不同形态烟碱在电子烟气溶胶中的释放研究

赵国玲，尹新强，黄建国，龚淑果，代远刚，钟科军，彭新辉

湖南中烟工业有限责任公司技术中心，长沙市劳动中路386号 410007

含有游离烟碱电子烟烟液的主要不足是存放过程中烟碱易挥发，抽吸过程中烟碱释放稳定性不够[1-4]。烟碱盐和游离烟碱的热重结果表明：游离烟碱的释放温度为150℃左右，酒石酸烟碱盐的释放分解温度为220℃左右，将游离烟碱转化成烟碱盐、吸附烟碱和包合烟碱，可有效提高电子烟气溶胶中烟碱释放稳定性[5-7]。

吸附法在卷烟加香及缓释效果方面，具有安全、持香能力强和释香可控性的优势，特别是作为减害吸附剂的活性炭已有很多报道[8-11]，但作为载体吸附烟碱的研究相对较少。环糊精衍生物具有合适尺寸空腔，可缓慢释放延长药效[12-13]，以环糊精衍生物对烟碱进行包合，也有望提高烟碱释放的稳定性。

为探索电子烟液中烟碱释放稳定性的提升方法，本文将游离烟碱进行了成盐、吸附和包合处理，并利用气相色谱法研究其释放情况，以期为电子烟烟液配方开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器及材料

（1）试剂。无水乙醇（分析纯，天津大茂）、酒石酸（分析纯，天津大茂）；氢氧化钠（分析纯，天津大茂）；环糊精修饰氧化石墨烯（自制）；羟丙基环糊精（分析纯，国药集团）；羧甲基纤维素（分析纯，国药集团）；甘油（分析纯，天津大茂）、丙二醇（分析纯，美国陶氏）、正十七烷（分析纯，国药集团）、酒石酸烟碱盐（纯度为99%，湖北和诺生物工程股份有限公司）、游离烟碱（纯度96%，自制）；

（2）标样。烟碱标准溶液（浓度为4 mg/mL，百灵威科技有限公司）。

（3）仪器。EGO 电子烟器具（公司自制）；HP6890 型气相色谱（美国Agilent 公司）；CP2245电子天平（感量0.0001 g，德国Sartorius 公司）。SM450 直线吸烟机（英国CERULEAN 公司）。

1.2 实验方法与条件

1.2.1 含有不同形态烟碱电子烟烟液的制备配制雾化剂及9 种电子烟烟液样品。

雾 化 剂： 将 甘 油： 丙 二 醇： 乙 醇： 水=45.7:36:8.8:9.5（重量比），超声30 min，混合均匀，制得电子烟用雾化剂。

样品A：游离烟碱溶解在雾化剂中。

样品B：样品A中添加环糊精修饰氧化石墨烯（添加量为1%）。

样品C：样品A 中添加氧化碳纳米管（添加量为1%）。

样品D：样品A 中添加羟丙基环糊精（添加量为1%）。

样品E：样品A 中添加羧甲基纤维素（添加量为1%）。

样品F：酒石酸烟碱盐溶解在雾化剂中。

样品G：烟碱和酒石酸以3:1（摩尔比）进行调配。样品H：烟碱和酒石酸以5:1（摩尔比）进行调配。样品I：烟碱和酒石酸以7:1（摩尔比）进行调配。

在第二天的“嘉宾报告环节”，机械工业信息研究院李奇院长首先致欢迎辞，表达了对来会嘉宾的热情欢迎和对中国制造业发展未来的期盼。李院长特别指出，在今年这个中国经济发展的坐标年——改革开放40周年的节点上，回望中国制造从小到大不断崛起繁荣之路，不能不感慨万千。这让我们深刻地认识到中国制造有了进一步向智能制造转型升级的迭代能力，也坚定了向制造强国迈进的自信心。

1.2.2 电子烟烟液pH 值的测定[14]

配制中性水以0.01 mol·L-1的氢氧化钠溶液调节超纯水至pH=7.00±0.02 和异丙醇体积比为1 ∶1 的萃取溶液备用。准确称取1.00 g 左右电子烟烟液至具塞锥形瓶中，加入10 mL 萃取溶液，在振荡摇床（转速为150 r/min）上振荡萃取20 min，静置10 min 后用校正过的pH 计进行测定，每个样品平行测定2 次，取平均值。

1.2.3 电子烟烟液中可测定烟碱含量测定

100 μL 电子烟烟液样品用10 mL 含有正十七烷内标的异丙醇溶液稀释。

GC 条 件： 色 谱 柱 为DB-ALC1（30 m×0.32 mm，1.8 μm）；进样口温度为250℃；升温程序为初始温度100 ℃，保持1 min，以15 ℃/ min 升至130℃，以40℃/ min 升至260℃，保持10 min；进样量为1 μL，分流进样，分流比50:1；载气为氮气，流量1.8 mL/min；检测器温度为275℃；氢气流量为40 mL/min；空气流量为450 mL/min；尾吹气为氮气，流量25 mL/min。

1.2.4 电子烟抽吸方法

9 种样品各取1 mL，使用EGO 器具抽吸，设置电压为4.2 V，采用加拿大卫生部深度抽吸模式（HCI），抽吸参数为：抽吸容量55 mL、抽吸时间2 s、抽吸间隔30 s，用剑桥滤片分别收集每40 口烟气气溶胶，共抽吸160口，分析每40口气溶胶中烟碱的释放情况。

