抽烟的小伙伴,本期内容不容错过。在你用电子烟吞云吐雾的时候,有没有想过你抽的到底是啥东西?本期内容就为你揭开电子烟成分的神秘面纱。
电子烟由中国药剂师韩力于2004发明,被作为一种尼古丁摄入的替代方案出现。电子烟也通常被称为尼古丁电子传递系统(ElectronicNicotine-delivery System,ENDS),虽然代际繁多,更新换代速度极快,但主要都由电池(供电系统)、雾化器(雾化系统)和液体(电子烟雾化液)三个部分组成,通过电池提供能量加热雾化器,雾化温度通常在250-300℃之间,使电子烟雾化液气溶胶化产生可供使用者吸入的蒸汽。在如今全球控烟和烟草减害的大背景下,电子烟作为一种能够模拟卷烟抽吸,提供尼古丁生理满足感,但被认为更少有害物释放、更安全的替代产品出现,并获得了迅速的发展。 其中,电子烟雾化液是供使用者吸食的核心组成部分,以气溶胶的形式进入人体肺部。其与传统香精香料类似,但又有其自身的特性。雾化液体系主要包括溶剂、尼古丁、香精香料。其中,为保证电子烟的雾化效果,溶剂主要是丙二醇和植物甘油。而随着电子烟的发展,烟草减害替代品已不再是其唯一功能,越来越多出现不含尼古丁的薄荷、水果等纯香韵风格电子烟雾化液。香精香料的选择也因为电子烟的加热、雾化特性,受到了一定程度的限制。使得电子烟雾化液因其特性而作为一种独立的香精产品出现。 目前,针对电子烟雾化液化学成分分析不多,已有方法也已乙醇稀释处理法为主,雾化液中高含量的溶剂(丙二醇、甘油)对测定干扰极大。本文选取一款市售电子烟雾化液,以不同的前处理方法对其进行前处理,以GC-MS对样品中的香气成分进行分析,探索电子烟雾化液成分分析方法。 1.材料与方法
1.1 材料和试剂
·法式苹果派雾化液(市售产品,尼古丁标示量6mg);
·乙醇、二氯甲烷(色谱纯,Fisher);
1.2 材料和试剂
·气相色谱-质谱联用仪(7890A-5975C,安捷伦),配备自动进样器;
·多管式涡旋振荡器(上海安谱科学仪器有限公司);
·高速离心机(ThermoFisher);
·0.45μm有机滤膜(上海安谱科学仪器有限公司);
1.3 前处理方法
1.3.1 乙醇稀释法
准确移取0.5mL雾化液样品,加入5.0mL乙醇,涡旋5分钟,5000rmp离心5分钟,0.45μm有机滤膜过滤,取1.0ml待测。
1.3.2 二氯甲烷提取法
准确移取0.5mL雾化液样品,加入5.0mL二氯甲烷,涡旋5分钟,5000rmp离心5分钟,0.45μm有机滤膜过滤,取1.0ml待测。
1.4 仪器方法
1.4.1 色谱条件
·色谱柱:HP-INNOWax(260℃:30m×0.25mm×0.25μm);
·进样口温度:250℃;进样量:1.0μL;
·分流模式,分流比10:1;恒流模式,流量:1.0ml/min;
·升温程序:40℃保留1分钟,3℃/min升至250℃,保留10分钟;
1.4.2 质谱条件
·电子轰击(EI) 离子源;电子能量70 eV;
·传输线温度250℃;离子源温度 230 ℃;四级杆温度150℃
·溶剂延迟5 min;扫描范围29 ~ 450 amu
1.4.3 定性和半定量分析
使用NIST14 定性数据库对照标准谱图进行检索,结合保留指数(Retention Index,RI)对雾化液成分进行定性;
采用色谱峰面积归一化法进行半定量分析,计算各成分的相对质量分数。
2.结果与讨论
2.1 电子烟雾化液成分分析
按照前述处理和分析方法,对市售含6mg尼古丁的法式苹果派雾化液进行分析。分别用乙醇和二氯甲烷处理,得到样品的总离子流图见图1和图2。该款电子烟雾化液成分丰富,总共鉴定出65种组分,其中乙醇处理法鉴定出64种,占总挥发性成分的99.67%。二氯甲烷处理法鉴定出62种,占总挥发性成分的98.74%。具体结果见表1。
图1 乙醇稀释法样品总离子流图
图2 二氯甲烷萃取法样品总离子流图
从样品成分组成来看,样品主要成分为溶剂。乙醇稀释法结果中,溶剂丙二醇和甘油含量分别为33.71%和42.57%,总量高达76.28%。这也是电子烟雾化液的显著特性,由于电子烟通过温度将雾化液雾化成气溶胶,且温度远低于传统卷烟的燃烧温度。因此丙二醇和甘油充当了雾化剂的角色,决定了雾化液与不同类型电子烟的匹配性和使用时雾化量。
欧盟烟草产品指令(Tobacco Products Delivery , TPD)规定电子烟雾化液中尼古丁含量最高不得超过20mg/mL,该雾化液标识为含6mg/mL尼古丁的产品,样品中也有检出尼古丁。但除了尼古丁外,并未检出其他和尼古丁相关的生物碱,如降烟碱、假木贼碱、可替宁等。可能是因为样品中所使用的是合成尼古丁,而不是来源于烟草,因此不含有烟草尼古丁所带来的其他生物碱杂质。
