电加热雾化型电子烟烟油化学成分分析及其雾化效率研究

张晓旭ZHANG Xiao-xu 邵灯寅 - 连培康 - 郭 磊 罗娟敏 - 徐 达 苏加坤 - 蔡继宝 -

(1. 江西中烟工业有限责任公司技术中心，江西 南昌 330096；2. 江西中烟工业有限责任公司南昌卷烟厂，江西 南昌 330096)

新型烟草制品是近几年出现的新颖烟草消费形式，相对于传统的卷烟，已越来越被消费者认可和接受，影响着未来卷烟消费的发展趋势。新型烟草制品种类繁多，随着技术的不断发展和创新，其类型也在不断增加。在中国市场上，电加热雾化型电子烟的市场占有率较高，形式多种多样，是消费者普遍接受的产品。电加热雾化型电子烟是一种能够把烟碱溶液雾化的装置，通过模拟抽吸传统卷烟，给消费者带来满足感。它由锂电池(可充电)、雾化器(加热元件)、烟弹(通常看到的烟嘴)等元件构成。根据烟油添加使用方式不同，电子烟可以分为一次性、反复充电更换烟弹型和反复注油型。电子烟烟油作为电子烟主要特征性原料，其口味以烟草口味、水果口味、薄荷口味为主。烟油的成分决定了电子烟的风味口感。同时，一些醇类化合物(如1,2-丙二醇，丙三醇等)除被用作传统卷烟的保润剂外[1]，也常被用作电子烟的雾化剂[2-3]。为减少电子烟的甜腻感，1,3-丁二醇也常被用作电子烟溶剂[4]。

人们通过抽吸电子烟烟气释放物来满足生理感受，电子烟烟油成分及雾化效率直接影响用户的使用体验，对其成分及雾化效率进行研究具有重要意义。有关电子烟成分分析方法的比较及其雾化效率的研究鲜有报道。目前对于电子烟烟油的研究主要集中在其化学成分分析[5-8]及安全性评价[9]等方面，已有的对电子烟烟油中丙二醇、丙三醇和烟碱的分析方法主要为GC-MS法、LC-MS法、紫外分光光度法和热裂解-GC-MS法等[5,10-13]。温光和等[14]提出了电子烟雾化液的开发思路，使电子烟的抽吸品质更接近传统卷烟。鉴于已建立的检测方法种类繁多，各有利弊，且目前还无对其雾化效率的研究。本研究对提供的电子烟烟油分别采取溶剂萃取—气质联用法和顶空—气质联用法对其化学成分进行了比较分析，并对其雾化效率进行了研究，为电子烟产品的化学成分测定及烟油调香提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

气相色谱—质谱联用仪：Agilent 7890A-5975C型，配7697A顶空进样器，美国Agilent公司；

吸烟机：20孔道直线型，英国Cerulean公司；

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

丙三醇、异丙醇：分析纯，西陇化工股份有限公司；

1,2-丙二醇、甲醇、1,4丁二醇：色谱纯，美国J.T.Baker公司；

烟碱：纯度≥99.0%，中国国家烟草质量监督检验中心；

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

18种电子烟品牌共计42种型号的电子烟烟油：网络购买；

吸收瓶：50 mL，郑州中原玻璃制品厂；

剑桥滤片：Ф44 mm，英国Whatman公司。

1.2 样品处理与分析

1.2.1 溶剂提取—气质联用法 准确称取0.100 g烟油，加入10 mL甲醇，完全溶解后，取样分析。GC-MS分析条件：色谱柱：HP-INNOWAX(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；进样口温度：250 ℃；载气：He；进样方式：分流进样；分流比：10∶1；进样量：1 μL；流速：1.0 mL/min；升温程序：40 ℃保持0.5 min，以4 ℃/min升温至250 ℃，保持15 min；传输线温度：250 ℃；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；扫描方式：全扫描(Full Scan)；扫描范围：30～300 amu；溶剂延迟：5 min。

1.2.2 静态顶空—气质联用法 准确称取0.050 g烟油样品于顶空瓶中，压好盖后进样分析。GC-MS分析条件：色谱柱：HP-VOC(60 m×0.32 mm i.d.×0.32 μm d.f.)；进样口温度：250 ℃；分流进样，分流比为5∶1；载气：He；流速：1.2 mL/min；升温程序：40 ℃保持0.5 min，以4 ℃/min升温至250 ℃，保持15 min；传输线温度：250 ℃；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；扫描方式：全扫描(Full Scan)；扫描范围：30～300 amu；溶剂延迟：5 min。HS分析条件：加热炉：150 ℃；加热时间：40 min；进样时间：1 min；进样阀温度：170 ℃；传输线温度：200 ℃。

1.2.3 烟油中主要溶剂和烟碱含量的定量分析 分别称取一定量的1,2-丙二醇、丙三醇和烟碱，以甲醇为溶剂，参考文献[10]和[11]所述配制方法配制一系列不同浓度的标准溶液。准确称取约15.0 mg的烟油，用甲醇定容至50 mL，经过滤后进样分析。GC-MS分析条件：色谱柱：HP-INNOWAX(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm d.f.)；载气：He；进样量：1 μL；进样口温度：250 ℃；分流比：10∶1；流速：1.0 mL/min；升温程序：40 ℃保持0.5 min，以4 ℃/min升温至250 ℃，保持15 min；传输线温度：250 ℃；离子源温度：230 ℃；四级杆温度：150 ℃；扫描方式：SIM；选择离子：1,2-丙二醇(45,61)，丙三醇(45,61)，烟碱(162,133)(特征离子中前者为定量离子，后者为定性离子)；溶剂延迟：5 min。

