电子烟气溶胶的研究进展

蔡君兰，陈黎，刘绍锋，李翔，王冰，赵阁，余晶晶，赵乐，谢复炜，刘惠民，张晓兵

中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术开发区枫杨街2号450001

综述

电子烟气溶胶的研究进展

蔡君兰，陈黎，刘绍锋，李翔，王冰，赵阁，余晶晶，赵乐，谢复炜，刘惠民，张晓兵

中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术开发区枫杨街2号450001

本文介绍了电子烟的抽吸模式、电子烟气溶胶的捕集方法、物理特性、化学成分、环境烟气以及体外毒理学评价的研究进展，比较了电子烟气溶胶与传统卷烟烟气化学成分释放量，提出了电子烟气溶胶的重点研究课题，以期为我国烟草行业电子烟产品的研发提供参考和技术支持。

电子烟；气溶胶；抽吸模式；物理特性；化学成分；细胞毒性

电子烟，属于电子烟碱传送系统的一种。电子烟碱传送系统用于向呼吸系统传送烟碱。该术语涵盖的制品含有源于烟草的物质，但不一定使用烟草。它们是电池动力装置，通过传送汽化丙二醇/烟碱混合物，使人吸入剂量不等的烟碱。电子烟碱传送系统使用不同品牌和名称销售，最流行名称是电子烟[1]。近年来，随着WHO《烟草控制框架公约》的深入实施，全球反吸烟运动的日益高涨以及消费者健康意识的逐渐增强，电子烟作为一种“戒烟产品”或“吸烟替代品”在国外市场的销量快速增加，一些跨国烟草公司已从战略高度积极研发推广电子烟。

目前，我国烟草行业已将电子烟作为新型烟草制品发展的一个重要方向，在电子烟开发研究方面尚处于起步阶段，基础性研究工作缺乏，对于电子烟气溶胶的烟气性质、有害成分释放量尚未完全了解。关于电子烟气溶胶的分析研究，国外已有一些文献报道；国内在这方面的研究未见报道，缺乏对电子烟气溶胶进行系统分析研究的参考文献。因此，本文对近10年来国内外关于电子烟气溶胶研究的文献进行系统、全面总结，把握电子烟气溶胶研究的现状和重点课题，为我国烟草行业电子烟产品的研发提供技术支持和决策参考。

1 电子烟的抽吸模式和气溶胶的捕集

1.1 电子烟抽吸模式的研究

目前，没有国际性的电子烟标准抽吸模式用于电子烟气溶胶的分析，但是已有一些文献报道了采用手动针筒、手动泵或自动吸烟机，按照ISO、HCI抽吸模式或改进的抽吸参数抽吸电子烟，对生成的气溶胶进行分析研究。2008年，Laugesen[2]采用手动针筒抽吸电子烟，取60 mL气溶胶进行研究。2011年，Trehy等[3]采用手动泵，按第口抽吸100 mL，抽吸间隔60 s抽吸电子烟，取30 口的气溶胶量进行分析。2013年，Melvin等[4]采用直线型吸烟机，按照第口抽吸容量55 mL, 第口抽吸2 s、4 s, 抽吸间隔为30 s的抽吸模式抽吸电子烟。Taylor等[5]采用直线型吸烟机，在抽吸容量35-55 mL，抽吸时间2-4 s的抽吸参数范围内研究了电子烟气溶胶。Mccormack等[6]采用HCI抽吸模式抽吸电子烟，捕集50口电子烟气溶胶进行研究。

针对电子烟抽吸参数的设定，一些研究人员对电子烟吸烟者的抽吸行为进行了研究。Lauterbach等[7]的调查认为，相比抽吸传统卷烟，吸烟者抽吸电子烟的时间更长，频率更高。他们采用标准分析用吸烟机，按第口抽吸55 mL, 第口抽吸3 s, 抽吸间隔为30 s的条件抽吸电子烟，分析了气溶胶的化学成分释放量。Goniewicz等[8]通过调查10名电子烟吸烟者的抽吸行为，提出了电子烟吸烟者的抽吸参数是：第口抽吸时间是(1.8±0.9) s ，抽吸间隔为(10±13)s，第口抽吸容量为(70±68) mL，第支电子烟的抽吸口数是(15±6)口，并按照抽吸参数的平均值抽吸电子烟，取20个抽吸方案共300口的气溶胶进行目标物分析。Farsalinos等[9]调查了45 名电子烟吸烟者和35 名传统卷烟吸烟者的吸烟行为发现，电子烟吸烟者的吸烟行为与传统卷烟吸烟者有明显不同，电子烟吸烟者与传统卷烟吸烟者的第口抽吸时间分别是(4.2± 0.7) s和(2.3 ± 0.5) s，并建议电子烟的抽吸参数是第口抽吸时间4 s，抽吸间隔20 s- 30 s。

