à 125 W en sub-Ohm E-cig 41 La concentration de CO de 943.7 mg/m3 ou 40 480 ppmv pour l'expérience de 125 W avec une bobine de nickel est également supérieure à la valeur de CO de 34.6 ± 1.0 ppmv ou 39.6 ± 1.1 mg/m3 pour l'analyse obtenue à E- puissance cig de 60 W à l'aide d'une bobine Kanthal. Ces concentrations de CO dans chaque bouffée sont supérieures à la norme nationale de qualité de l'air ambiant (NAAQS) de CO à 35 ppm pour la période de temps moyenne de 1 h. Par conséquent, il est probable que le niveau intérieur de CO dans les bâtiments sans restriction sur les bouffées d'E-cig puisse dépasser le niveau NAAQS en fonction du cadre, du nombre de vapoteurs, de la fréquence et de la durée des bouffées.

La figure 3D montre la présence de formaldéhyde au niveau de 22.7 ± 2.9 ppmv ou 27.9 ± 3.6 mg/m3 dans l'émission E-cig au réglage de puissance maximale de 60 W. Le réglage de puissance de 60 W a été utilisé pour évaluer l'exposition d'émission maximale des vapoteurs qui utilisent les appareils sub-Ohm (SOD) à des niveaux de puissance élevés. De plus, les données obtenues en utilisant la puissance E-cig de 60 W permettent également une comparaison avec une étude FTIR récemment publiée sur les SOD à des niveaux de puissance allant de 25 à 175 W.41 Selon Misthub.com, 49 l'utilisation de 50 W donne " une belle vape fraîche avec une bonne saveur » et 60 W produiront « des panaches massifs de vapeur avec une saveur délicieuse ». Pour la mesure des émissions utilisant le mode de réglage de la température à 600 °F, la concentration de formaldéhyde s'est avérée être de 0.374 ± 0.157 ppmv ou 0.459 ± 0.193 mg/m3, ce qui est proche de la limite de détection de la méthode FTIR. Au réglage de température de 500 °F, le niveau de formaldéhyde était inférieur à la limite de détection FTIR. Par conséquent, les résultats corroborent l'affirmation précédente selon laquelle, à mesure que la puissance est augmentée pour atteindre une température de vapotage plus élevée, du formaldéhyde se forme à des concentrations plus élevées.50,51 Ogunwale et al. ont rapporté la concentration de formaldéhyde de 8.2 à 40.4 mg/m3 sur la base d'un réglage de puissance E-cig de 9.5 W pour 10 bouffées avec un volume de bouffée de 91 mL.52 La réaction de décarbonylation du formaldéhyde pourrait expliquer la formation de monoxyde de carbone selon un précédent étude de la décomposition des aldéhydes sur le palladium.53 Il est possible qu'une décomposition similaire puisse avoir lieu sur le filament de nickel utilisé dans le dispositif E-cig car le nickel et le palladium sont des catalyseurs de déshydrogénation appartenant au groupe VIII du tableau périodique.

Profil d'aérosol. La phase aérosol d'E-cig a été échantillonnée avec l'impacteur en cascade Sioutas (SKC Inc. Eighty Four, PA) où une série de cinq étages de filtre, désignés par A (extrémité d'entrée), B, C, D et L (sortie fin), fractionner les particules d'aérosol selon des tailles de> 2.5, 1.0 à 2.5, 0.50 à 1.00, 0.25 à 0.50 et <0.25 μm, respectivement. Les particules d'aérosol qui sont plus grandes que le diamètre aérodynamique médian en masse de 10 μm sont généralement déposées dans la région de l'oropharynx de la bouche, les particules de l'ordre de 5 à 10 μm seront déposées dans les voies respiratoires centrales du système respiratoire et les particules inférieures à 5 μm peuvent atteindre les bronchioles et les alvéoles qui sont considérées comme les plus petites voies respiratoires du système pulmonaire.54 Cependant, de multiples processus tels que le refroidissement des aérosols, l'évaporation/condensation et la coalescence des gouttelettes d'aérosol peuvent se produire dans la cavité buccale et modifier la dynamique de l'air inhalé. aérosol.

