E Likit Bileşiminde Gliserolün Propilen Glikole Oranı Tarafından E Sigara Emisyon Profilinin Etkisi

ÖZET

Elektronik sigaraların (E-cig) kullanımı, geleneksel sigaralara göre daha az bağımlılık ve daha güvenli olduğu algısı nedeniyle popülerdir. Bununla birlikte, E-sigaradan yayılan kimyasallarla ilişkili hala zararlı etkiler vardır. E-sigara cihazlarının tasarımındaki farklılıklar ve bu cihazlarda kullanılan E-sigara sıvılarının bileşimindeki değişkenlik nedeniyle yayılan bileşiklerin kaynaklarını belirlemek zor olabilir. Bu çalışmada, ticari olarak temin edilebilen iki Sıvı ile birlikte çeşitli yüzde oranlarında sadece propilen glikol ve gliserol içeren safsızlık içermeyen E-sıvıların emisyon profilleri, gaz kromatografi-kütle spektrometrisi (GC-MS) kullanılarak değerlendirildi. Bu çalışma yaklaşımı, E-sıvılara eklenen mevcut safsızlıkların veya aroma bileşenlerinin kafa karıştırıcı etkileri olmadan başlıca yayılan bileşiklerin dönüşüm yollarının aydınlatılmasına izin verir. E-sigara emisyonlarının buhar fazlarının analizi, asetaldehit, akrolein, benzaldehit gibi toksik maddelerin yanı sıra benzen, toluen, etilbenzen ve ksilen (BTEX) bileşiklerini tespit etti. E-sıvılardaki gliserol miktarı, yayılan bu tehlikeli bileşiklerin konsantrasyonu üzerinde büyük bir etkiye sahiptir, çünkü bu kimyasalların konsantrasyonu, E-sıvıdaki gliserol yüzdesi arttıkça artar. Gliserol bileşimi %175'dan %28'e yükseltildiğinde asetaldehit ve akrolein sırasıyla 0 kat ve 80 kat arttı. Ticari E-sıvılarda bulunan mentol ve nikotin ile birlikte benzaldehit, naftalin, difenil eter ve gliserol de aerosol kondensatlarında tespit edildi. Nikotin ve mentolün >2.5 ila <2.5 μm arasındaki farklı boyut fraksiyonlarındaki dağılımına ilişkin kademeli çarpma verileri, akciğer sisteminin orofarenks bölgesi, trakea ve ayrıca trakea dahil olmak üzere farklı bölümlerinde toksik madde birikiminin kapsamının tahmin edilmesine olanak tanır. alveoller ve bronşiyollerin içinde. Özetle, E-sigara kullanıcıları, E-sıvılar tatlandırıcı, nikotin veya safsızlıklar olmadan yalnızca propilen glikol ve gliserol içerse bile zararlı kimyasallara maruz kalır. Ayrıca, bu çalışma, daha yüksek yüzdelerde gliserol içeren E-sıvıların, benzer yüzdelerde propilen glikol içeren E-sıvılara kıyasla daha yüksek düzeyde toksik madde üreteceğini göstermektedir. Bu bulgunun E-sigara satıcıları ve üreticileri, tüketiciler ve düzenleyici kurumlar için önemli etkileri vardır.

TANITIM

Elektronik sigaralar (E-cig), E-sıvıları ısıtarak nikotin ve aroma maddeleri içeren aerosol oluşturan pille çalışan sigara içme cihazlarıdır. Şu anda, E-sigara gençler ve genç yetişkinler arasında çok popüler, ortaokul ve lise öğrencileri arasında belirgin bir artış var.1 E-sigaranın popülaritesi çeşitli nedenlerden ve algılardan kaynaklanmaktadır: (1) E-sigara, geleneksel sigaralara kıyasla daha güvenlidir. çünkü E-sıvılar farklı oranlarda propilen glikol (PG), gliserol ve ABD Gıda ve İlaç İdaresi, yani FDA tarafından “Genel Olarak Güvenli Olarak Tanınan” (GRAS) olarak sınıflandırılan aroma maddelerinden oluşur;2 (2 ) E-sigara daha az nikotin ve diğer dumanla ilgili toksinler verir;1 (3) E-sıvılar, gençleri cezbeden çeşitli tatlarda gelir;3 ve (4) E-sigara kullanımı sigarayı bırakmaya yardımcı olabilir. 4 Görünüşe göre, E-sigara kullanımı artık ABD'de en yaygın kullanılan tütün içimi şekli haline geldi ve yetişkinlerin %5'si (yaklaşık 3.7 milyon) düzenli E-sigara kullanıcısı.

Mevcut E-sigara araştırma verileri, 6500 zararlı veya potansiyel olarak zararlı madde7 ve 150'den fazla bilinen kanserojen8 ile 50'den fazla bileşiğin9 doğrulandığı geleneksel sigara dumanına kıyasla hala nispeten daha az kapsamlıdır. Ana E-sigara buharında üretilen toksik maddeler arasında nikotin, glikoller, dikarboniller ve hidroksikarboniller dahil karboniller, uçucu organik bileşikler (VOC'ler), polisiklik aromatik hidrokarbon, tütün[1]ko-spesifik nitrozaminler ve metaller bulunur.10-13 Çoğu bu maddeler, formaldehit ve asetaldehit gibi kanserojenler dahil olmak üzere bilinen toksinlerdir.14 E-sigara buharında üretilen kimyasal bileşenlerin türleri ve konsantrasyonları, E-sıvılarının formülasyonuna ve aromasına ve kullanılan voltaja bağlıdır.

E-sıvıların ısıtılmasından üretilen toksik maddeler buhar fazında, partikül fazında veya her ikisinde bulunur. E-çiğ buhar fazını araştıran çalışmaların büyük çoğunluğu, kütle spektrometrisi (GC−MS) ile birleştirilmiş gaz kromatografisini kullanmıştır. Partikül faz analizinde, Harvard kompakt kademeli çarpma tertibatı15, Cambridge filtre pedleri ve cam elyaf filtre pedleri teknikleri, GC−MS analizi için toplam partikül maddeyi toplamak için kullanılmıştır.16 Ancak, filtre pedlerinin partikül analizi bilgi vermez. farklı E-sigara partikül faz bileşenlerinin boyuta bağlı dağılımına bağlıdır. E-sigara buhar bileşenlerinin analizi üzerine yapılan birçok çalışma, aroma maddelerinin E-çiğ buhar bileşenlerinin oluşumu üzerindeki etkilerini araştırmakla ilgilidir. Az düzeyde aroma bileşenleri ve çeşitli yüzdelerde gliserol ve PG içeren binlerce farklı E-sıvı markası olduğundan, bunların hepsini kimyasal dönüşümleri ve gaz ve partikül fazları arasındaki dağılımları açısından incelemek neredeyse imkansızdır. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı, iki ana E-sıvı bileşeni olan gliserol ve PG ile en popüler E-sıvı aromalarından biri olan mentolün oranına dayalı olarak E-çiğ emisyon profillerini araştırmaktır. Bu araştırma yaklaşımı, ticari olarak temin edilebilen birçok E-sıvı ürünü için E-sigara emisyon özelliklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlayacaktır.

Çeşitli E-sıvı aromaları arasında mentol, özellikle genç yetişkinler4 ve kadınlar arasında en popüler aromalardan biridir.17 FDA, mentol aroması dışında tütünde üzüm, karanfil, kahve ve tarçın gibi çeşitli aroma maddelerini düzenler. Mentollü sigaralar gençler arasında başlangıç ​​ürünü olarak kullanılsa da18 mentol, düzenlenmemiş bir tütün aroma maddesi olmaya devam ediyor.19 Bu nedenle, mentol içeren E-sıvıların buharlaştırılmasından üretilen kimyasal bileşiklerin araştırılması önemlidir. Bu çalışma, Fourier-dönüşümlü kızılötesi spektrometri (FTIR) ve GC−MS kullanarak E-çiğ'in buhar fazında bulunan bileşikleri tanımladı. E-sıvıların PG ve gliserol baz bileşimine mentol ilavesinin etkileri incelendi ve ticari marka sıfır nikotin mentol içeren E-sıvı ile karşılaştırıldı. Ek olarak, E-sigara buharının toplam parçacık fazı, farklı boyuta bağlı parçacık fraksiyonlarında E-sigara buhar bileşenlerinin konsantrasyonlarını belirlemek için bir Sioutas kademeli çarpma tertibatı ve ardından GC-MS analizi kullanılarak boyuta göre ayrıldı.