由于电子烟的抽吸是依靠气流传感器感应吸烟者开始抽吸时的气流，然后启动加热单元雾化器将烟液雾化形成气溶胶递送给吸烟者。因此，不同的空气流速、抽吸容量、抽吸时间和抽吸曲线会使电子烟气流传感器的感应时间不一致，导致气溶胶的生成量不一样。Trtchounian等[10]的研究发现，与传统卷烟相比，采用吸烟机抽吸电子烟通常需要更高的真空度，前10口的抽吸，电子烟气溶胶的浓度与传统卷烟烟气浓度都是稳定的。然而，电子烟在随后的抽吸中气溶胶浓度有所下降，同时当抽吸口数增加时需要更高的抽吸真空度来生成电子烟气溶胶。Goniewicz等[11]采用改进的单孔道吸烟机，按第口抽吸容量为35 mL抽吸电子烟，发现大多数电子烟并不能在此抽吸容量产生的负压下激活电子烟加热烟液，他们仍然按照之前研究得到的抽吸参数[8]抽吸电子烟，分析气溶胶目标物。Melvin等[4]的研究则认为第口抽吸时间增加导致电子烟气溶胶生成量的增加是由于电子烟加热时间更长的缘故。2012年，Taylor[5]的研究发现，抽吸时间是影响电子烟气溶胶生成量的主要因素，抽吸容量对电子烟气溶胶的生成量有一定影响。次年，Taylor[12]改变抽吸曲线的研究结果发现，方波抽吸曲线下，电子烟气溶胶的生成量稍高于钟形曲线，但增加幅度较小，方波抽吸曲线对电子烟气溶胶生成量的影响还需要更多样品的多次重复测试来确认，同时抽吸容量的增加对电子烟气溶胶生成量的影响远小于对传统卷烟主流烟气释放量的影响。Connor等[13]通过改变抽吸时间、抽吸间隔和抽吸曲线（三角形、钟形和方波）参数，比较了电子烟TPM的变化情况。结果表明，电子烟的第口抽吸时间不宜超过4 s；抽吸间隔对电子烟气溶胶的影响尚未确定；方波抽吸曲线比三角形和钟形抽吸曲线提供更恒定的气溶胶生成量。

2014年，CORESTA针对电子烟不同抽吸模式的研究，统计相关文献涉及的电子烟抽吸参数范围[14]是第口抽吸容量是20 mL - 200 mL ，第口抽吸时间1.8 s - 10 s，抽吸间隔是5 s - 60 s，烟气收集口数是1口-300口。2015年，CORESTA在不同抽吸模式共同实验结果比较的基础上提出建议[15]，按照第口抽吸容量55 mL, 第口抽吸3 s, 抽吸间隔30 s，抽吸曲线为方波的参数作为电子烟的抽吸模式，相关推荐方法正在研究制定之中。

1.2 电子烟气溶胶的捕集方法研究

关于电子烟气溶胶的捕集，较多的研究采用了与传统卷烟相似的捕集方式，常用的捕集方式有：玻璃纤维滤片[6,12]、冷阱[11-12]、固体吸附剂[11-12]、溶剂捕集器[2-5]和直接取样[16]。主要的研究如下：Taylor等[12]在玻璃纤维滤片后面串接一个含溶剂的吸收瓶捕集电子烟气溶胶，研究了玻璃纤维滤片对电子烟气溶胶中烟碱的捕集效率。结果发现，玻璃纤维滤片捕集的烟碱为0.44 mg，吸收瓶中捕集的烟碱为0.55 μg，含溶剂的吸收瓶所捕集的烟碱量仅是玻璃纤维滤片烟碱捕集量的0.13%，表明采用玻璃纤维滤片可以有效捕集电子烟气溶胶中的烟碱。Goniewicz等[11]采用改进的单孔道吸烟机抽吸电子烟，采用含甲醇吸收液的吸收瓶，在干冰-丙酮冷阱中捕集气溶胶用于TSNAs和重金属元素的分析；对于挥发性有机化合物和羰基化合物则采用固体吸附剂捕集气溶胶。Melvin等[4]采用直线型吸烟机和改进的抽吸模式抽吸电子烟，采用含有DNPH的吸收瓶收集气溶胶，分析吸收液中的羰基化合物。Mccormack等[6]在HCI抽吸模式下抽吸电子烟，用玻璃纤维滤片捕集电子烟气溶胶的粒相物，在捕集器串联2个含甲醇溶液的吸收瓶，并在低于－70 ℃的条件下捕集气相物，分别分析滤片和吸收液中的VOCs。