1.2.5 烟气气溶胶中烟碱含量测定

将收集40 口气溶胶的剑桥滤片用10 mL 含有正十七烷内标的异丙醇溶液常温下振荡萃取30 min，气相法测定40 口气溶胶中烟碱量。

2 结果与讨论

2.1 含有不同形态烟碱电子烟烟液的烟碱浓度及pH值的测定

利用1.2.2 方法分别测定9 种电子烟烟液pH 值。利用1.2.3 方法分别测定9 种电子烟烟液烟碱浓度，结果如表1。

表1 含有不同形态烟碱电子烟烟液的烟碱浓度及pH 值Tab. 1 Nicotine concentration and pH value of e-cigarette liquid containing different forms of nicotine

相对于样品A，样品B、C、D、E 中烟碱浓度有一定程度降低，原因可能是被吸附材料吸附的烟碱在同样检测条件下未被检出。添加酒石酸的样品中，酒石酸越多，烟碱浓度越低，原因可能是酒石酸烟碱盐在同样的检测条件下未被检出。

样品B、C、D、E 的pH 值没有变化，表明添加吸附材料对电子烟烟液pH 值没有影响，而添加酒石酸则会显著降低pH 值，当电子烟烟液中的烟碱全部以酒石酸烟碱盐形式存在时，电子烟烟液pH 值约为4.10。

2.2 含有不同形态烟碱电子烟烟液烟碱样品的释放研究

利用1.2.4 方法研究游离烟碱样品、吸附烟碱样品（B、C）、包合烟碱样品（D、E）、酒石酸烟碱盐（F）、烟碱和酒石酸调配样品（G、H、I）中每40 口气溶胶中烟碱含量变化，结果见表2。

表2 九种烟碱样品在电子烟气溶胶中释放研究Tab. 2 Release of nine nicotine samples in e-cigarette aerosol

从表2 可以看出，添加氧化碳纳米管的样品C 的烟气气溶胶中烟碱释放稳定性较差，尤其是120～160口烟气中烟碱释放量相对于100～120 口降低25%，并且氧化碳纳米管在丙二醇中的分散性较差。添加羧甲基纤维素的样品E 的烟气中80～160 口中烟碱释放量有少量降低。而添加环糊精修饰氧化石墨烯、羟丙基环糊精的样品B、D 的烟碱释放稳定性较好，并且环糊精修饰氧化石墨烯、羟丙基环糊精在含丙二醇、甘油的雾化剂中分散效果较满意，能形成均一体系，24 h 内未发生沉降。因此相对于样品C，样品B、D、E 稳定释放烟碱的效果更优。

进一步考虑到抽吸过程中，碳基材料颗粒可能进入人体的安全隐患，而环糊精具有较好的生物相容性，因此在电子烟烟液中添加适量羟丙基环糊精和羧甲基纤维素，可用来提高气溶胶中烟碱释放的稳定性。

含烟碱的电子烟液中，随着酒石酸含量的增加，从样品I（烟碱：酒石酸=7:1）到样品F（酒石酸烟碱盐），气溶胶中烟碱的释放量逐渐降低，当烟碱的存在形式全部是酒石酸烟碱盐时，气溶胶中烟碱的释放量显著降低。

由于在抽吸过程中，游离烟碱先释放出来，之后烟碱盐分解生成游离烟碱逐渐释放，因此加入酒石酸有助于提高抽吸过程中烟碱释放的稳定性。从表2 的数据看，不同于游离烟碱样品A 随抽吸口数增加烟碱释放量持续减少的趋势，添加了酒石酸之后样品的烟碱释放量在不同阶段均有增有减，整体的释放稳定性得以提高。

2.3 感官质量评价

9 种样品分别取1.0 mL 加入EGO 烟具中，在室温下平衡0.5 h后，由5名卷烟评吸人员进行感官评价，结果见表3。

表3 含有不同形态烟碱电子烟烟液的感官质量比较Tab. 3 Comparison of sensory evaluation of e-cigarette liquid containing different forms of nicotine

从表3 可知，添加羟丙基环糊精的样品D 感官质量优于游离烟碱样品A，对喉部的冲击感降低，喉部劲头前后一致，烟气显柔和，细腻，成团性较好。添加羧甲基纤维素的样品E 可以有效降低烟碱气息,降低刺激。烟碱酒石酸盐样品F 烟气成团性较好，雾化量较好，余味干净，但烟碱气息较弱，与显著较低的烟碱释放量相符。烟碱和酒石酸的调配比例为5:1 和7:1 的样品（H，I）雾化效果较好，烟气的成团性较好，余味干净，烟碱气息较弱，刺激降低。

从感官评价结果来看，在含有烟碱的电子烟烟液中添加适量的羟丙基环糊精、羧甲基纤维素、酒石酸有助于提高抽吸过程中烟碱释放的稳定性，降低烟气中烟碱气息和刺激感。

3 结论

本文研究了含有不同形态烟碱的电子烟烟液中烟碱含量及pH 值变化，比较了不同形态烟碱在电子烟气溶胶中释放情况及感官质量差异。在含有游离烟碱的电子烟烟液中添加羟丙基环糊精、羧甲基纤维素对电子烟气溶胶中烟碱释放有较好的稳定作用。相对于未添加酒石酸的烟碱，以烟碱:酒石酸=5:1和7:1 的电子烟烟液的气溶胶中的烟碱释放稳定。感官质量评价表明：在含有烟碱的电子烟液中添加适量的羟丙基环糊精、羧甲基纤维素、酒石酸有助于提高抽吸过程中烟碱释放的稳定性，降低烟碱气息和刺激感。

综合考虑电子烟气溶胶中烟碱释放效果和感官质量评价结果，选择在含有烟碱的电子烟烟液中添加适量的羟丙基环糊精、羧甲基纤维素、酒石酸有助于提高烟碱释放稳定性和提升感官质量。