SONUÇLAR VE TARTIŞMA

E-Sigaradan Yayılan Sis. E-sıvılar, 10:90, 20:80, 50:50 ve 80:20 gibi çeşitli hacim yüzdesi oranlarında aroma katkı maddeleri içeren bir PG ve gliserol karışımıdır ve nikotin içerebilir veya içermeyebilir. E-sigaradan yayılan görünür nefes veya sis, inhalasyon sırasında solunum sisteminde dağılan ve biriken buhar ve aerosol fazlarından oluşur. Önceki bir çalışma, E-sigara emisyonunun buhar fazında gliserol için 0.161-0.477 mg/m3 ve PG için 53-175 mg/m3 konsantrasyon aralığını bildirmiştir.13,20,21 E-sıvıların bu iki ana bileşeni, hem kademeli çarpma tertibatı ile toplanan aerosollerin GC− MS verilerinin hem de Tedlar torbalarındaki buhar fazı örneklerinin karşılaştırılmasına dayalı olarak aerosol fazında bulunur. Bu, ince aerosol damlacıkları içindeki güçlü moleküller arası hidrojen bağı etkileşimlerinden dolayı gliserol ve PG'nin düşük buhar basınçları ile tutarlıdır. Farklı karışım oranlarına dayalı E-cig emisyonunun kızılötesi spektral verileri, PG'nin karışımda sadece %20 oranında mevcut olduğu zaman bile, PG'nin gliserolden daha yüksek seviyelerde bulunduğunu göstermektedir. PG sisine kısa süreli maruz kalmanın oküler ve pulmoner sistem üzerinde akut etkilere neden olduğu bildirilmiştir.22 Ayrıca, PG ve gliserol, E-çiğdeki atomizer aracılığıyla ısıtılarak kanserojen karbonil bileşiklerine dönüştürülür (Şekil 1 ve 2).

Şekil 1. Farklı gliserol (VG) ve PG yüzde oranlarına sahip E-sıvılar için yayılan VOC'lerin nispi konsantrasyonları. Tüm değerler %100 PG'ye göre hesaplanmıştır. (A) Karbonil bileşikleri için çizimde, 80:20'lik VG/PG karışım oranı için asetaldehit veri noktası, çok yüksek nispi seviyesine uyum sağlamak için ölçekte bir boşlukla çizilir; (B) üç alkolün ve MVK'nin nispi konsantrasyonlarının grafiği; (C) aromatik bileşiklerin nispi konsantrasyonlarının grafiği.

Buhar Faz Profilinin GC−MS ile Analizi. E-çiğ sisinin GC-MS sonuçlarında gözlemlenen VOC'ler, çoğunlukla iki veya üç karbon atomlu bileşikleri içerir, ancak aynı zamanda toluen ve stiren gibi daha büyük moleküler ağırlıklı bileşikleri de içerebilir. Zararlı veya potansiyel olarak zararlı VOC'ler, buhar fazında tespit edilen PG ve gliserol23−25'in termal olarak destekli reaksiyonları tarafından oluşturulan toksik karbonil bileşiklerinden bazıları olan formaldehit, asetaldehit ve akroleini içerir. E-sıvılarda PG'nin gliserole oranının bir fonksiyonu olarak E-sigara buhar fazının analizi, E-sıvı bazlı gliserol içeriği arttıkça çoğu VOC'nin daha yüksek konsantrasyonlarda bulunduğunu göstermektedir (Şekil 1 ). Şekil 1A, gliserol %28'dan %0'e yükseltildiğinde akrolein konsantrasyonunda 80 katlık bir artışı göstermektedir, bu, Şekil 2B'de gösterildiği gibi gliserolün dehidrasyon reaksiyonu ile açıklanabilir. Benzer bir eğilim Wang ve ark.26 tarafından E-sıvı bileşimi saf PG'den 1:1 VG/PG karışımına ve son olarak E-'de saf gliserole değiştirildiğinden E-çiğ emisyonunda akrolein seviyesinin arttığı rapor edilmiştir. 270 ve 318 °C'lik çiğ sıcaklıkları. Bu çalışmanın önemli bir farkı, karbonil analizinin aerosol numuneleri üzerinde DNPH türevlendirmesi kullanılarak, ardından sıvı kromatografi analizi ve ultraviyole diyot dizisi tespiti kullanılarak yapılmış olmasıdır. Eliquidler için daha geniş bir VG/PG oranları aralığı. Akroleinin müteakip reaksiyonu, formaldehit ve etilen oluşturmak için hidrojenasyon ve bölünmeyi içerir. Formaldehit oluşumu için bu gliserol bazlı yol, PG bazlı yoldan daha önemlidir, çünkü GC-MS analizi için m/z değerinde 30 olan ekstrakte iyon kromatogramına dayanan deneysel veriler, 30 amu moleküler kütleye sahip formaldehitin, %80 gliserol ve %20 PG içeren E-sıvılardan gelen E-sigara emisyonlarında bulundu. Bu önemli gözlem, yüksek gliserol bileşimine sahip E-sıvıların kullanımını tercih eden "bulut avcılarının", akrolein ve formaldehide daha fazla maruz kalmaları nedeniyle olumsuz sağlık etkileri geliştirme riskinin daha yüksek olduğu gerçeğinin altını çizmektedir. Akrolein, ABD Çevre Koruma Ajansı27 tarafından burun boşluğunda yoğun tahrişe, hava yollarında sitotoksisiteye ve artan mukus salgılanmasına neden olabilen tehlikeli bir hava kirleticisi ve kronik obstrüktif akciğer hastalığı gelişimi için bir risk faktörü olarak kabul edilir.

Şekil 2. (A) PG ve (B) gliserole atfedilen bileşiklerin olası reaksiyon yollarını gösteren şematik diyagramlar. PG ve gliserol E-sıvı çözücülerin termal ayrışmasının bir sonucu olarak karbonil, alkol ve aromatik bileşiklerin oluşumu tasvir edilmiştir. *, bu çalışmanın E-çiğ emisyon buharında tespit edilen bileşikleri ve #, diğer çalışmalar tarafından bildirilen bileşikleri belirtir.

Aslında, önceden var olan koşulların alevlenmesi de dahil olmak üzere solunum, gastrointestinal, kardiyovasküler, nörolojik ve bağışıklık sistemleri üzerindeki birçok olumsuz sağlık etkisi, bazıları tütün içimi ile görülen etkilere benzeyen E-sigaraya atfedilmiştir.30−32 CDC ve NIOSH'a göre, insandaki akut inhalasyon toksisitesine bağlı olarak akrolein için revize edilmiş yaşam veya sağlık için hemen tehlikeli (IDLH) konsantrasyonları 2 ppm veya 5 mg/m3 iken, asetaldehit için IDLH konsantrasyonu 2000 ppm'dir. hayvanlar. Mevcut çalışma, %80 gliserol ve %20 PG'den oluşan E-sıvı için yayılan akrolein konsantrasyonunun, IDLH seviyesinin altında olan 0.68 mg/m3 olduğunu göstermesine rağmen, 0.1'de OSHA'nın izin verilen maruz kalma seviyesinin (PEL) üzerindedir. mg/m3 . Endüstriyel işçilerin korunmasıyla ilişkili IDLH ve PEL değerlerinin yanı sıra, E-çiğ emisyonunun toksisitesini değerlendirmek için gözlemlenen en düşük olumsuz etki seviyesi (LOAEL) de kullanılabilir. Akrolein için, inhalasyon referans dozu için LOAEL 0.9 mg/m3'tür (0.4 ppm),33 bu, %0.68 VG/%3 PG E-sıvı için 80 mg/m20'te ölçülen seviyenin biraz üzerindedir. Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC) ayrıca benzen ve formaldehiti grup 1 veya bilinen insanlar için kanserojen ve asetaldehiti grup 2B veya insanlar için olası bir kanserojen olarak sınıflandırmıştır.34 Benzen için, inhalasyon maruziyetinden kaynaklanan kanserojen risk tahmini, havada 2.2 μg/m10 benzene ömür boyu maruz kalan bir bireyin yaşam boyu riskindeki artış için 6 × 7.8−10 ila 6 × 1−3 aralığı.35 Ölçülen 68 ± 5 benzen konsantrasyonuna dayalıdır. %3 VG/%80 PG E-sıvısının E-sigara emisyonu için μg/m20, kanser riski yaklaşık 1'de 10'dir.