相关研究表明，由于电子烟气溶胶的化学组成性质差异较大，电子烟气溶胶的分析需要根据待测化合物的性质和挥发性选择针对性的捕集方式来进行研究。

2 电子烟气溶胶的物理特性

电子烟气溶胶物理特性的研究报道主要集中在：对气溶胶的粒径分布和粒数浓度的考察。

2012年，Ingebrethsen等[17]按第口抽吸55 mL,第口抽吸2 s、3 s和4 s, 抽吸间隔30 s，方波抽吸曲线的参数抽吸电子烟，采用光透射方法测出未稀释的电子烟气溶胶的粒径分布范围是250-450 nm，粒数浓度是109个/ cm3；采用该粒径来计算气溶胶的第口烟气量的TPM，计算结果与采用重量法计算玻璃纤维滤片捕集的TPM结果相吻合；采用电迁移分析方法测定了高倍稀释的电子烟气溶胶的平均粒径分布是在50 nm的范围内，根据检测到的粒径分布值，气溶胶的总粒相物释放量的计算值低于采用重量法检测的总粒相物结果，并且有数量级的差异，并认为该差异是因为气溶胶在电迁移分析方法稀释后的浓度水平下，气溶胶颗粒的大量蒸发所致。2013年，Alderman等[18]以第口抽吸55 mL，第口抽吸时间2 s，方波抽吸曲线的抽吸参数，采用光谱透射程序测定未稀释状态下的电子烟气溶胶，观察到粒径在210-380 nm中位计数范围的微粒，粒数浓度在109个/cm3范围内，该测定结果与Ingebrethsen的研究结果基本吻合，并采用高倍稀释电迁移方法（DMS500快速微粒频谱仪）测定了稀释后气溶胶的平均粒径分布是在25-50 nm。2014年，Fuoco等[19]按照Ingebrethsen等[17]的抽吸参数，采用快速电迁移率粒径谱仪测出电子烟气溶胶的粒径分布范围是120-165 nm，并认为与所分析的传统卷烟相似，烟碱浓度和液体香料对气溶胶粒径分布没有明显影响；在第口抽吸2 s时，电子烟气溶胶的粒数浓度的平均值是(4.39±0.42)×109个/cm3；传统卷烟主流烟气气溶胶的粒数浓度平均值是(3.14±0.61)×109个/cm3；发现抽吸时间和烟碱浓度影响电子烟气溶胶的粒数浓度，使用液体香料和电子烟类型对电子烟气溶胶粒数浓度没有明显影响。2015年, 段沅杏等[20]按照ISO 的抽吸模式，采用快速粒径谱仪在线稀释，对传统卷烟和电子烟烟气气溶胶粒径和浓度进行了实时监测，结果表明，在相同的抽吸条件下，10个品牌的传统卷烟主流烟气粒径分布集中在100-450 nm范围内，单位体积粒数浓度介于6.03×107-2.86×108个/cm3之间；10个品牌电子烟粒径分布在10-70 nm范围内，单位体积粒数浓度介于1.08×107-6.27×107个/cm3之间；10个测试品牌的电子烟气溶胶颗粒粒径均小于传统卷烟。

显然，电子烟抽吸参数、气溶胶的稀释倍数、烟碱浓度以及分析技术的不同都影响电子烟气溶胶的粒径分布与粒数浓度的测定结果。对于电子烟气溶胶粒径分布的测定方法，光谱透射技术是一个有效准确的方法, 电迁移方法测定的粒径分布值低于光透射法是因为电迁移法测定的气溶胶通常都是高倍稀释的，气溶胶在电迁移分析方法稀释后的浓度水平下，气溶胶颗粒的大量蒸发所致[17-18]。