除溶剂丙二醇、甘油和尼古丁外,样品中香气成分丰富,有大量的挥发性低碳酯类化合物。香兰素、乙基麦芽酚、γ-辛内酯、苯甲醇、乙酸己酯、乙酸异戊酯、乙酸丁酯、2-甲基丁酸乙酯等化合物为样品中含量最高的组分。其中,乙酸己酯、乙酸丁酯为苹果中的特征香气成分,香兰素具有浓郁的奶香香气,乙基麦芽酚、γ-辛内酯等都具有特征的果香香气,奠定了该样品突出的香气风格特征。
表1 两种不同处理方式的法式苹果派雾化液化学成分列表
序号 | RT(min) | 中文名称 | 百分含量(%) | 保留指数(RI) | |
乙醇 | 二氯甲烷 | ||||
1 | 5.32 | 丁酸乙酯 | 0.123 | 0.389 | 1039 |
2 | 5.65 | 2-甲基丁酸乙酯 | 0.191 | 0.625 | 1052 |
3 | 6.03 | 异戊酸乙酯 | 0.016 | 0.051 | 1068 |
4 | 6.14 | 乙酸丁酯 | 0.168 | 0.518 | 1072 |
5 | 6.36 | 丙酸异丁酯 | 0.002 | 0.008 | 1081 |
6 | 7.40 | 己醛丙二醇缩醛 | 0.011 | 0.037 | 1117 |
7 | 7.50 | 乙酸2-甲基丁酯 | 0.103 | 0.400 | 1120 |
8 | 7.53 | 乙酸异戊酯 | 0.160 | 0.480 | 1121 |
9 | 8.13 | 丁醇 | 0.017 | 0.046 | 1139 |
10 | 8.69 | 丁酸异丁酯 | 0.003 | 0.007 | 1156 |
11 | 8.90 | 4-甲基-2-戊醇 | 0.007 | N.A | 1162 |
12 | 9.18 | 乙酸戊酯 | 0.010 | 0.036 | 1170 |
13 | 9.85 | 右旋苧烯 | 0.002 | 0.007 | 1190 |
14 | 10.29 | 异戊醇 | 0.026 | 0.071 | 1203 |
15 | 10.63 | 叶醛 | 0.008 | 0.024 | 1212 |
16 | 10.76 | 丁酸丁酯 | 0.004 | 0.018 | 1215 |
17 | 11.35 | 己酸乙酯 | 0.007 | 0.021 | 1230 |
18 | 12.37 | 面包酮 | 0.022 | 0.064 | 1256 |
19 | 12.84 | 乙酸己酯 | 0.196 | 0.580 | 1268 |
20 | 13.72 | 异戊酸异戊酯 | 0.072 | 0.210 | 1291 |
21 | 14.59 | 乙酸叶醇酯 | 0.022 | 0.067 | 1313 |
22 | 14.77 | 辛醛丙二醇缩醛 | 0.041 | 0.119 | 1317 |
23 | 15.3 | 2-己烯醇乙酸酯 | 0.022 | 0.065 | 1330 |
24 | 15.58 | 乳酸乙酯 | 0.015 | 0.037 | 1337 |
25 | 15.67 | 辛醛丙二醇缩醛 | 0.019 | 0.060 | 1339 |
26 | 15.99 | 己醇 | 0.072 | 0.214 | 1347 |
27 | 17.22 | 反-3-己烯醇 | 0.063 | 0.177 | 1377 |
28 | 18.16 | 反-2-己烯醇 | 0.037 | 0.107 | 1400 |
29 | 18.58 | 丁酸己酯 | 0.025 | 0.067 | 1410 |
30 | 20.13 | 2-己烯醛丙二醇缩醛 | 0.006 | 0.020 | 1448 |
31 | 21.00 | 乙酸辛酯 | 0.002 | 0.008 | 1469 |
32 | 21.66 | 乙酸 | 0.039 | 0.045 | 1485 |
33 | 22.56 | 苯甲醛 | 0.042 | 0.124 | 1508 |
34 | 24.9 | 丙二醇乙酸酯 | 0.705 | 1.909 | 1567 |
35 | 25.17 | 丙二酸二乙酯 | 0.033 | 0.109 | 1573 |
36 | 26.32 | 丙二醇 | 33.705 | 34.864 | 1603 |
37 | 26.64 | 2-乙酰基吡嗪 | 0.018 | N.A | 1611 |
38 | 26.77 | 丙二醇2-乙酸酯 | 0.311 | 0.950 | 1614 |
39 | 30.00 | 2-甲基丁酸 | 0.019 | 0.056 | 1699 |