Cela peut avoir un impact sur la distribution, le dépôt et le transfert de l'aérosol dans le système respiratoire.55 Les principaux constituants de l'aérosol E-cig sont des composés polaires avec une volatilité minimale qui incluent le glycérol et le PG. Outre le glycérol et le PG qui se trouvent à l'origine dans les e-liquides, d'autres composés tels que le benzaldéhyde, l'éther diphénylique, le phtalate de diéthyle et le naphtalène ont été détectés dans les filtres des étapes A, B, C et D qui fractionnent les particules allant de > 2.5 à 0.25. -0.5 µm. Les concentrations assez uniformes de ces composés dans différents filtres suggèrent qu'ils se sont probablement formés via la condensation induite par le refroidissement adiabatique des aérosols lorsqu'ils subissent des changements de pression lors du passage à travers les fentes étroites de l'impacteur en cascade à la vitesse de pompage de 9.0 L/min. .56 Le glycérol et l'éther diphénylique étaient également présents dans le filtre de sortie L, qui fractionne la fraction granulométrique <0.25 μm, ce qui suggère que ces composants passeront probablement par les plus petites voies respiratoires du système respiratoire.

Le phtalate de diéthyle est couramment utilisé comme plastifiant pour la fabrication de matériaux polymères. Il aurait pu être libéré via la dégradation thermique des composants en plastique utilisés dans l'appareil E-cig. La dégradation thermique s'est très probablement produite sur le couvercle en plastique fixé au-dessus du serpentin chauffant dans l'atomiseur, car la chaleur générée au niveau du serpentin accélérerait la libération de phtalate de diéthyle ou d'autres additifs plastiques. Le naphtalène a déjà été signalé par Margham et al.57 comme détectable dans les émissions d'E-cig à 5.01 ± 1.2 ng/bouffée pour les bouffées 1−100 et 5.87 ± 0.84 ng/bouffée pour les bouffées 101−200, mais ces niveaux sont statistiquement indiscernables de la méthode des émissions à blanc. Une publication ultérieure58 montre que le naphtalène a été déterminé comme étant présent dans divers produits E-liquides à 4.24-32.8 ng/mL et quantifié comme 1.79-3.07 ng/mL-bouffée dans les émissions Ecig. La détection de naphtalène, un groupe 2B ou possiblement cancérogène pour l'homme, dans l'analyse de l'impacteur en cascade des émissions d'aérosols E-cig montre que le naphtalène a été produit lors du vapotage car le PG et le glycérol de haute pureté utilisés pour préparer le e-liquide ont été analysés et n'ont pas montrent la présence de naphtalène. Par conséquent, il sera important d'étudier si la formation de naphtalène a lieu via la réaction du benzène et du 1,3-butadiène ou de l'acétylène.

L'éther diphénylique pourrait avoir résulté de la dégradation thermique des polybromodiphényléthers (PBDE) qui sont utilisés comme revêtement ignifuge sur les matières plastiques dans les atomiseurs Ecig et le boîtier de protection. Chung et ses collègues59 ont rapporté avoir trouvé des PBDE dans les aérosols d'E-cig et les quantités varient selon la marque d'E-cig. Il est possible que la débromation réductrice des PBDE sur le serpentin chauffant métallique de l'appareil E-cig ait entraîné la production d'éther diphénylique car il a été rapporté que le fer peut catalyser la conversion du BDE-209 ou de l'éther diphénylique décabromé en mono- à tribromodiphényléthers.60 À l'exception du glycérol, aucun des quatre autres composés d'aérosol détectés sur les filtres n'a augmenté de concentration lorsque le rapport du glycérol au propylèneglycérol a augmenté. Cependant, lorsque le glycérol dans le e-liquide a été augmenté à 80 %, la quantité de benzaldéhyde dans la phase vapeur a fortement augmenté d'environ 10 fois.