3 电子烟气溶胶的化学成分和pH的分析

3.1 1,2-丙二醇、甘油及其杂质

1,2-丙二醇、甘油或两者的混合物通常占电子烟烟液质量的90%左右，它们在电子烟气溶胶中所占比例也较大，一些文献报道了对气溶胶中1,2-丙二醇、甘油及其杂质的分析。2010年，Gerardo等[21]采用GC-MS对电子烟气溶胶中的甘油杂质二甘醇进行了定性和定量分析。2012年，Pellegrino等[22]的研究表明，1,2-丙二醇和丙三醇在电子烟气溶胶中的分配比例与它们在烟液中所占比例相似。2013年，Melvin等[4]分别在ISO、HCI和1个优化的抽吸模式（抽吸容量为第口55 mL, 第口抽吸时间为4 s, 抽吸间隔为30 s）下抽吸了4种市售商用电子烟，考察了不同抽吸模式下的电子烟气溶胶释放量，采用GC-FID法测定了连续捕集的250口气溶胶中丙二醇和甘油的释放量，研究表明，丙二醇和甘油在气溶胶中的生成量比例与它们在电子烟烟液中所占的比例基本一致，该研究结论与Pellegrino的结论相似。

3.2 烟碱及次级生物碱

烟碱是电子烟气溶胶的主要成分之一，一些文献报道了电子烟气溶胶中的烟碱的测定，代表性的研究主要有：2013年，Goniewicz等[8]采用单孔道吸烟机按第口抽吸容量70 mL，第口抽吸时间1.8 s ，抽吸间隔10 s，抽吸15口为一个抽吸方案，取20个抽吸方案共300口的气溶胶进行分析，采用GC-TSD（Thermionic Speci fi c Detector，热离子检测器）测定了16种电子烟烟弹、填充烟液和气溶胶中的烟碱浓度。结果显示，16种电子烟气溶胶中的烟碱释放量为0.5-15.4 mg/300口；大多数电子烟在150-180口内能有效递送烟碱，平均而言，烟弹中的烟碱能雾化50%-60%；不同电子烟品牌和装置有不同的烟碱递送效率；并假设抽吸15口电子烟等同于抽吸1支传统卷烟的前提下，抽吸15口电子烟的烟碱释放量是低于传统卷烟主流烟气的烟碱释放量。同年，Melvin等[4]的研究结果表明，烟碱在气溶胶中的释放量所占比例与烟液中烟碱所占比例基本一致。显然，由于电子烟装置和填充溶液的不同，烟液中烟碱的雾化效率不同，气溶胶中烟碱的释放量各不相同。2014年，Goniewicz等[23]的研究则表明，在英国市场品牌占有率较高的电子烟烟弹中，烟碱的雾化效率为10%-81%，烟碱的释放量为2-5 mg/300口，而且气溶胶中烟碱释放量与烟液中烟碱含量没有显著的相关性(r =0.06, P = 0.92)，显然，电子烟气溶胶中的烟碱没有达到传统卷烟烟气中的烟碱浓度。

次级生物碱是烟碱的降解产物，一些含有烟碱的电子烟气溶胶中检出含有次级生物碱。2011年，Trehy等[3]采用手动空气泵以第口抽吸时的空气流量为100 mL来抽吸电子烟，第口抽吸间隔为60 s，收集30口的气溶胶量来进行分析，对3种电子烟气溶胶进行烟碱和5种次级生物碱的测定结果表明，3种电子烟气溶胶中烟碱释放量为50-254 μg/30口，5种次级生物碱的检出限在4.7-20 μg/30口之间，均未在电子烟气溶胶中检出5种次级生物碱。2013年，Mccormack等[6]采用直线型吸烟机，按第口抽吸容量55 mL，第口抽吸时间2 s ，抽吸间隔30 s，抽吸10口为一个抽吸方案，取5个抽吸方案的气溶胶进行分析，采用已建立的传统卷烟主流烟气的分析方法定量电子烟气溶胶中的生物碱，降烟碱等7种次级生物碱的检出限均为0.053 μg/10口，结果表明，在电子烟气溶胶中除降烟碱未检出外，其他6种次级生物碱均有检出，它们的释放量在0.95-4.99 μg /50口之间。

3.3 TSNAs

烟草中生物碱的亚硝化作用形成TSNAs，某些含有烟碱的电子烟气溶胶中能检出痕量浓度的TSNAs，4种TSNAs（NNN、NNK、NAB、NAT）在电子烟气溶胶中的分析研究均有报道。2009年，文献报道[24]在NJOY电子烟气溶胶中检出NAT的浓度为2-5 ng/L烟气量。2013年，Goniewicz等[11]采用单孔道吸烟机按第口抽吸容量70 mL，第口抽吸时间1.8 s ，抽吸间隔10 s，第个抽吸方案抽吸15口，采用UPLC-MS法检测了12种电子烟气溶胶中的TSNAs，得到NNN和NNK的释放量范围分别是：0.08-0.43 ng/15口，0.11-2.83 ng/15口。同年，Taylor等[12]按第口抽吸容量35 mL，第口抽吸时间2 s ，抽吸间隔60 s，抽吸曲线分别是钟形、三角形和方波，收集100口电子烟气溶胶来进行分析，结果表明，3种抽吸曲线下， 4种TSNAs在2种电子烟气溶胶中的释放量均 ≤1.0 ng/100口。