1.2.4 烟气的捕集及雾化效率分析 将电子烟电池充满电后(约5 h)，在直线型吸烟机上，按照标准抽吸条件(抽吸容量35 mL，抽吸持续时间2 s，抽吸间隔60 s)，在温度(22±1) ℃，相对湿度(60±5)%的恒温恒湿环境中进行抽吸[15]。往烟筒中加入约0.44 g的电子烟烟油，用剑桥滤片捕集40口烟气释放物，分别称量并记录电子烟烟筒及抽吸前后夹持器的重量。

2 结果与分析

2.1 电子烟烟油化学成分

溶剂提取—气质联用法和静态顶空—气质联用法得到的电子烟烟油色谱图分别见图2、3。对所得到的总离子流图进行NIST11谱库检索，分析结果见表1。由表1可知，溶剂提取—气质联用法共定性出23种化合物。烟油中除有较大量的丙二醇、丙三醇等溶剂和烟碱外，还有烟草提取物(巨豆三烯酮)、呋喃类、吡嗪类、酮类、醇类等调配化合物。

与溶剂提取—气质联用法相比，静态顶空—气质联用法共定性出42种化合物，其中有6种成分因匹配度过低而无法定性。由表1可知，静态顶空法所得到的分析结果中，有15种成分和溶剂提取法相同，另外乙酸丁酯、3-甲基-1,2-环戊二酮、2,5-二甲基-4-羟基-3(2H)-呋喃酮、2-甲氧基-3-(2-丙烯基)-苯酚、二氢香兰素、巨豆三烯酮 C、香兰素、可替宁8种成分均未检出，可能是加热温度较低(150 ℃)所致的。烟油中的溶剂除了丙二醇和丙三醇外，还有一定量的乙醇，这可能是电子烟烟油中添加的香精香料所带入[15-16]。在溶剂提取法中可能因为质谱方法的溶剂延迟时间(约5 min)长于乙醇的出峰时间，从而导致乙醇未检出。

静态顶空法的前处理过程简便，灵敏度较好，在定性分析时比较有优势，与丁彩霞等[17]的研究结果相一致。然而，由于静态顶空—气质联用法在150 ℃下进行加热，可能会导致烟油中一些成分发生热裂解，产生一些小分子量的醛、酮类化合物，这也是在较早的出峰时间(约5～15 min)内出现较多醛、酮类化合物的原因。考虑到该方法会产生较多的副产物，因此在后续的定量分析中采用溶剂提取—气质联用法。

重复3次试验，各组分峰面积的相对标准偏差(RSD)见表1，其中大部分化合物的相对标准偏差<10%，说明该方法具有较好的稳定性。

2.2 电子烟烟油中主要溶剂和烟碱的含量

由图4可知，目标物实现基本分离，各目标物峰形良好。

续表1

由6个样品含量，计算相对标准偏差，评价方法的重复性，结果见表2。由表2可知，分析方法的相对标准偏差在3%以下，说明该方法重复性较好。按照与样品实际浓度相当的添加量加入标准物质，以甲醇定容至刻度，平行处理3个样品，计算方法的回收率，1,2-丙二醇、丙三醇和烟碱的平均加标回收率均在95%以上，适合电子烟烟油中1,2-丙二醇、丙三醇和烟碱含量的分析。含量测定结果表明，1,2-丙二醇的含量最高(588.5 mg/g)，其次为丙三醇(290.2 mg/g)，烟碱的含量10.4 mg/g。3者含量合计为889.1 mg/g，占电子烟烟油的比例为88.91%。

2.3 电子烟烟油雾化效率研究

按照标准抽吸条件，对电子烟抽吸前后重量的变化及烟油雾化效率进行了分析，结果见表3、4。由表4可知，5组电子烟烟油的雾化效率在11.58%～12.25%，平均的雾化效率为11.99%，平均每口的雾化效率为0.3%。其中，5组样品夹持器的平均增重为0.056 48 g，烟筒平均减重为0.053 48 g，可看出夹持器增重与烟筒减重仅相差0.003 g，进一步说明烟气释放物大部分被捕集完全。

3 结论

本研究分别采取溶剂萃取—气质联用法和顶空—气质联用法对电子烟烟油化学成分进行了分析，并对2种方法进行了比较分析，研究发现静态顶空法的前处理过程简便，在定性分析时比较有优势，但会发生热裂解，产生一些小分子量的醛、酮类化合物，故在定量分析中溶剂提取—气质联用法更适合。

电子烟烟油中溶剂(丙二醇、丙三醇)和烟碱的含量较高，其中1,2-丙二醇的含量最高(588.5 mg/g)，其次为丙三醇(290.2 mg/g)，烟碱的含量为10.4 mg/g。3者含量合计为889.1 mg/g，占电子烟烟油的比例为88.91%。在标准抽吸条件下，电子烟的平均雾化效率为11.99%，平均每口的雾化效率为0.30%。若雾化剂配比、抽吸容量、口数和间隔等发生变化，电子烟的雾化效率也可能会发生相应的变化，需进一步开展研究确证。

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