Farklı VG/PG oranlarına sahip E-sıvılara dayalı emisyonların çalışmasına ilişkin GC−MS sonuçları, E-sigara emisyonlarından gelen VOC'lerin reaksiyon yollarının da önerilmesine izin verir. Bekki ve iş arkadaşları24 ile karşılaştırıldığında, reaksiyon yollarının genişletilmiş ve revize edilmiş şematik diyagramları, sırasıyla Şekil 2A,B'de gösterilen Ecig emisyonlarındaki PG ve gliserolden üretilen ek VOC'leri içerir. Şematik diyagramlar, yalnızca gliserol/PG çözücü karışımı ile doldurulmuş E-cig cihazından yayılan spesifik bileşiklerin saptanmasıyla tutarlı reaksiyon yollarını gösterir. Şekil 1 ve 2'de görüldüğü gibi, sadece baz sıvıdan (herhangi bir aroma maddesi veya nikotin olmadan) üretilen E-çiğ buharı, akroleine ek olarak, aseton, benzaldehit, metakrolein, asetaldehit, 2 dahil olmak üzere bir dizi potansiyel olarak zararlı bileşik içerir. -propenolün yanı sıra topluca "BTEX" bileşikleri olarak adlandırılan benzen, toluen, etilbenzen ve ksilen. Tespit edilen bu bileşikler arasında, asetaldehit konsantrasyonu, E-sıvıdaki gliserol konsantrasyonu %175'dan %0'e yükseltildiğinde en belirgin şekilde 80 kat artar. Bu, asetaldehit oluşumunun, PG'den ziyade gliserolün bozunmasından büyük ölçüde etkilendiği anlamına gelir. Bu kesinti, PG (Şekil 2A) ve gliserol (Şekil 2B) için önerilen reaksiyon yollarımızla tutarlıdır, çünkü GC−MS verileri yalnızca asetaldehitin öncüsü olan gliserolden türetilmiş akroleinin varlığını değil, aynı zamanda yokluğunu da gösterir. PG yolu yoluyla üretilen alternatif bir asetaldehit öncüsü olan metilglioksal. Gliserol bozunmasının yüksek formaldehit ve asetaldehit seviyelerine katkıda bulunduğu sonucuna varılsa da, bunların E-sıvılarda formaldehit için 0.114−2.92 μg/g ve 0.040−10.2 konsantrasyon aralığında bulunduğunun belirlendiğini belirtmek önemlidir. asetaldehit için μg/g.

Emisyonlarda hem 2-propenol hem de asetonun varlığı, enol ve keto formları (Şekil 2A,B) arasında tautomerizasyon reaksiyonunun meydana geldiğini ve dengenin 21−44 katında bulunan aseton oluşumunu desteklediğini gösterir. Çeşitli gliserol/PG oranlarına sahip E-sıvıların buhar fazı emisyonlarındaki 2-propenol konsantrasyonları. 2-propenol ve aseton tautomerleri, PG veya gliserolün reaksiyon yolları için izopropanolün ara ürünü yoluyla dolaylı olarak da oluşturulabilir. Sırasıyla 2 ve 80'luk aseton ve 20-propenolün benzer nispi konsantrasyon oranları (yani, %100 VG/%12.4 PG ila %11.9 PG E-sıvıları için buharların karşılaştırılması) oluşumu için mekanizmayı daha da desteklemektedir. bu iki bileşik, gliserol ve PG için reaksiyon yollarında tatomerizasyon yoluyla. Şekil 2A,B'de gösterildiği gibi, formaldehit ve asetaldehitin hidrojenasyonu, sırasıyla metanol ve etanol oluşumuna yol açar. Etanol, çeşitli E-sıvı formülasyonları için E-çiğ emisyonlarında en yüksek konsantrasyonda bulunan VOC'dir. Buhar fazında ölçülen etanol konsantrasyonları oldukça değişkendir ve örnekleme koşullarına bağlıdır çünkü etanol buharı aerosol damlacıkları tarafından emilebilir ve buhar ile aerosol fazları arasında dinamik bir bölme dengesine uğrayabilir. Genel olarak, E-çiğ sisi ortam sıcaklığına soğutuldukça gaz halindeki etanol konsantrasyonu zamanın bir fonksiyonu olarak azalır, bu da etanolün yoğunlaşmasını ve aerosol fazına emilmesini veya Tedlar torbasının içindeki yüzey üzerinde birikmesini destekler. %80 gliserol ve %20 PG'den oluşan E-sıvı için, etanolün buhar fazı konsantrasyonunun 28.6 mg/m3 veya 15.2 ppm olduğu belirlendi. E-çiğ cihazı, emisyonlardaki VOC'lerin anında analizi için kriyojenik ön konsantrasyon ile doğrudan GC-MS sistemine bağlanabiliyorsa, ölçülen etanol konsantrasyonu muhtemelen daha büyük olacaktır.

Çoğu çalışma, E-sıvıdaki aroma maddeleri ve nikotinin neden olduğu olumsuz sağlık etkilerine odaklanmaktadır, ancak sorunun kökü, çözücü olarak PG ve gliserolün formülasyonundan veya E-sıvıdaki ana bileşenlerden kaynaklanmaktadır. Şekil 1B, VG/PG karışımlarında gliserol yüzdesi arttıkça metanol, etanol, izopropanol ve metil vinil ketonun (MVK) nispi konsantrasyonlarındaki artışı göstermektedir. Hem metanol hem de etanol daha önceki çalışmalarda37 E-sıvıdaki gliserolün oksidasyonunun ve termal bozunmasının yan ürünleri olarak rapor edilmiştir. E-sigara emisyonlarındaki çok yüksek etanol seviyeleri, sarhoş edici etkisi ve zihinsel keskinliği etkileme eğilimi nedeniyle endişe vericidir. Etanolün inhalasyon yolu ile kana emiliminin alkol alımına bağlı sarhoşluğu ne ölçüde artıracağı bilinmemektedir. MVK, asetaldehit ve etilenin dehidrojenasyon reaksiyonu yoluyla oluşturulmuştur.

Şekil 2'de gösterilen reaksiyon ürünleri nispeten yüksek uçuculuğa sahiptir ve GC−MS tarafından E-çiğ emisyonlarının buhar fazında kolayca tespit edilir. Buhar fazı reaksiyon yollarının şematik diyagramlarının, nükleer manyetik rezonans tekniği kullanılarak yapılan E-çiğ aerosol analizine dayalı olanları tamamlayıcı olduğuna dikkat etmek önemlidir. Aerosol fazında bulunan polar bileşiklerin oluşumunun ayrıntılı bir açıklaması Jensen ve diğerleri.38 ve Strongin tarafından rapor edilmiştir.39 Ağırlıklı olarak aerosol fazında bulunan bu bileşikler arasında PG hemiformal, gliserol hemiformal, glisidol, dihidroksiaseton, asetol, akrolein, asetaldehit, formik asit ve alil alkol. Buhar fazı ve aerosol fazı için reaksiyon yolları yakından bağlantılıdır. Örneğin, asetol veya hidroksiaseton, gliserol reaksiyon yolunda formaldehit ve asetaldehite dönüştürülebilir. Aynı şekilde asetaldehit de akroleine dönüştürülür.