3.4 羰基化合物

一些羰基化合物能在电子烟气溶胶中检出。2010年，Uchiyama等[25]在电子烟气溶胶中检出甲醛等8种羰基化合物。2011年，Kazushi等[26]在电子烟气溶胶中检出甲醛、乙醛、丙烯醛、乙二醛和甲基乙二醛。2013年，Goniewicz等[11]采用单孔道吸烟机按第口抽吸容量70 mL，第口抽吸时间1.8 s ，抽吸间隔10 s，第个抽吸方案抽吸15口，采用HPLC-DAD方法分析了12种电子烟气溶胶中的15种羰基化合物，仅检出甲醛、乙醛、丙烯醛和邻甲基苯甲醛4种化合物，它们的释放量范围分别是：0.2-5.61 μg/15口、0.11-1.36 μg/15口、0.07-4.19 μg/15口、0.13-0.62 μg/15口。同年，Melvin等[4]按照第口抽吸容量55 mL, 第口抽吸4 s, 抽吸间隔为30 s的抽吸模式抽吸电子烟，采用DNPH衍生化法和RPLC技术分别检测了电子烟烟液和气溶胶中的14种羰基化合物，结果发现，电子烟烟液中仅检出甲醛和乙醛，气溶胶中检出甲醛、乙醛和丙烯醛，而且以第克烟液来计，羰基化合物在气溶胶中的释放量基本上都高于它们在该电子烟烟液中的含量。Uchiyama等[27]按第口抽吸容量55 mL，第口抽吸时间2 s ，抽吸间隔30 s，第个抽吸方案抽吸10口，采用HPLC技术对13个品牌的共363种电子烟气溶胶中羰基化合物进行测定的结果表明，气溶胶中的羰基化合物主要有：甲醛、乙醛、丙烯醛、乙二醛和甲基乙二醛；4个品牌的样品中均未检出羰基化合物，其他9个品牌的样品均有羰基化合物检出；他们发现电子烟气溶胶中羰基化合物的浓度没有典型的分布，检出羰基化合物的平均浓度与中位值浓度有较大的差异，这说明了电子烟生成高浓度的羰基化合物是偶然发生的，并认为羰基化合物生成的一个可能性原因是：烟液中的丙三醇和丙二醇偶尔接触到雾化器中加热的镍线圈从而氧化生成这些羰基化合物。

3.5 挥发性、半挥发性有机化合物

一些品牌的电子烟气溶胶中含有痕量的香味化合物、Ho ff mann名单中的几种挥发性苯系物以及溶剂杂质，这些化合物主要来源于电子烟中添加的香精香料、烟草提取物或特殊功能添加剂。2013年，Goniewicz等[11]采用单孔道吸烟机按第口抽吸容量70 mL，第口抽吸时间1.8 s ，抽吸间隔10 s，第个抽吸方案抽吸15口，收集10个抽吸方案的电子烟气溶胶，采用GC-MS对12种电子烟气溶胶中的11种VOCs进行了测定。结果表明，在11种电子烟气溶胶中仅检出甲苯和对（间）-二甲苯，它们的释放量范围是0.2-6.3 μg/150口，0.1-0.2 μg/150口。Martin等[16]通过对电子烟气溶胶的不同捕集方法和检测技术进行比较，确定以Borgwaldt A14 syringe drive来抽吸电子烟，使用热脱附管捕集电子烟所产生的气溶胶，采用TD-GC-TOF/MS技术分析气溶胶化学成分，通过自动解卷积数据分析软件检出了约130个化合物，该方法的定量限为5 ng/L烟气。