Figure 4. Concentrations relatives de COV émis par l'E-cig utilisant des e-liquides contenant du menthol avec 0 et 18 mg de nicotine/mL, respectivement. Les ratios de concentration relative des COV émis étaient basés sur la comparaison des constituants en phase vapeur de Hangsen Menthol et de la base E-liquide qui sont 10 % VG/90 % PG. La ligne horizontale à 1.0 dans les trois graphiques représente le niveau de référence au-dessus duquel les COV du Hangsen Menthol sont augmentés et en dessous duquel les COV sont diminués par rapport à la base E-liquide. L'analyse GC−MS montre des concentrations de menthol de 3.70 ± 0.16 et 3.10 ± 0.27 mg/mL pour le Hangsen Menthol sans et avec nicotine, respectivement.

Arôme menthol et nicotine. Deux produits E-liquides disponibles dans le commerce nommés Hangsen Menthol, l'un sans nicotine et l'autre avec 18 mg de nicotine/mL, sont représentés sous forme de diagrammes à colonnes des COV émis par l'E-cig dans la figure 4. Parce que les deux produits Hangsen Menthol sont basés sur 10 % Formulation E-liquide VG/90% PG, la variation de leurs concentrations en COV par rapport à celles de la base E-liquide 10% VG/90% PG pourrait être attribuée au menthol et/ou à la nicotine. La figure 4 montre que les concentrations d'acétone, d'éthanol et d'isopropanol sont multipliées par environ 4 (c'est-à-dire des concentrations relatives supérieures à 4 sur l'axe Y) dans les e-liquides contenant du menthol par rapport aux mesures correspondantes pour le VG à 10 %. /Base E-liquide 90% PG. Pour les composés aromatiques, la figure 4 montre qu'il n'y a pas beaucoup de différence dans leurs concentrations, que les e-liquides contiennent du menthol ou de la nicotine et que leurs concentrations relatives sont regroupées dans la plage étroite de 0.8 à 1.3 autour de la ligne horizontale à 1.0 et ne sont pas affectées par le rapport VG/PG. Pour l'acétone, la seule présence de menthol a contribué à son augmentation de 4.7 fois, tandis que l'ajout de menthol et de nicotine au e-liquide a contribué à une augmentation de 8.3 fois. L'isopropanol a été multiplié par 6.5 avec l'ajout de menthol seul, mais l'augmentation est tombée à 3.5 fois pour le e-liquide contenant à la fois du menthol et de la nicotine. Le menthol a également provoqué une plus faible augmentation de la quantité de 2-propénol dans la phase vapeur. Il a été constaté que la concentration d'acétaldéhyde diminuait pour le e-liquide contenant uniquement du menthol par rapport au e-liquide, mais augmentait de 2.7 fois pour le e-liquide contenant à la fois du menthol et de la nicotine.

Le menthol est détecté dans la phase aérosol par opposition à la phase gazeuse en raison de son point d'ébullition élevé de 214.6 °C et de son enthalpie de vaporisation relativement élevée de 56.6 kJ/mol. La distribution du menthol dans les différentes fractions granulométriques de la phase aérosol a été mesurée par l'impacteur à cascade Sioutas. La répartition du menthol dans le E-liquide sans nicotine est rapportée à 6% pour le filtre A, 5% pour le filtre B, 7% pour le filtre C, 67% pour le filtre D et 15% pour le filtre L- filtre. Pour le Eliquide 18 mg/mL de nicotine, la répartition du menthol est similaire avec des valeurs de 7% pour le filtre A, 7% pour le filtre B, 13% pour le filtre C, 57% pour le filtre D, et 16 % pour le filtre L. Cette distribution montre qu'une grande proportion ou 82 à 85% (c'est-à-dire la somme des contributions des filtres D et L) du menthol émis peut pénétrer jusqu'aux plus petites voies respiratoires en raison de leurs petites tailles de particules d'aérosol inférieures à 0.25 μm. Selon Yerger61, le menthol agit comme un anesthésique local qui peut masquer le goût âpre de la fumée de tabac et moduler les effets de la nicotine de manière à permettre aux compagnies de tabac d'ajuster l'administration des deux pour maximiser les effets de dépendance à la nicotine. Les 18 % restants du menthol émis qui ont été retenus dans les filtres A, B et C ont montré que le menthol peut se déposer dans la bouche et dans tout le système pulmonaire. Par conséquent, il présente un effet apaisant tout au long, masquant toute sensation désagréable de vapotage et permettant aux individus de tolérer de longues périodes de vapotage.