Şekil 1A−C'de çizilen VOC'ler arasında, yayılan aromatik veya BTEX bileşiklerinin nispi konsantrasyonlarındaki artış, karbonil bileşikleri ve alkollerinkinden önemli ölçüde daha küçüktür. Bu, aromatik hidrokarbonların oluşumu için reaksiyon yollarının, karbonillerin ve alkollerin oluşumuna kıyasla daha fazla ara basamak içermesi ile açıklanabilir. Bu nedenle, E-sıvı karışımındaki gliserol yüzdesini %8'dan %10'e 80 kat artırmanın etkisi, alkoller ve karbonil bileşiklerine kıyasla aromatik hidrokarbonların veya BTEX bileşiklerinin konsantrasyonlarını etkilemek için nispeten seyreltildi veya daha küçüktü. Benzen, önemli bir reaksiyon ara maddesi olarak başlangıçta 1,3-bütadien yoluyla benzen oluşturmak üzere propilen, etilen ve asetilenin ardışık reaksiyonları ile oluşturulur. Farklı VG/PG oranlarına sahip E-sıvıları kullanan deneyler için E-çiğ emisyonlarında tespit edilen 1,3-bütadien'den benzen oluşumu için ayrıntılı mekanizmalar, termal destekli aromatizasyona dayalı deneyler için daha önce tarif edilmiştir,44 kinetik %0.15 1,3-bütadien ve nitrojen içinde %0.4125−3.35 oksijen koşulları altında modelleme ve reaktör deneyleri,45 ve 1,3 ± 45.4 kJ/mol çarpışma enerjisinde etinil radikalleri ve 2.1-bütadien moleküler ışın çalışmaları. 46 Benzen ve alkil aromatiklerin oluşumunda önemli rol oynayan propilen, etilen, asetilen ve metan bu çalışmada FTIR veya GC−MS ile özellikle E-çiğ cihazlarının yüksek güç ayarlarında ve daha yüksek konsantrasyonların gözlendiği durumlarda gözlemlenmiştir. . Benzoik asit ve benzaldehit katkı maddeleri içeren E-sıvılara dayalı E-çiğ emisyonlarında benzen oluşumu için alternatif bir yol Pankow ve diğerleri tarafından önerilmiştir.47 Belirtilen üç benzen oluşum mekanizması, benzoik asidin dekarboksilasyonunu, oksidasyonu ve müteakip dekarboksilasyonu içerir. benzaldehit ve benzil alkol oluşturmak üzere benzaldehitin orantısızlaştırılması ve benzen oluşturmak üzere dekarboksilatlanan benzoik asit. Benzenin metanol, etanol ve formaldehit ile müteakip reaksiyonları sonunda sırasıyla toluen ve ksilen, etilbenzen ve benzaldehit oluşumuna yol açar. Etilbenzenin dehidrojenasyonu, stiren oluşumuna neden olur.

Bu çalışmanın buhar fazında tespit edilen asetaldehit, aseton, akrolein, etanol, benzen, toluen, ksilen ve stiren, termal desorpsiyon tüp yöntemi kullanılarak Herrington ve Myers43'ün bulgularında da rapor edilmiştir. Benzaldehit, Sioutas kademeli çarpma tertibatı ile toplanan hem buhar fazında hem de aerosol fazının farklı boyut fraksiyonlarında GC-MS tarafından tespit edildi. Gliserol, PG ve nikotin, kademeli çarpma numunelerinin GC−MS analizi yoluyla aerosol fazında tespit edildi. Yüksek polariteye sahip bu bileşikler, esas olarak aerosol fazında bulunur ve numune tüpleri ve Tedlar torbaları içinde yoğunlaşma eğilimindedir. Ayrıca, diğer VOC'lere göre çok yüksek buharlaşma entalpileri nedeniyle ön yoğunlaştırıcıdaki kriyojenik olarak soğutulmuş cam boncuk ve Tenax TA tuzakları yoluyla iyi bir geri kazanım göstermezler. Sonuç olarak, GC−MS analizinde gözlenmezler ve onların yokluğu, Ecig emisyonlarının bu üç ana bileşenine benzer alıkonma sürelerine sahip düşük seviyeli VOC'lerin analizini kolaylaştırır.

Şekil 3. E-sigara emisyonlarının FTIR spektrumlarının referans standartlarla karşılaştırılması. (A) 500 ve 600 °F'de E-sigara buhar spektrumları, parmak izi bölgesinde PG, metanol ve etanolün referans spektrumları ile kaplanır; (B) 500 ve 600 °F'deki E-sigara buhar spektrumları, 2800-3600 cm-1 bölgesindeki buhar ve sıvı fazlardaki etanolün referans spektrumları ile kaplanmıştır; (C) 500 ve 600 °F'de E-çiğ buhar spektrumları, 2090-2220 cm-1 bölgesindeki karbon monoksitin referans spektrumu ile kaplanmıştır; (D) 60 W E-sigara gücünde elde edilen E-sigara buhar spektrumu, 2745-2795 cm-1'de formaldehit referans spektrumu ile kaplanır.

FTIR ile Buhar Faz Profilinin Analizi. E-sigara emisyonlarının GC− MS analizi, öncelikle C3−C8 hidrokarbonları ve oksijenli VOC'leri içeren VOC'lerin emisyon profili hakkında faydalı bilgiler vermiştir. GC−MS'nin bir kriyojenik ön-konsantrasyon tekniği ile kullanılması, aynı zamanda, E-çiğin buhar fazında hacimce 1−10 parça/milyar (ppbv) tespit limitlerine kadar toksik karbonil bileşiklerinin ve aroma katkı maddelerinin nicel analizine izin verir. emisyonlar. Ne yazık ki, GC−MS yöntemi, numune analizinden önce numune torbaları içinde analit yoğunlaşması veya analitin aerosol fazına emilmesi gibi dezavantajlardan muzdariptir. Ayrıca, moleküler kütlesi 35 amu'dan küçük olan küçük moleküllerin GC−MS analizi, kriyojenik ön yoğunlaştırıcının sınırlandırılması veya hava bileşenlerinin arka plan girişimi nedeniyle zordur. Bu nedenle, 2 °F (500 °C) ve 260 °F (600 °C) sıcaklıkta çalışan bir E-sigara cihazından yayılan CO316, CO, metan, etan, etilen, metanol, etanol ve formaldehit gibi daha küçük moleküllerin emisyonları FTIR spektrometresi ile analiz edildi (Şekil 3).

Şekil 3A, 500−600 cm−800 parmak izi bölgesinde 1200 ve 1 °F'de E-çiğ emisyonlarının örnek spektrumları ile etanol, PG ve metanolün kızılötesi referans spektrumlarının kaplamasını göstermektedir. Etanolün Şekil 1080A'da 1030, 890 ve 1 cm-3'de ve Şekil 2955B'de 1 cm-3'de öne çıkan spektral özellikleri, etanol sinyalinin referans spektrumlarındakilerle karşılaştırılarak kolayca tanınabildiğini göstermektedir. Şekil 3B'deki örnek spektrumlar, 3000 cm-1'de C-H germe bandında serbest gaz fazı molekülleri olarak etanolün ve 3360 cm-1'de aerosol bağlı sıvı faz bileşeni olarak etanolün varlığını göstermektedir. Hem gaz hem de sıvı fazlarda etanolün referans spektrumları, 500 ve 600 °F'lik E-çiğ ayarında etanolün her iki fazda bölünmesini doğrulamak için numune spektrumları ile kaplanmıştır. Etanolün sıvı faz spektrumu, geniş hidrojen bağı O−H bandına sahiptir, ancak C−H germe bandının keskin tepe noktalarına sahip değildir, oysa gaz fazı etanol spektrumu bunun tersi açıklamayı gösterir. Şekil 3B'deki O−H titreşim bandının, aerosol fazında bulunan etanol ve PG ve gliserol dahil olmak üzere diğer daha az uçucu alkollerin bileşik sinyali olduğuna dikkat etmek önemlidir. C−H bandı, etanol ve C−H kovalent bağlarına sahip metanol, izopropanol ve 2-propenol gibi alkoller dahil olmak üzere diğer VOC'lerin spektral örtüşmesinden kaynaklanır.