3.6 多环芳烃

电子烟气溶胶中多环芳烃的分析文献较少。2012年，Lauterbach等[7]按第口抽吸55 mL, 第口抽吸3 s,抽吸间隔为30 s的条件抽吸电子烟，对电子烟气溶胶中的苯并[a]芘进行检测，方法的检出限为0.7 μg/L烟气量，结果表明，电子烟气溶胶中未检出苯并[a]芘。同年，Lauterbach[28]按照ISO抽吸参数对1个烟碱标注含量为16 mg/烟弹的电子烟进行抽吸，在50口气溶胶释放量中未检出苯并[a]芘。eSmoking Institute[29]对烟碱标注含量均为25 mg/mL并含有香味成分的10种电子烟进行分析，它们的气溶胶中多环芳烃的总释放量为0.01-0.16 μg/30口。

3.7 酚类

对电子烟气溶胶中酚类化合物的分析研究相对较少，2012年，Lauterbach等[7]按第口抽吸55 mL, 第口抽吸3 s, 抽吸间隔为30 s的条件抽吸电子烟，对电子烟气溶胶中的酚类化合物进行检测，结果表明，电子烟气溶胶中的邻甲酚为0.4 μg/L烟气量，间甲酚+对甲酚的释放量＜ 0.56 μg/L烟气量。2013年，Mccormack等[6]采用HCI抽吸模式电子烟，捕集50口电子烟气溶胶进行研究的结果表明，所测电子烟气溶胶中未检出酚类化合物。

3.8 非金属元素和金属元素

电子烟气溶胶中能检出非金属元素和金属元素，不同品牌的电子烟产品，其气溶胶中非金属元素和金属元素的种类和浓度各不相同。Goniewicz等[11]采用单孔道吸烟机按第口抽吸容量70 mL，第口抽吸时间1.8 s ，抽吸间隔10 s，第个抽吸方案抽吸15口，收集10个抽吸方案的电子烟气溶胶，采用ICP-MS法对12个电子烟样品的测定结果表明，电子烟气溶胶中检出镉、镍、铅3种金属元素，它们的释放量范围分别是：0.01-0.22 μg/150口、0.11-0.29 μg/150口、0.03-0.57 μg/150口，3种元素在12个样品中的检出率高于90%。Williams等[30]在电子烟气溶胶中检出非金属元素硅和20种金属元素，其中粒径＞ 1 μm的元素是：锡、银、铁、镍、铝、硅，以及粒径＜100 nm的元素是：锡、铬和镍，并发现有9种元素的气溶胶释放量高于或等同于传统卷烟烟气中的释放量。

3.9 pH分析

Lauterbach[31]的研究认为，卷烟主流烟气中的CO2溶解在含水的主流烟气粒相物中，会使主流烟气的pH值低于7；电子烟几乎不产生CO2，它们的主流烟气气溶胶pH值相比传统卷烟主流烟气通常会更高，不含酸性和碱性添加物的电子烟主流烟气气溶胶的pH应接近于7。他们以3R4F卷烟代表传统卷烟，采用一个可更换烟液的电子烟装置来生成气溶胶，在HCI抽吸模式下收集烟气，比较传统卷烟主流烟气与电子烟气溶胶的pH。测试的3R4F卷烟主流烟气的pH分别是5.92/14口烟气量和5.96 /11口烟气量，不含酸性物质的电子烟烟液气溶胶的pH是6.68/12口烟气量，含3%苹果酸的电子烟烟液气溶胶pH是6.21/14 口烟气量，含柠檬酸和1.8%烟碱的电子烟烟液气溶胶pH是6.73 /14口烟气量。

4 电子烟气溶胶与传统卷烟烟气化学成分的比较

一些文献介绍了电子烟气溶胶与传统卷烟烟气中化学成分的分析比较[6-7,11,28-30]，相关研究表明，许多有害成分在电子烟气溶胶中的释放量远远低于它们在传统卷烟主流烟气中的释放量。代表性的文献如下：

2012年，Lauterbach等[7]等采用标准分析用吸烟机，按第口抽吸55 mL, 第口抽吸3 s, 抽吸间隔为30 s的条件抽吸电子烟和卷烟，比较了1个电子烟和卷烟主流烟气气溶胶化学成分的释放量。研究结果（表1）表明，在所采用的抽吸方案下，电子烟气溶胶中的烟碱释放量仅是传统卷烟主流烟气烟碱释放量的2.5%，其他许多有害成分的释放量比传统卷烟的释放量少98%。同时，电子烟的CO、B[a]P、苯、1,3-丁二烯、丙烯腈等都低于检出限。

表1 电子烟气溶胶与传统卷烟主流烟气中一些化学成分释放量的比较Tab.1 Comparison of some constituents levels between electronic cigarette aerosol and conventional cigarette mainstream smoke