La nicotine d'un échantillon de 12 bouffées s'est déposée dans tous les filtres de l'impacteur en cascade Sioutas. Sa distribution en pourcentage est mesurée à 12 % pour le filtre A, 11 % pour le filtre B, 42 % pour le filtre C, 1 % pour le filtre D et 34 % pour le filtre L. Cette distribution montre que la nicotine se trouve principalement dans les deux fractions de taille de 0.50 à 1.0 et <0.25 μm pour le filtre C et le filtre L, respectivement. Cela signifie qu'une grande partie de la nicotine peut se déposer dans les bronchioles et les alvéoles. Alors qu'aucune nicotine n'a été détectée dans le Hangsen Menthol commercial sans nicotine, la concentration de nicotine dans l'e-liquide Hangsen Menthol marqué pour contenir 18 mg/mL de nicotine par le fabricant contient en réalité 20.3 ± 0.52 mg/mL de nicotine. En utilisant le taux de consommation moyen de e-liquide publié précédemment de 9.29 ± 0.24 mg/bouffée62 et les concentrations mesurées ou étiquetées de constituants de e-liquide comme la nicotine ou le menthol, on peut estimer la masse d'un constituant donné par bouffée dans une taille d'aérosol spécifique fraction. Sur la base des conditions d'échantillonnage de l'impacteur en cascade Sioutas, une bouffée d'émission d'aérosol E-cig s'est avérée contenir 15.3 μg de nicotine et 2.3 μg de menthol dans la plus petite fraction de taille d'aérosol <0.25 μm. Les travaux futurs sur l'étude des aérosols E-cig devront étudier le rôle du débit d'air des appareils E-cig. Il a été démontré que le débit d'air module les profils toxiques et le taux de consommation de e-liquide.

Les e-liquides sont généralement produits sans directives et réglementations strictes de l'industrie en ce qui concerne les quantités d'arômes et de nicotine. Cet écart de 12.8 % dans la concentration de nicotine (c'est-à-dire la valeur mesurée de 20.3 mg/mL par rapport à la valeur indiquée sur l'étiquette de 18 mg/mL) peut être attribué au fait que l'eliquide est fabriqué dans des installations locales où il y a un manque de contrôle de qualité rigoureux, des équipements de production sophistiqués ou des professionnels formés, entraînant un étiquetage erroné de la teneur en nicotine des e-liquides. L'étiquetage précis de la concentration de nicotine dans les produits de cigarette est d'une importance primordiale car la nicotine est un composé hautement addictif et psychoactif.64 arrêter de fumer des cigarettes traditionnelles. L'écart entre les niveaux de nicotine étiquetés et mesurés dans cette étude corrobore davantage les incohérences similaires pour les e-liquides vendus à New York,65 dans le Dakota du Nord,66 et en Corée du Sud.

CONCLUSIONS

Un certain nombre de composés nocifs, notamment le formaldéhyde, l'acétaldéhyde, le méthylglyoxal, l'acroléine, l'acétone, le benzaldéhyde, ainsi que les composés BTEX figuraient parmi les composants détectés dans la phase vapeur de l'E-cig. Ces composés ont été produits principalement par l'oxydation et la décomposition thermique du glycérol et du PG, les deux composants qui constituent le solvant porteur du e-liquide. Plus le rapport en pourcentage du glycérol au PG est élevé, plus les concentrations des composés carbonylés émis sont élevées, en particulier l'acétaldéhyde, le benzaldéhyde, l'acroléine et l'acétone. De même, les concentrations des alcools et des composés BTEX ont également été augmentées mais dans une moindre mesure par rapport aux composés carbonylés. Le benzaldéhyde, l'éther diphénylique et le phtalate de diéthyle ont également été détectés dans les phases aérosol d'E-cig contenant uniquement le mélange de solvants glycérol/PG. La nicotine et le menthol contenus dans le e-liquide Hangsen Menthol pourraient se déposer dans la bouche et dans tout le système pulmonaire, même en passant par les plus petites voies respiratoires des bronchioles et des alvéoles, à des concentrations de 15.3 et 2.3 μg/bouffée, respectivement. Les autres composants émis par l'E-cig qui pourraient se déposer dans la bouche et les voies respiratoires étaient le glycérol, le benzaldéhyde, l'éther diphénylique, le phtalate de diéthyle et le naphtalène. Une étude plus approfondie est nécessaire pour déterminer si la débromation des retardateurs de flamme à base de PBDE s'est produite dans l'atomiseur Ecig et a produit une petite quantité d'éther diphénylique. Bien que l'E-cig ait été initialement présenté comme une alternative au tabagisme et comme un substitut pour aider les fumeurs à arrêter de fumer, il existe encore une longue liste de risques pour la santé associés à son utilisation.