500 ve 600 °F'de ortalama etanol konsantrasyonları sırasıyla 1236 ± 361 ve 3250 ± 449 mg/m3'e karşılık gelir. Bu konsantrasyon değerleri, GC-MS ile ölçülenlerden önemli ölçüde daha yüksektir, çünkü E-çiğ emisyonları, GC-MS'de olduğu gibi, etanol buharının yoğunlaşmasını ve bunun aerosol fazına emilmesini önlemek için FTIR yöntemiyle anında analiz için oluşturulmuştur. E-çiğ vaping sonrası Tedlar torbalarında 30 dakika soğumaya bırakılan numuneler kullanılarak yapılan analiz. Bekleme süresi, aerosol partiküllerinde gliserol ve PG'nin yoğunlaşmasına ve aglomerasyonuna izin verdi ve bu nedenle ön yoğunlaştırıcıya çekilmelerini önledi ve Tenax TA kapanı için aşırı yüksek desorpsiyon sıcaklığı veya ısıtma süresi kullanımı ihtiyacını ve çok yoğun GC'lerini ortadan kaldırdı. −Konsantrasyonları en az 100 kat daha düşük olan analitleri tespit etme veya ölçme yeteneğini etkileyen MS sinyalleri. Yüksek etanol seviyeleri, E-sıvı gliserol ve PG karışımının bozulmasına ve ayrıca E-sıvıların bir bileşeni olarak etanolün varlığına bağlanabilir. Etanolün, Sıvılarda aroma vericiler veya diğer katkı maddeleri için bir çözücü olarak kullanılıp kullanılmadığına bakılmaksızın, olumsuz sağlık etkilerine neden olabilecek sarhoş edici etkisi veya asetaldehite olası dönüşümü nedeniyle etanol konsantrasyonunu belirlemek önemlidir. Farklı E-sıvılarda etanol analizi çeşitli gruplar tarafından rapor edilmiştir.36,43,48 Varlet ve ark. 30 ticari nikotin içeren E-sıvıdan 42'unun 6−3675 μg/g aralığında etanol içerdiğini bildirdi.36 Analiz edilen 37 nikotin içeren E-sıvıdan Poklis ve ark. iki numunenin > 100 mg/mL etanol konsantrasyonları içerdiğini, beş numunenin 10−100 mg/mL etanol içerdiğini ve 17 numunenin 0.05−1.0 mg/mL etanol içerdiğini bildirdi.48 Bu nedenle, ticari E-sıvılarda etanol bulunması katkıda bulunabilir. buharlaştırma yoluyla gaz fazındaki etanole dönüştürülür. Ek olarak, gliserolün termal bozunmasının etanol üretiminde önemli bir rol oynamış olması gerektiği tahmin edilmektedir, çünkü GC-MS ile ölçülen etanol buhar konsantrasyonu %4.5/%80 VG/PG karışımı için 20 kat artmıştır. %0/%100 VG/PG karışımına göre. Bu, gliserolün, E-sıvılarda bir safsızlık olarak etanolün uçucu hale getirilmesine atfedilen seviyenin üzerinde, termal olarak destekli etanol üretimine daha fazla katkıda bulunabileceğini göstermektedir.

Şekil 3C, 7.78 °F emisyon deneyi için 0.06 ± 8.91 ppmv veya 0.07 ± 3 mg/m600 seviyesinde CO varlığını gösterir. Bu CO değeri, alt Ohm E-çiğde 76.7 W'ta çeşitli atomizer filamentleri, bobin konfigürasyonları ve yüzey alanları için 2386.9−3 mg/m125 ölçülen CO konsantrasyon aralığını veren yakın tarihli bir makalede bildirilen değerden daha küçüktür. cihazlar.41 Nikel bobinli 943.7 W deneyi için 3 mg/m40 veya 480 125 ppmv CO konsantrasyonu, E- Kanthal bobini kullanarak 34.6 W'lık çiğ gücü. Her nefesteki bu CO konsantrasyonları, ortalama 1.0 saatlik süre için 39.6 ppm'de Ulusal Ortam Hava Kalitesi Standardı'ndan (NAAQS) daha yüksektir. Bu nedenle, E-sigara şişirme kısıtlaması olmayan binalardaki iç mekan CO seviyesinin, ayara, gazlı bez sayısına ve nefes alma sıklığına ve süresine bağlı olarak NAAQS seviyesini aşması muhtemeldir.

Şekil 3D, 22.7 W maksimum güç ayarında E-sigara emisyonunda 2.9 ± 27.9 ppmv veya 3.6 ± 3 mg/m60 düzeyinde formaldehit varlığını gösterir. Maksimum emisyon maruziyetini değerlendirmek için 60 W güç ayarı kullanıldı alt Ohm cihazlarını (SOD'ler) yüksek güç seviyelerinde kullanan gazetelerin sayısı. Ayrıca, 60 W'lık E-sigara gücü kullanılarak elde edilen veriler, 25 ila 175 W arasında değişen güç seviyelerinde SOD'ların yakın zamanda yayınlanmış bir FTIR çalışmasıyla karşılaştırmaya da olanak tanır.41 Misthub.com'a göre, 49 50 W kullanımı “ iyi bir tada sahip hoş bir soğuk buhar” ve 60 W, “keyifli bir tada sahip devasa buhar bulutları” verecektir. 600 °F'de sıcaklık ayar modunu kullanan emisyon ölçümü için, formaldehit konsantrasyonunun 0.374 ± 0.157 ppmv veya 0.459 ± 0.193 mg/m3 olduğu tespit edildi, bu FTIR yönteminin algılama sınırına yakındır. 500 °F sıcaklık ayarında formaldehit seviyesi FTIR algılama sınırının altındaydı. Bu nedenle sonuçlar, daha yüksek buhar sıcaklığı elde etmek için güç ayarı artırıldığında, formaldehitin daha yüksek konsantrasyonlarda oluşacağına dair önceki iddiayı desteklemektedir.50,51 Ogunwale ve ark. 8.2 mL'lik nefes hacmi ile 40.4 nefes için 3 W'lik bir E-sigara güç ayarına dayalı olarak 9.5−10 mg/m91 formaldehit konsantrasyonu bildirdi.52 Formaldehitin dekarbonilasyon reaksiyonu, bir öncekine göre karbon monoksit oluşumunu açıklayabilir. paladyum üzerinde aldehitlerin ayrışmasının incelenmesi.53 Hem nikel hem de paladyum, Periyodik Tabloda grup VIII'e ait hidrojen giderme katalizörleri olduğundan, E-çiğ cihazında kullanılan nikel filamentinde benzer bir ayrışmanın gerçekleşmesi mümkündür.

Aerosol Profili. E-sigaranın aerosol fazı, A (giriş ucu), B, C, D ve L (çıkış ucu) olarak adlandırılan beş filtre aşaması serisinin bulunduğu Sioutas kademeli çarpma tertibatı (SKC Inc. Eighty Four, PA) ile örneklenmiştir. sonunda), aerosol partiküllerini sırasıyla >2.5, 1.0−2.5, 0.50−1.00, 0.25− 0.50 ve <0.25 μm boyutlarına göre parçalara ayırın. 10 µm kütle medyan aerodinamik çapından daha büyük olan aerosol partikülleri genellikle ağzın orofarenks bölgesinde birikir, 5−10 µm aralığındaki partiküller solunum sisteminin merkezi hava yolunda birikecektir ve daha küçük partiküller 5μm, pulmoner sistemdeki en küçük hava yolları olarak kabul edilen bronşiyollere ve alveollere ulaşabilir.54 Ancak, aerosol soğutma, buharlaşma/yoğunlaşma ve aerosol damlacıklarının birleşmesi gibi çoklu süreçler ağız boşluğunda meydana gelebilir ve inhale edilenlerin dinamiklerini değiştirebilir. aerosol.

Bu, solunum sistemi içinde aerosolün dağılımını, birikmesini ve transferini etkileyebilir.55 E-çiğ aerosolün ana bileşenleri, gliserol ve PG'yi içeren minimum uçuculuğa sahip polar bileşiklerdir. Orijinal olarak E-sıvılarında bulunan gliserol ve PG'nin yanı sıra, >2.5 ila 0.25 arasında değişen partikülleri parçalayan A, B, C ve D aşamalarındaki filtrelerde benzaldehit, difenil eter, dietil ftalat ve naftalin gibi diğer bileşikler tespit edildi. −0.5 um. Bu bileşiklerin farklı filtrelerdeki oldukça muntazam konsantrasyonları, aerosollerin adyabatik soğumasıyla indüklenen yoğuşma yoluyla oluşturulduklarını, çünkü kademeli çarpma tertibatının dar yarıklarından 9.0 L/dk'lık pompalama hızında geçerken basınç değişiklikleri yaşadıklarını göstermektedir. .56 Gliserol ve difenil eter, çıkış filtresi L'de de mevcuttu ve bu, partikül boyutu fraksiyonunu <0.25 μm'den ayırıyor ve bu bileşenlerin muhtemelen solunum sisteminin en küçük hava yollarından geçeceğini gösteriyor.