续表1

2013年，Goniewicz等[11]对传统卷烟主流烟气与电子烟气溶胶的一些有害成分进行了比较（见表2），研究表明电子烟气溶胶能释放一些在传统卷烟中出现的有害成分，但它们在电子烟气溶胶中的释放量仅是传统卷烟主流烟气中释放量的1/450～1/9，即0.2%～11.1%。

表2 电子烟气溶胶与传统卷烟主流烟气中一些有害成分释放量的比较Tab.2 Comparison of some harmful constituents levels between electronic cigarette aerosol and conventional cigarette mainstream smoke

5 电子烟气溶胶的环境烟气

电子烟不燃烧烟草，也没有侧流烟气，但电子烟吸烟者呼出的气溶胶会对环境空间带来一些影响，目前，对电子烟气溶胶环境烟气的研究较少。2012年，Mcauley等[32]比较了室内空间电子烟气溶胶和传统卷烟烟气的挥发性有机化合物（volatile organic compounds，VOCs）、羰基化合物、PAHs、烟碱、TSNAs和二醇类化合物等污染物浓度，并对污染物的风险分析进行了评估，结果显示，与传统卷烟相比较，电子烟产生非常小的污染物暴露量，电子烟气溶胶的环境烟气对人体健康没有显著危害。2013年，Schober等[33]研究了9名电子烟吸烟者对室内空气质量的影响，结果发现，抽吸电子烟2 h期间，室内空气中PM2.5的平均浓度为197 μg/m3，颗粒物的粒数浓度范围为48620-88386个/cm3的中位值，颗粒物直径的最大值为24–36 nm。相比抽吸电子烟之前，室内空气中检出1,2-丙二醇、丙三醇和烟碱；有11种VOCs的浓度增加，其中包括在电子烟烟液中检出的苯甲醇、薄荷醇等香味化合物；11种PAHs的浓度增加，它们的总浓度增加了30%–90%，其中萘、苊、芴、菲所占比例较大，而有致癌性的PAHs浓度增加20%达到147 ng/m3；12种金属元素的浓度增加，其中铝的浓度增加了2.4倍。同年，Schripp等[34]的研究表明，抽吸电子烟后，环境测试舱中的挥发性有机化合物和微粒/超细微粒检测量增加，主要的挥发性有机化合物是丙二醇、丙三醇、二醋精、香味物质和痕量的烟碱；颗粒物粒数浓度的最大值可达3.0×105个/cm3，粒径分布在30-100 nm之间，并会随着陈化时间的增加而降低。他们认为抽吸电子烟可能会导致非吸烟者的被动吸烟，吸烟者吸入的气溶胶在肺部可能会发生沉积和蒸发后再呼出更微小的颗粒。2014年，Czogala等[35]报道，吸烟者抽吸电子烟1 h后，环境烟气中PM2.5的平均浓度为151.7±86.8 μg/m3，CO、甲苯等挥发性有机化合物的浓度没有增加，烟碱平均浓度是3.32±2.49 ug/m3；而吸烟者抽吸传统卷烟1 h后，环境烟气中PM2.5的平均浓度为819.3±228.6 μg/m3，

烟碱平均浓度是31.60±6.91 ug/m3，CO、甲苯、乙苯、二甲苯的浓度有所增加。Czogala的研究表明电子烟气溶胶是环境烟气中烟碱的一个来源，相比于传统卷烟，电子烟产生的暴露量非常小。

6 电子烟气溶胶的体外毒理学评价

目前，对电子烟气溶胶的体外毒理学进行评价的文献较少，但相关文献的研究表明电子烟气溶胶与燃烧型传统卷烟相比没有明显的毒性效应。Misra等[36]对电子烟烟液和电子烟气溶胶冷凝物的毒性评价结果显示，在测试剂量下，与燃烧型卷烟相比没有明显的毒性效应，同时电子烟烟液中烟碱和香味成分的存在并没有导致任何细胞毒性和遗传毒性，而传统卷烟在可比较的暴露条件下，表现出明显的体外毒性效应。Cervellati等[37]采用亚微形态观察、台盼蓝排斥试验和乳酸脱氢酶-细胞毒性检测分析试剂盒等对人体角质细胞和肺上皮细胞的体外毒性研究结果表明，电子烟气溶胶的细胞毒性远小于传统卷烟烟气。Neilson等[38]采用中性红细胞毒性测试方法对人体气管和支气管上皮细胞的三维细胞培养实验结果表明，电子烟气溶胶的细胞毒性显著低于传统卷烟。张亮等[39]研究不同抽吸方式下不同烟油电子烟主流烟气细胞毒性，中性红细胞毒性结果显示，电子烟主流烟气细胞毒性显著小于3R4F参比卷烟。Farsalinos[40]的研究发现，一些含有香味成分的电子烟烟液具有毒性，然而所有电子烟气溶胶的细胞毒性显著低于传统卷烟烟气。Giorgio等[41]的研究也证明了电子烟气溶胶的体外细胞毒性显著低于传统卷烟烟气。