Matériels et méthodes

Réactifs et produits chimiques. Deux bouteilles de 30 ml de e-liquide Hangsen Menthol (18 mg/mL de nicotine et 0 mg/mL de nicotine) avec une composition de base de 10 % de glycérine végétale/glycérol (VG) et 90 % de PG ont été achetées sur Madvapes.com. Le glycérol (> 99.5 %) et le PG (99.5 %) utilisés dans l'étude en phase vapeur et les mesures de particules à l'aide de l'impacteur en cascade ont été achetés auprès de Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA) et de VWR International (Suwanee, GA), respectivement. D'autres réactifs et étalons, notamment la nicotine, le menthol, l'acroléine, l'acétone, l'éthanol, l'isopropanol, le benzaldéhyde, l'alcool benzylique, l'acétaldéhyde et le chlorure de méthylène, avec leurs puretés allant de 95 à 99.9 %, ont été achetés auprès de SigmaAldrich, St. Louis, MO ou Fisher Scientific, Pittsburgh, Pennsylvanie. Des eliquides avec uniquement les formulations de base de 10% de glycérol et 90% de PG (10:90 VG/PG) similaires à la formulation de base de Hangsen Menthol ont été préparés en laboratoire et ont été utilisés comme contrôle. D'autres compositions de base E-liquide telles que 100% PG, 20:80 VG/PG, 50:50 VG/PG et 80:20 VG/PG ont été préparées en laboratoire. Les e-liquides commerciaux Hangsen Menthol ont été dilués 10 fois avec du méthanol pour l'analyse GC-MS du liquide.

Échantillonnage de la phase vapeur. Une cigarette électronique Innokin Iclear 30S (Shenzhen, Chine) avec un volume de réservoir de liquide de 3 ml, une bobine d'atomiseur Iclear 30S en Kanthal (2.80 à 6.90 V) et une batterie Istick 30 W avec une tension variable de 2.0 à 8.0 V ont été achetées de Smoke & Mirrors House of Vapor, Murfreesboro, TN. Le dispositif Innokin E-cig a été utilisé pour la collecte d'échantillons en phase vapeur et en phase particulaire à partir d'E-liquides avec divers rapports VG/PG pour l'analyse GC-MS. L'E-cig fonctionnait à 4.80 V et vaporisait à 3 s par bouffée pour un total de 12 bouffées. Les échantillons de vapeur ont été recueillis dans des sacs Tedlar (SKC Inc, Eighty Four, PA) qui étaient connectés à un orifice d'entrée à l'intérieur de la Vac-U-Chamber (SKC Inc, Eighty Four, PA). Le même orifice d'entrée était également connecté via un tube du raccord extérieur de la Vac-U-Chamber aux émissions d'E-cig. L'orifice de sortie de la Vac-U-Chamber était relié à une pompe d'échantillonnage avec un débit de 2.0 L/min, qui est un débit d'échantillonnage utilisé précédemment pour l'étude sur les émissions de cigarettes.14 Juste avant l'échantillonnage, la valve du sac Tedlar a été ouvert, le couvercle de la Vac-U-Chamber a été fermé et la pompe a été activée pour créer un vide partiel à l'intérieur de la chambre qui a permis à la fumée Ecig d'être aspirée dans le sac Tedlar. Les sacs Tedlar remplis de fumée ont été maintenus au repos pendant au moins 1 h pour laisser la phase aérosol se déposer à l'intérieur des sacs afin que seule la fraction vapeur de la fumée puisse être injectée dans la colonne GC pour analyse.