40 | 32.97 | 辛醛丙二醇缩醛 | 0.005 | 0.015 | 1781 |
41 | 33.73 | 突厥烯酮 | 0.004 | 0.012 | 1801 |
42 | 34.06 | 甲基环戊烯醇酮 | 0.020 | 0.045 | 1811 |
43 | 34.23 | DPG(1) | 0.008 | 0.016 | 1816 |
44 | 34.28 | DPG(2) | 0.010 | 0.021 | 1817 |
45 | 34.54 | 苯甲醛丙二醇缩醛 | 0.124 | 0.356 | 1825 |
46 | 34.78 | 尼古丁 | 3.027 | 7.265 | 1832 |
47 | 35.77 | 苯甲醇 | 0.226 | 0.601 | 1860 |
48 | 36.89 | γ-辛内酯 | 0.753 | 2.201 | 1892 |
49 | 38.54 | 麦芽酚 | 0.062 | 0.158 | 1941 |
50 | 39.55 | 戊酸苯乙酯 | 0.013 | 0.041 | 1971 |
51 | 40.19 | 乙基麦芽酚 | 1.415 | 3.949 | 1991 |
52 | 42.71 | 三乙酸甘油酯 | 5.527 | 15.994 | 2069 |
53 | 45.62 | 丁位癸内酯 | 0.027 | 0.087 | 2162 |
54 | 46.70 | 洋茉莉醛 | 0.005 | 0.016 | 2197 |
55 | 47.49 | 二乙酸甘油酯 | 3.806 | 10.952 | 2224 |
56 | 48.72 | 一乙酸甘油酯 | 3.062 | 3.684 | 2266 |
57 | 50.49 | 甘油 | 42.567 | 2.588 | 2327 |
58 | 49.90 | 癸酸 | N.A | 0.338 | 2304 |
59 | 52.40 | 丁位十一内酯 | 0.098 | 0.321 | 2394 |
60 | 53.19 | 丁位十二内酯 | 0.052 | 0.158 | 2423 |
61 | 55.19 | 乙基香兰素 | 0.357 | 1.057 | 2496 |
62 | 56.29 | 香兰素 | 1.888 | 5.397 | 2537 |
63 | 61.77 | 香兰素丙二醇缩醛 | 0.184 | N.A | 2751 |
64 | 71.51 | 棕榈酰胺 | 0.012 | 0.096 | 3172 |
65 | 78.48 | 油酸酰胺 | 0.075 | 0.781 | 3415 |
2.2 不同前处理结果比较
根据雾化液的溶剂体系,样品分别以乙醇和二氯甲烷进行处理和分析。从表1的成分列表可以看出,由于乙醇能与样品混溶,样品溶剂丙二醇、甘油均溶解于乙醇中,成为样品中含量最高的组分。电子烟雾化液最主要的成分就是丙二醇和甘油,许多雾化液产品中丙二醇和甘油含量能高达95%以上,对样品的成分分析造成了极大的干扰,使得仪器过载严重,污染进样口和色谱柱,香气成分无法检出或被溶剂包裹无法有效分离。二氯甲烷溶解样品时产生分层,从结果看,对香气成分的萃取影响很小,只比乙醇稀释法少检出了微量的4-甲基-2-戊醇、2-乙酰基吡嗪和香兰素丙二醇缩醛。但二氯甲烷能够很好的除去样品中的甘油,甘油含量从42.57%降低至2.59%,并在甘油覆盖区检出了原本被包裹的癸酸。但是对丙二醇基本没有去除作用。可见二氯甲烷萃取法极大的去除了甘油的影响,对香味成分的萃取基本无损失,比乙醇稀释法处理雾化液样品更有优势,对溶剂比例高、用于高功率电子烟产品的高甘油含量雾化液尤为适用。
3.总结
目前,针对电子烟雾化液成分分析的报道还比较少,主要以乙醇稀释法为主。但由于电子烟雾化液的产品特性,决定了高含量的丙二醇和甘油体系,有的产品中丙二醇和甘油含量高达95%以上,乙醇稀释法不仅带来巨大的基质干扰,使得香气成分的检测灵敏度受损,或包裹香气成分。也容易导致污染仪器、残留严重。二氯甲烷能够很好的除去样品基质中的高含量甘油,在相同的样品浓度下基本不牺牲香气成分检测的灵敏度,是一种比较有优势的电子烟雾化液处理方法。对于更低香气组分含量的样品,还可以通过浓缩的方式进行富集,相比于乙醇溶液中甘油的同步富集,优势更加显著。但是,二氯甲烷对去除丙二醇几乎没有作用,需要进一步研究,选取混合溶剂体系萃取也许是一个可行的方向。
针对于本研究中的苹果派雾化液样品,香气成分非常丰富,丙二醇和甘油含量在电子烟雾化液中总体而言不算太高。二氯甲烷萃取法的优势,尚需在更高溶剂比例的雾化液样品中进一步验证。