Dietil ftalat, polimer malzemelerin üretiminde yaygın olarak bir plastikleştirici olarak kullanılır. E-çiğ cihazında kullanılan plastik bileşenlerin termal bozunması yoluyla salınmış olabilir. Termal bozunma büyük olasılıkla atomizerdeki ısıtma bobininin üstüne takılan plastik kapakta meydana geldi çünkü bobinde üretilen ısı dietil ftalat veya diğer plastik katkı maddelerinin salınımını hızlandıracaktı. Naftalin daha önce Margham ve ark.57 tarafından E-sigara emisyonlarında 5.01−1.2 nefesler için 1 ± 100 ng/puff ve 5.87−0.84 nefesler için 101 ± 200 ng/puff'ta saptanabilir olarak rapor edilmişti, ancak bu seviyeler istatistiksel olarak diğerlerinden ayırt edilemez. yöntem boş emisyonlar. Daha sonraki bir yayın58, naftalinin çeşitli E-sıvı ürünlerinde 4.24− 32.8 ng/mL'de mevcut olduğunun belirlendiğini ve Ecig emisyonlarında 1.79−3.07 ng/mL-puff olarak ölçüldüğünü göstermektedir. E-sigara aerosol emisyonlarının kademeli çarpma analizinde bir grup 2B veya olası insan kanserojeni olan naftalinin tespiti, E-sıvısını hazırlamak için kullanılan yüksek saflıkta PG ve gliserol analiz edildiğinden ve naftalinin buharda üretildiğini gösterir. naftalinin varlığını gösterir. Bu nedenle, naftalin oluşumunun benzen ve 1,3-bütadien veya asetilen reaksiyonu yoluyla gerçekleşip gerçekleşmediğini araştırmak önemli olacaktır.

Difenil eter, Ecig atomizörlerinde ve koruyucu kasada plastik malzemeler üzerinde alev geciktirici bir kaplama olarak kullanılan polibromlu difenil eterlerin (PBDE'ler) termal bozunmasından kaynaklanmış olabilir. Chung ve çalışma arkadaşları59 E-çiğ aerosolünde PBDE bulduklarını ve miktarların E-çiğ markasına göre değiştiğini bildirdi. E-çiğ cihazının metalik ısıtma bobini üzerindeki PBDE'lerin indirgeyici debrominasyonunun, difenil eter üretimi ile sonuçlanmış olması mümkündür, çünkü demirin BDE-209 veya dekabromine edilmiş difenil eterin mono-to'ya dönüşümünü katalize edebildiği bildirilmiştir. tribromo difenil eterler.60 Gliserol dışında, filtrelerde tespit edilen diğer dört aerosol bileşiğinin hiçbiri, gliserolün propilen gliserole oranı artırıldığında konsantrasyonda yükselmedi. Bununla birlikte, E-sıvısındaki gliserol %80'e yükseltildiğinde, buhar fazındaki benzaldehit miktarı keskin bir şekilde yaklaşık 10 kat arttı.

Şekil 4. Sırasıyla 0 ve 18 mg nikotin/mL ile mentol içeren E-sıvılar kullanılarak E-sigaradan yayılan nispi VOC konsantrasyonları. Yayılan VOC'lerin nispi konsantrasyon oranları, Hangsen Menthol'den buhar fazı bileşenlerinin ve %10 VG/%90 PG olan E-sıvı bazının karşılaştırmasına dayanmaktadır. Üç çizelgede 1.0'daki yatay çizgi, üzerinde Hangsen Mentol VOC'lerinin arttığı ve altında VOC'lerin E-sıvı bazına göre azaldığı referans seviyesini temsil eder. GC− MS analizi, Hangsen Mentol için nikotinsiz ve nikotinli sırasıyla 3.70 ± 0.16 ve 3.10 ± 0.27 mg/mL mentol konsantrasyonlarını gösterir.

Mentol Tatlandırıcı ve Nikotin. Biri nikotinsiz ve diğeri 18 mg nikotin/mL olan Hangsen Menthol adlı ticari olarak mevcut iki E-sıvı ürünü, Şekil 4'te E-sigaradan yayılan VOC'lerin sütun grafikleri olarak çizilmiştir. VG/%10 PG E-sıvı formülasyonu, %90 VG/%10 PG Eliquid bazınınkiyle karşılaştırıldığında VOC konsantrasyonlarının varyasyonu mentol ve/veya nikotine bağlanabilir. Şekil 90, %4 VG için karşılık gelen ölçümlere kıyasla mentol içeren E-sıvılarda aseton, etanol ve izopropanol konsantrasyonlarının yaklaşık 4 kat arttığını (yani, Y ekseninde 4'ten büyük nispi konsantrasyonlar) göstermektedir. /%10 PG E-sıvı baz. Aromatik bileşikler için, Şekil 90, E-sıvıların mentol veya nikotin içerip içermemelerinin konsantrasyonlarında çok fazla fark olmadığını ve bunların nispi konsantrasyonlarının 4'da yatay çizgi etrafında 0.8−1.3 dar aralığında kümelendiğini ve etkilenmediğini göstermektedir. VG/PG oranı. Aseton için, tek başına mentol varlığı 1.0 kat artışa katkıda bulunurken, E-sıvıya hem mentol hem de nikotinin eklenmesi 4.7 kat artışa katkıda bulundu. İzopropanol, tek başına mentol ilavesiyle 8.3 kat arttı, ancak artış hem mentol hem de nikotin içeren E-sıvı için 6.5 kata düştü. Mentol ayrıca buhar fazında 3.5-propenol miktarında daha küçük bir artışa neden oldu. Asetaldehit konsantrasyonunun sadece mentol içeren E-sıvı için Eliquid'e düştüğü, ancak hem mentol hem de nikotin içeren E-sıvı için 2 kat arttığı bulundu.

Mentol, 214.6 °C'lik yüksek kaynama noktası ve 56.6 kJ/mol'lük nispeten yüksek buharlaşma entalpisi nedeniyle gaz fazının aksine aerosol fazında tespit edilir. Aerosol fazının çeşitli boyut fraksiyonlarında mentolün dağılımı, Sioutas kademeli çarpma tertibatı ile ölçülmüştür. Nikotinsiz E-sıvıdaki mentol dağılımı A filtresi için %6, B filtresi için %5, C filtresi için %7, D filtresi için %67 ve L-filtresi için %15 olarak bildirilmektedir. filtre. 18 mg/mL nikotinli Eliquid için, mentol dağılımı A filtresi için %7, B filtresi için %7, C filtresi için %13, D filtresi için %57 değerleriyle benzerdir, ve L-filtre için %16. Bu dağılım, yayılan mentolün büyük bir oranının veya %82−85'inin (yani, D- ve L-filtre katkısının toplamı) 0.25 μm'den küçük küçük aerosol partikül boyutlarına bağlı olarak en küçük hava yollarına kadar nüfuz edebileceğini göstermektedir. Yerger'e göre61 mentol, tütün dumanının sert tadını maskeleyebilen ve aynı zamanda tütün şirketlerinin nikotin bağımlılık etkilerini en üst düzeye çıkarmak için her ikisinin dağıtımını ayarlamasına olanak tanıyacak şekilde nikotinin etkilerini modüle edebilen bir lokal anestezik görevi görür. A, B ve C filtrelerinde tutulan yayılan mentolün kalan %18'i, mentolün ağızda ve pulmoner sistem boyunca birikebileceğini gösterdi. Bu nedenle, her türlü hoş olmayan vaping hissini maskeleyerek ve bireylerin uzun vaping sürelerini tolere etmelerine izin vererek baştan sona yatıştırıcı bir etki sunar.

12 puff numuneden alınan nikotin, Sioutas kademeli çarpma tertibatının tüm filtrelerinde biriktirildi. Yüzde dağılımı A filtresi için %12, B filtresi için %11, C filtresi için %42, D filtresi için %1 ve L filtresi için %34 olarak ölçülür. Bu dağılım, nikotinin sırasıyla C-filtre ve L-filtre için sırasıyla 0.50−1.0 ve <0.25 μm'lik iki boyut fraksiyonunda bulunduğunu göstermektedir. Bu, nikotinin büyük bir bölümünün bronşiyollerde ve alveollerde birikebileceği anlamına gelir. Sıfır nikotinli ticari Hangsen Menthol'de hiç nikotin tespit edilmemesine rağmen, üretici tarafından 18 mg/mL nikotin içerdiği işaretlenen Hangsen Menthol E-sıvısındaki nikotin konsantrasyonu aslında 20.3 ± 0.52 mg/mL nikotine sahiptir. Önceden yayınlanmış 9.29 ± 0.24 mg/puff62 ortalama E-sıvı tüketim oranını ve nikotin veya mentol gibi E-sıvı bileşenlerinin ölçülen veya etiketlenmiş konsantrasyonlarını kullanarak, belirli bir aerosol boyutunda puff başına belirli bir bileşenin kütlesi tahmin edilebilir. kesir. Sioutas kademeli çarpma tertibatının örnekleme koşullarına dayanarak, bir puff E-çiğ aerosol emisyonunun, <15.3 μm'lik en küçük aerosol boyutu fraksiyonunda 2.3 μg nikotin ve 0.25 μg mentol içerdiği bulundu. E-çiğ aerosol çalışmasına ilişkin gelecekteki çalışmaların, E-çiğ cihazlarının hava akış hızının rolünü araştırması gerekecektir. Hava akış hızının toksik madde profillerini ve E-sıvı tüketim oranını modüle ettiği gösterilmiştir.