Échantillonnage de la phase particulaire. Un impacteur en cascade Sioutas (SKC Inc., Eighty Four, PA) a été utilisé pour collecter les fractions particulaires dépendant de la taille des émissions d'E-cig. Les particules ont été déposées sur cinq tampons filtrants diﬀérents avec les fractions de taille du filtre A (> 2.5 μm), du filtre B (1.0 à 2.5 μm), du filtre C (0.50 à 1.0 μm), du filtre D (0.25 à 0.5 μm) et du filtre L (<0.25 µm). Les disques de l'impacteur à cascade Sioutas sont en aluminium anodisé avec des joints toriques en Buna-N (nitrile) et des supports de filtre en acrylique. Un filtre PTFE SKC de 25 mm de diamètre avec une taille de pores de 0.5 μm a été placé entre les disques marqués A, B, C et D, tandis qu'un filtre PTFE SKC de 37 mm de diamètre avec une taille de pores de 2.0 μm a été utilisé pour le filtre L. Pour l'échantillonnage, un un débit constant de 9.0 L/min a été maintenu à l'aide de la pompe Leland Legacy (SKC Inc, Eighty Four, PA). Après l'échantillonnage, l'impacteur a été démonté dans un environnement sans poussière et tous les filtres ont été placés dans des flacons individuels avec 5 ml de chlorure de méthylène pour l'extraction. L'extraction des analytes dans les cinq fractions particulaires a été effectuée en sonifiant les filtres pendant 1 h dans un bain à ultrasons (Fisher Scientific, Pittsburgh, PA). Les volumes d'extrait ont été réduits à 1.5 ml en soufflant doucement de l'azote gazeux à l'aide d'un évaporateur de solvant à 6 positions (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO). Les échantillons concentrés ont été filtrés à l'aide de filtres Phenex 0.2, XNUMX μm (Phenomenex, Torrance, CA) avant l'analyse GC-MS.

Échantillonnage et analyse de la phase vapeur par spectrométrie FTIR. Les émissions de vapeur de l'appareil Joyetech eVicVT E-cig (www.joyetech.com) avec les deux modes de sélection de température variable (200 à 600 ° F) et de puissance variable (1 à 60 W) ont été analysées par spectrométrie FTIR. Le brouillard de l'appareil E-cig avec un serpentin chauffant en nickel a été transféré via un tube avec un tampon filtrant dans une cellule à gaz Tornado 10 m pré-évacuée de Specac (Orpington, Angleterre) avant d'être analysé à l'aide d'un spectromètre Varian FTS-7000 FTIR avec un détecteur au tellurure de mercure et de cadmium (MCT/A). Les spectres ont été acquis pour 30 balayages à une résolution de spectromètre de 0.5 cm-1 et traités sans remplissage à zéro et en utilisant la méthode d'apodisation Norton-Beer. Les fichiers de données spectrales Varian ont été exportés au format Thermo OMNIC pour analyse. Les spectres infrarouges de la phase vapeur de l'E-cig ont été comparés aux spectres infrarouges de référence du monoxyde de carbone, du méthanol, de l'éthanol, du formaldéhyde et de l'éthylène. Ces spectres infrarouges de référence pour l'analyse quantitative ont été téléchargés à partir du site Web du Pacific Northwest National Laboratory ou extraits de la bibliothèque spectrale infrarouge d'analyse infrarouge (Anaheim, CA). Les valeurs d'absorbance des spectres IR de référence avec des valeurs ppm-mètre connues ont été comparées à celles des spectres d'échantillon afin de calculer les concentrations d'analyte sur la base de la loi de Beer. Les zones de pic étaient généralement utilisées pour l'analyse quantitative des composés dans les régions spectrales sans interférence spectrale. Dans quelques cas, les hauteurs des pics ont été utilisées pour contourner la difficulté de l'intégration de la zone des pics en raison du chevauchement partiel des pics spectraux.