7 结论与展望

本文通过对以往电子烟气溶胶研究的文献调研表明，电子烟气溶胶的物理化学性质、毒理学评价与传统卷烟有明显差异， HOFFMANNS清单中的有害成分在电子烟气溶胶中检出率较低，一些有害成分在电子烟气溶胶中的释放量远远低于它们在传统卷烟主流烟气中的释放量，电子烟气溶胶的毒性显著低于传统卷烟烟气。电子烟作为一种新型烟草制品，能够降低吸烟者对一些烟气有害成分的暴露风险，值得深入研发。

电子烟气溶胶的相关研究已开展了一些工作，但由于电子烟气溶胶是直接雾化形成，基本上是烟液成分的原形转移，导致电子烟气溶胶与经过烟丝燃烧形成的卷烟气溶胶有明显差异。因此，电子烟气溶胶的评价方法和准则有别于传统卷烟气溶胶，还需要进行认真的研究和评估。今后，对电子烟气溶胶的研究应主要涉及如下方面的课题：（1）电子烟样品检测的抽吸模式参数研究，如抽吸容量、抽吸频率和抽吸时间都需要更好的设定来有效表征吸烟者的抽吸特征，建立标准的电子烟抽吸模式，进而对电子烟气溶胶进行收集和测定，是电子烟气溶胶分析结果获得较好的重复性和再现性的前提条件；（2）电子烟气溶胶化学成分的分析方法研究，由于电子烟气溶胶化学成分释放量相对较低，现有传统卷烟主流烟气化学成分的相关分析方法并不能完全适用于电子烟气溶胶化学成分的分析，还需要在参考现有传统卷烟主流烟气化学成分分析方法的基础上，针对电子烟气溶胶的捕集方式、前处理方法和仪器分析条件进行研究、优化和验证，建立适合于电子烟气溶胶化学成分的分析方法；（3）降低电子烟气溶胶中金属元素释放量的研究，一些金属元素在电子烟气溶胶中的浓度高于或等同于传统卷烟烟气中相应元素的浓度，这需要加强对电子烟装置和生产进行质量控制和完善，以降低气溶胶中金属元素的释放量；（4）针对各种不同类型的电子烟产品，应开展全面、系统的电子烟气溶胶化学成分和环境烟气成分的分析研究以及体外毒理学评价，为研发电子烟产品，减少其潜在危险提供科学依据和数据支撑。

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Research advances in aerosol genenrated by electronic cigarette vaping

CAI Junlan, CHEN Li, LIU Shaofeng, LI Xiang, WANG Bing, ZHAO Ge, YU Jingjing, ZHAO Le，XIE Fuwei, LIU Huimin,ZHANG Xiaobing
Zhengzhou Tobacco Research Institute, China National Tobacco Corporation, Zhengzhou 450001, China

Vaping regime, aerosol collection method was introduced. Research advances in physical character, chemical constituents,environmental smoke and in vitro toxicological evaluation of electronic cigarette were reviewed. Comparison was made on level of chemical constituents in electronic cigarette aerosol with that of conventional cigarette smoke with an aim to provide reference and technical support for research and development of electronic cigarette in China.

electronic cigarette; aerosol; vaping regimes; physical character; chemical constituent; cytotoxicity

蔡君兰，陈黎，刘绍锋，等. 电子烟气溶胶的研究进展[J]. 中国烟草学报，2016,22（1）

2014年国家烟草专卖局标准项目“电子烟”（合同号2014B020）

蔡君兰（1972—），硕士，高级工程师，主要从事烟草和烟气化学成分分析，Tel：0371-67672393，Email：caijunlan@sina.com

张晓兵（1972—），硕士，研究员，Email：zhangxiaobing985@sohu.com

2015-04-03

: CAI Junlan, CHEN Li, LIU Shaofeng, et al. Research advances in aerosol genenrated by electronic cigarette vaping [J]. Acta Tabacaria Sinica, 2016,22(1)