E-sıvılar genellikle tatlandırıcı ve nikotin miktarları ile ilgili katı endüstri yönergeleri ve düzenlemeleri olmadan üretilir. Nikotin konsantrasyonundaki bu %12.8 tutarsızlık (yani, 20.3 mg/mL etiketli değere kıyasla 18 mg/mL ölçülen değer), sıkı kalite kontrolünün olmadığı yerel tesislerde üretilen Eliquid'e bağlanabilir. E-sıvılarda nikotin içeriğinin yanlış etiketlenmesiyle sonuçlanan sofistike üretim ekipmanı veya eğitimli profesyoneller. Sigara ürünlerindeki nikotin konsantrasyonunun doğru etiketlenmesi büyük önem taşır çünkü nikotin son derece bağımlılık yapan ve psikoaktif bir bileşiktir.64 Birçok E-sigara kullanıcısı, bir kılavuz olarak E-sıvıdaki nikotin içeriğinin doğru etiketlenmesine güvenir. geleneksel sigaraları bırakın. Bu çalışmadaki etiketlenmiş ve ölçülen nikotin seviyelerindeki tutarsızlık, New York,65 Kuzey Dakota,66 ve Güney Kore'de satılan E-sıvılar için benzer tutarsızlıkları daha da doğrulamaktadır.

SONUÇLAR

Formaldehit, asetaldehit, metilglioksal, akrolein, aseton, benzaldehit gibi bir dizi zararlı bileşik ve ayrıca BTEX bileşikleri, E-cig'in buhar fazında tespit edilen bileşenler arasındaydı. Bu bileşikler, esas olarak, E-sıvıdaki taşıyıcı çözücüyü oluşturan iki bileşen olan gliserol ve PG'nin oksidasyonu ve termal ayrışmasıyla üretildi. Gliserolün PG'ye yüzde oranı ne kadar yüksek olursa, özellikle asetaldehit, benzaldehit, akrolein ve asetondan yayılan karbonil bileşiklerinin konsantrasyonları o kadar yüksek olur. Benzer şekilde, alkollerin ve BTEX bileşiklerinin konsantrasyonları da arttı, ancak karbonil bileşiklerine kıyasla daha küçük bir dereceye kadar. Benzaldehit, difenil eter ve dietil ftalat, sadece gliserol/PG çözücü karışımı içeren E-çiğ'in aerosol fazlarında da tespit edildi. Hangsen Menthol E-sıvısındaki nikotin ve mentol, sırasıyla 15.3 ve 2.3 μg/puff konsantrasyonlarında bronşiyollerin ve alveollerin en küçük hava yolundan geçerken bile ağızda ve pulmoner sistem boyunca birikebilir. E-sigaradan yayılan ve ağızda ve hava yollarında birikebilen diğer bileşenler gliserol, benzaldehit, difenil eter, dietil ftalat ve naftalindir. PBDE'lere dayalı alev geciktiricilerin debrominasyonunun Ecig atomizerde meydana gelip gelmediğini ve az miktarda difenil eter üretip üretmediğini araştırmak için daha fazla çalışma gereklidir. E-sigara başlangıçta tütün içiciliğine bir alternatif olarak ve sigara içenlerin sigarayı bırakmalarına yardımcı olmak için bir alternatif olarak sunulsa da, kullanımıyla ilişkili hala uzun bir sağlık riskleri listesi vardır.

MALZEMELER VE YÖNTEMLER

Reaktifler ve Kimyasallar. Madvapes.com'dan %30 bitkisel gliserin/gliserol (VG) ve %18 PG baz bileşimine sahip iki şişe 0 mL Hangsen Mentol E-sıvı (10 mg/mL nikotin ve 90 mg/mL nikotin) satın alındı. Buhar fazı çalışmasında kullanılan gliserol (>%99.5) ve PG (%99.5) ve kademeli çarpma cihazı kullanılarak partikül ölçümleri sırasıyla Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA) ve VWR International'dan (Suwanee, GA) satın alındı. Saflıkları %95 ile %99.9 arasında değişen nikotin, mentol, akrolein, aseton, etanol, izopropanol, benzaldehit, benzil alkol, asetaldehit ve metilen klorür gibi diğer reaktifler ve standartlar SigmaAldrich, St. Louis, MO veya Fisher Scientific, Pittsburgh, PA. Hangsen Mentol'ün temel formülasyonuna benzer sadece %10 gliserol ve %90 PG (10:90 VG/PG) baz formülasyonlarına sahip sıvılar laboratuvarda hazırlandı ve kontrol olarak kullanıldı. Laboratuarda %100 PG, 20:80 VG/PG, 50:50 VG/PG ve 80:20 VG/PG gibi diğer E-sıvı bazlı bileşimler hazırlanmıştır. Ticari Hangsen Mentol E-sıvıları, sıvının GC−MS analizi için metanol ile 10 kat seyreltildi.

Buhar Fazının Örneklenmesi. 30 mL likit tank hacmine sahip bir Innokin Iclear 3S (Shenzhen, Çin) E-cig, Kanthal'dan (30−2.80 V) yapılmış Iclear 6.90S atomizer coil ve 30−2.0 V değişken voltajlı Istick 8.0 W pil satın alındı. Smoke & Mirrors House of Buhar, Murfreesboro, TN'den. Innokin E-cig cihazı, GC−MS analizi için çeşitli VG/PG oranlarına sahip E-sıvılardan hem buhar hem de partikül faz numunelerinin toplanması için kullanıldı. E-çiğ, 4.80 V'ta çalıştırıldı ve toplam 3 nefes için nefes başına 12 s'de buharlaştırıldı. Buhar numuneleri, Vac-U-Odasının (SKC Inc, Eighty Four, PA) içindeki bir giriş portuna bağlanan Tedlar torbalarında (SKC Inc, Eighty Four, PA) toplandı. Aynı giriş portu, Vac-U-Bölmesinin dış bağlantısından E-çiğ emisyonlarına boru yoluyla da bağlandı. Vac-U-Bölmesinin çıkış portu, daha önce sigara emisyonu çalışması için kullanılan bir örnekleme akış hızı olan 2.0 L/dk'lık bir akış hızına sahip bir örnekleme pompasına bağlandı.14 Örneklemeden hemen önce, Tedlar torbasının valfi, açıldı, Vac-U-Bölmesinin kapağı kapatıldı ve pompa, oda içinde Ecig dumanının Tedlar torbasına çekilmesine izin veren kısmi bir vakum oluşturmak için etkinleştirildi. Dumanla dolu Tedlar torbaları, analiz için GC kolonuna dumanın yalnızca buhar fraksiyonunun enjekte edilebilmesi için aerosol fazının torbaların içinde birikmesine izin vermek için en az 1 saat boyunca rahatsız edilmeden tutuldu.

Partikül Fazının Örneklenmesi. E-çiğ emisyonlarının boyuta bağlı partikül fraksiyonlarını toplamak için bir Sioutas kademeli çarpma tertibatı (SKC Inc., Eighty Four, PA) kullanıldı. Parçacıklar, filtre A (>2.5 μm), filtre B (1.0−2.5 μm), filtre C (0.50−1.0 μm), filtre D (0.25−0.5 μm) ve filtrenin boyut fraksiyonlarına sahip beş farklı filtre pedi üzerine biriktirildi. L (<0.25 um). Sioutas kademeli çarpma tertibatının diskleri, O-halkaları Buna-N (nitril) ve filtre tutucuları akrilik olan anodize alüminyumdan yapılmıştır. A, B, C ve D etiketli diskler arasına 25 μm gözenek boyutuna sahip 0.5 mm çapında bir SKC PTFE filtre yerleştirilirken, L filtresi için 37 μm gözenek boyutuna sahip 2.0 mm çapında bir SKC PTFE filtresi kullanıldı. Örnekleme için, 9.0 L/dk'lık sabit akış hızı, Leland Legacy Pump (SKC Inc, Eighty Four, PA) kullanılarak korunmuştur. Numune alındıktan sonra, çarpma tertibatı tozsuz bir ortamda demonte edildi ve tüm filtreler, ekstraksiyon için 5 mL metilen klorür içeren ayrı şişelere yerleştirildi. Beş partikül fraksiyonundaki analitlerin ekstraksiyonu, filtrelerin bir ultrasonik banyoda (Fisher Scientific, Pittsburgh, PA) 1 saat süreyle soniklenmesiyle yapıldı. Ekstrakt hacimleri, 1.5 konumlu bir çözücü buharlaştırıcı (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO) kullanılarak nitrojen gazının hafifçe üflenmesiyle 6 mL'ye düşürüldü. Konsantre numuneler, GC-MS analizinden önce Phenex 0.2 um filtreler (Phenomenex, Torrance, CA) kullanılarak filtrelendi.