Analyse GC−MS des phases liquide, vapeur et particulaire. La phase vapeur a été analysée à l'aide d'un chromatographe en phase gazeuse (GC) Agilent 6890 couplé à un spectromètre de masse quadripolaire Agilent 5973 (MS). Un échantillonneur automatique à 16 positions pour l'analyse automatisée en mode séquentiel a été connecté au GC-MS via le préconcentrateur NUTECH 8900DS. Le préconcentrateur comporte trois pièges cryogéniques, le piège à billes de verre, le piège Tenax TA et le cryofocuser. Un accessoire appelé GC Chaser de Zip Scientific (Fast GC Technology, Goffstown, NH) a été utilisé pour améliorer la ventilation du four GC pendant les cycles de refroidissement. Le préconcentrateur a été réglé pour préchauffer à 10 ° C, tandis que la température de refroidissement a été réglée à -150 ° C, la température de désorption à 20 ° C avec un temps de préchauffage de 2 s et un débit de désorption à 15 mL/min avec un temps de désorption de 2 min. La séparation GC a été réalisée à l'aide de la colonne capillaire Rxi-1ms (Restek, Bellefonte, PA) avec la phase stationnaire de 100% de polydiméthylsiloxane et des paramètres de colonne de 60 m × 0.32, 1.00 mm id et une épaisseur de film de 30, 3 μm. Initialement, le four était réglé à 30 °C pendant 100 min. La température du four GC a ensuite été programmée pour monter trois fois de suite sans aucun maintien, de 5 à 100 °C à 150 °C/min, de 12 à 150 °C à 220 °C/min, et enfin de 15 à 4 °C à 320 °C/min. La température finale a été maintenue pendant 28 min. La température d'entrée du GC a été maintenue à 70 ° C et le débit de gaz porteur d'hélium a été fixé à 320 cm / s. Un spectromètre de masse a été utilisé dans les modes de balayage complet simultané et de surveillance des ions sélectionnés (SIM). L'ionisation par impact électronique a été opérée avec une énergie électronique de 29 eV. La température d'interface a été fixée à 350 ° C et les spectres de masse ont été enregistrés dans la plage m / z de XNUMX à XNUMX amu.

Le GC-MS Shimadzu QP2010S a été utilisé en mode d'injection sans division pour analyser des extraits d'échantillons de 1.0 μL provenant des filtres impacteurs en cascade avec différentes fractions de taille de la phase aérosol dans l'émission E-cig. La colonne GC était une colonne de silice fondue revêtue de polyimide Phenomenex ZB5-HT (Bellefonte, PA) 5 % phényl/95 % diméthylpolysiloxane 30 m × 0.25 mm id, épaisseur de film 0.25 μm. Initialement, le four a été maintenu à 50 °C pendant 3 minutes suivi de trois étapes de montée en température. Tout d'abord, la température a été augmentée de 50 à 150 °C à 5 °C/min et maintenue pendant 1 min, puis à 220 °C à 15 °C/min et maintenue pendant 3 min, et enfin à 320 °C à 25 °C. C/min et maintenu pendant 5 min. La température d'entrée a été maintenue à 250 °C et le débit d'hélium gazeux porteur a été fixé à 40 cm/s. Le spectromètre de masse a été utilisé en mode balayage avec sa température d'interface GC fixée à 320 ° C et la température de la source d'ions MS maintenue à 200 ° C. Les spectres de masse ont été acquis dans la gamme de masse de 35 à 450 amu.

Les analytes des phases vapeur et aérosol ont été identifiés par correspondance spectrale de masse des spectres d'échantillons avec les spectres de référence de la base de données NIST 2014 MS. En cas d'ambiguïté dans les correspondances spectrales avec des composés ayant des indices de correspondance similaires, l'identité chimique a été confirmée en évaluant le degré d'ajustement du composé inconnu sur le tracé de régression linéaire des temps de rétention GC et les indices de rétention correspondants pour un ensemble de composés analysés en utilisant la même méthode GC. Les concentrations des constituants de la fumée d'E-cig ont été déterminées à l'aide d'équations de régression linéaire à partir de parcelles d'étalonnage standard basées sur la pente linéaire et l'interception non nulle. Les graphiques ont été préparés à l'aide du logiciel GraphPad Prism V.5 et les structures chimiques ont été dessinées à l'aide du logiciel ACD/ChemSketch V.2. Les données sont rapportées sous forme de "moyenne ± 1 écart type" pour l'analyse en triple des échantillons.