FTIR Spektrometresi ile Buhar Fazının Örneklenmesi ve Analizi. Değişken sıcaklık (200−600 °F) ve değişken güç (1−60 W) ikili seçim modları ile Joyetech eVicVT E-cig cihazının (www.joyetech.com) buhar emisyonları FTIR spektrometrisi ile analiz edildi. Nikel ısıtma bobinli E-çiğ cihazından gelen buğu, bir Varian FTS-10 FTIR spektrometresi kullanılarak analiz edilmeden önce Specac'tan (Orpington, İngiltere) önceden boşaltılmış bir Tornado 7000 m gaz hücresine filtre pedli bir boru aracılığıyla aktarıldı. cıva kadmiyum tellür (MCT/A) dedektörü ile. Spektrumlar, 30 cm-0.5 spektrometre çözünürlüğünde 1 tarama için elde edildi ve sıfır doldurma olmadan ve Norton-Beer apodizasyon yöntemi kullanılarak işlendi. Varian spektral veri dosyaları, analiz için Thermo OMNIC formatına aktarıldı. E-çiğ buhar fazının kızılötesi spektrumları, karbon monoksit, metanol, etanol, formaldehit ve etilenin kızılötesi referans spektrumları ile karşılaştırıldı. Kantitatif analiz için bu referans kızılötesi spektrumları, Pacific Northwest National Laboratory web sitesinden indirildi veya kızılötesi analizin kızılötesi spektral kütüphanesinden (Anaheim, CA) alındı. Bilinen ppm-metre değerlerine sahip referans IR spektrumlarının absorbans değerleri, Beer yasasına dayalı olarak analit konsantrasyonlarını hesaplamak için numune spektrumlarınınkilerle karşılaştırıldı. Pik alanları, spektral girişim olmaksızın spektral bölgelerdeki bileşiklerin nicel analizi için genellikle kullanılmıştır. Birkaç durumda, kısmi spektral tepe çakışması nedeniyle tepe alanı entegrasyonunun zorluğunu aşmak için tepe yükseklikleri kullanıldı.

Sıvı, Buhar ve Partikül Fazlarlarının GC−MS Analizi. Buhar fazı, bir Agilent 6890 dört kutuplu kütle spektrometresine (MS) bağlı bir Agilent 5973 gaz kromatografı (GC) kullanılarak analiz edildi. Otomatik sıralı mod analizi için 16 konumlu bir otomatik örnekleyici, NUTECH 8900DS ön yoğunlaştırıcı aracılığıyla GC−MS'ye bağlandı. Ön yoğunlaştırıcıda cam boncuk kapanı, Tenax TA kapanı ve kriyofokus olmak üzere üç kriyojenik tuzak bulunur. Soğuma döngüleri sırasında GC fırın havalandırmasını iyileştirmek için Zip Scientific'ten (Fast GC Technology, Goffstown, NH) GC Chaser adlı bir aksesuar kullanıldı. Ön yoğunlaştırıcı 10 °C'ye ön ısıtmaya, soğutma sıcaklığı −150 °C'ye, desorpsiyon sıcaklığı 20 s ön ısıtma süresiyle 2 °C'ye ve desorpsiyon akışı 15 dakika desorpsiyon süresiyle 2 mL/dak'ya ayarlandı. GC ayrımı, %1 polidimetilsiloksan sabit fazı ve 100 m x 60 mm id sütun parametreleri ve 0.32 um film kalınlığı ile Rxi-1.00ms kapiler kolonu (Restek, Bellefonte, PA) kullanılarak gerçekleştirildi. Başlangıçta, fırın 30 °C'de 3 dakika süreyle ayarlanmıştır. GC fırın sıcaklığı daha sonra herhangi bir tutma olmaksızın üç kez art arda, 30 °C/dk'da 100'dan 5 °C'ye, 100 °C/dk'da 150'den 12 °C'ye ve son olarak 150'den 220 °C'ye yükselecek şekilde programlandı. 15 °C/dk'da. Son sıcaklık 4 dakika tutuldu. GC giriş sıcaklığı 320 °C'de tutuldu ve helyum taşıyıcı gaz akış hızı 28 cm/s'ye ayarlandı. Eş zamanlı tam tarama ve seçilen iyon izleme (SIM) modlarında bir kütle spektrometresi çalıştırıldı. Elektron darbeli iyonizasyon 70 eV elektron enerjisi ile çalıştırıldı. Arayüz sıcaklığı 320 °C'ye ayarlandı ve kütle spektrumları 29−350 amu m/z aralığında kaydedildi.

Shimadzu QP2010S GC−MS, E-çiğ emisyonunda aerosol fazının farklı boyut fraksiyonlarına sahip kademeli çarpma filtrelerinden 1.0 μL numune ekstraktlarını analiz etmek için bölünmez enjeksiyon modunda kullanıldı. GC kolonu bir Phenomenex ZB5-HT (Bellefonte, PA) poliimid kaplı erimiş silika kolonuydu %5 fenil/%95 dimetilpolisiloksan 30 m x 0.25 mm id, film kalınlığı 0.25 um. Başlangıçta, fırın 50 °C'de 3 dakika tutuldu, ardından üç aşamalı sıcaklık artışı yapıldı. İlk olarak, sıcaklık 50 °C/dk'da 150'den 5 °C'ye yükseltildi ve 1 dakika tutuldu, ardından 220 °C/dk'da 15 °C'ye ve 3 dakika tutuldu ve son olarak 320 °C'de 25 °C'ye çıkarıldı. C/dak ve 5 dakika tutuldu. Giriş sıcaklığı 250 °C'de tutuldu ve taşıyıcı helyum gazının akış hızı 40 cm/s'ye ayarlandı. Kütle spektrometresi, GC arayüz sıcaklığı 320 °C'ye ayarlanmış ve MS iyon kaynağı sıcaklığı 200 °C'de tutularak tarama modunda çalıştırıldı. Kütle spektrumları, 35−450 amu kütle aralığında elde edildi.

Buhar ve aerosol fazlarından gelen analitler, NIST 2014 MS veri tabanından alınan referans spektrumları ile numune spektrumlarının kütle spektral eşleşmesi yoluyla tanımlandı. Benzer eşleşme indekslerine sahip bileşiklerle spektral eşleşmelerde belirsizlik durumlarında, kimyasal özdeşlik, bilinmeyen bileşiğin GC alıkonma sürelerinin lineer regresyon grafiğine uygunluk derecesi ve analiz edilen bir dizi bileşik için karşılık gelen alıkonma indeksleri değerlendirilerek doğrulandı. aynı GC yöntemini kullanarak. E-sigara dumanı bileşenlerinin konsantrasyonları, doğrusal eğime ve sıfır olmayan kesişme dayalı standart kalibrasyon grafiklerinden doğrusal regresyon denklemleri kullanılarak belirlendi. GraphPad Prism V.5 yazılımı kullanılarak grafikler hazırlanmış ve ACD/ChemSketch V.2 yazılımı kullanılarak kimyasal yapılar çizilmiştir. Numunelerin üçlü analizi için veriler "ortalama ± 1 standart sapma" olarak rapor edilir.

İlgili Enstrümanlar

2703 Otomatik Numune Alma Cihazı

3610 Otomatik Numune Alma Cihazı

8910 Ön Konsantratör

2104 Kanister Temizleme Sistemi

Nutech 2104 Kanister Temizleme Sistemi

2203 Hassas Statik Seyreltici 

Nutech 2203 Hassas Statik Seyreltici