王 予，華辰鳳，趙俊偉，韓 冰，潘曉薇，王 冰，趙曉東，林 云，謝復(fù)煒，陶 紅，陳森林，余晶晶*

1. 廣東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣州市荔灣區(qū)東沙環(huán)翠南路88 號(hào) 510000

2. 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2 號(hào) 450001

近些年，加熱卷煙發(fā)展非常迅速。相較于傳統(tǒng)卷煙，加熱卷煙不產(chǎn)生側(cè)流煙氣，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的影響明顯小于傳統(tǒng)卷煙［1-5］。然而，吸煙者抽吸加熱卷煙時(shí)呼出的氣溶膠仍然會(huì)對(duì)環(huán)境空氣產(chǎn)生一定的影響。吸煙者呼出氣溶膠中主要成分釋放量的測定是評(píng)價(jià)抽吸加熱卷煙對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量影響的基礎(chǔ)，而呼出和吸入氣溶膠中主要成分釋放量的差異對(duì)于評(píng)價(jià)加熱卷煙健康風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。加熱卷煙是基于蒸餾技術(shù)，抽吸溫度在500 ℃以下，其氣溶膠中主要成分包含水、丙三醇、丙二醇、煙堿及低釋放量的潛在有害成分［6-7］。加熱卷煙氣溶膠中水、丙三醇和丙二醇釋放量高于傳統(tǒng)卷煙，而潛在有害成分釋放量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)卷煙［8-13］。目前，國內(nèi)外關(guān)于加熱卷煙呼出氣溶膠中主要成分釋放量及與吸入氣溶膠的比較研究未見文獻(xiàn)報(bào)道。傳統(tǒng)卷煙和電子煙呼出氣溶膠中化學(xué)成分及與吸入氣溶膠的比較研究已有文獻(xiàn)報(bào)道［14-20］。例如，Moldoveanu等［14］采用真空輔助技術(shù)捕集了吸煙者抽吸卷煙后的呼出氣溶膠，對(duì)其化學(xué)成分進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，卷煙煙氣中約有1/3的化合物的人體截留率≥66.00%；其中低分子量、高水溶性化合物的人體截留率≥66.00%，高分子量、高沸點(diǎn)化合物人體截留率≤33.00%。Long 等［19］研究了傳統(tǒng)卷煙和電子煙呼出氣溶膠化學(xué)成分的差異，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)卷煙不同，電子煙呼出氣溶膠中水和甘油釋放量約占99.90%，煙堿釋放量＜0.06%。Marco等［20］采用內(nèi)置Tenax柱的Bio-VOCs裝置對(duì)傳統(tǒng)卷煙和電子煙呼出氣溶膠進(jìn)行捕集，結(jié)合熱脫附-GC-MS 法分析了揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile organic compounds，VOCs）的釋放量，結(jié)果表明傳統(tǒng)卷煙呼出氣溶膠中含有多種VOCs，如苯、甲苯和萘等，而電子煙呼出氣溶膠中主要為丙二醇和丙三醇。

本研究中采用真空輔助裝置捕集加熱卷煙呼出氣溶膠，結(jié)合氣相色譜-氫火焰離子化檢測器（Gas chromatography-Flame ionization detector，GC-FID）法測定了其中丙二醇、丙三醇、薄荷醇、煙堿和三醋酸甘油酯的釋放量，對(duì)分析方法進(jìn)行了優(yōu)化和評(píng)價(jià)。招募志愿者抽吸加熱卷煙，分析呼出氣溶膠中主要成分釋放量，并與吸入氣溶膠進(jìn)行了比較研究。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

1#加熱卷煙：菲莫國際煙草公司中心加熱型iQOS（Tobacco Heating Device 2.4），煙支為Heets（yellow selection）；2#加熱卷煙：英美煙草公司外周加熱型GLO（Model：G003），煙支為Kent（Bright tobacco 口味）；3#～8#加熱卷煙：國產(chǎn)中心加熱型卷煙產(chǎn)品及配套煙支，產(chǎn)品口味分別為3#原味，4#薄荷味，5#原味，6#薄荷味，7#原味，8#陳皮味；XAD-4 吸附管（80/40 mg，美國Supelco公司）；劍橋?yàn)V片（44 mm，德國Borgwaldt公司）；有機(jī)相濾膜（0.45 μm，上海安譜實(shí)驗(yàn)科技股份有限公司）。

煙堿（99.00%，加拿大TRC 公司）；丙三醇（99.50%）、丙二醇（99.50%）（天津Alfa Aesar 公司）；薄荷醇（AR，鄭州派尼化學(xué)試劑廠）；三醋酸甘油酯（≥98.50%，國藥集團(tuán)藥業(yè)股份有限公司）；1，3-丁二醇（99.00%）、2-甲基喹啉（99.00%）（中國阿達(dá)瑪斯試劑有限公司）；水為GB/T 6682—2008規(guī)定的一級(jí)水（電導(dǎo)率≤0.01 mS/m，25 ℃）；異丙醇（HPLC 級(jí)，≥99.90%，上?？泼鸦瘜W(xué)科技有限公司）；丙二醇、丙三醇、薄荷醇、煙堿和三醋酸甘油酯標(biāo)準(zhǔn)工作溶液采用異丙醇配制；1，3-丁二醇和2-甲基喹啉混合內(nèi)標(biāo)溶液采用異丙醇配制，濃度均為1.00 mg/mL。

Agilent 6890 氣相色譜-氫火焰離子化檢測器（GC-FID，美國Agilent科技公司）；SRL_3.7MB5C型無油式螺桿空壓機(jī)（南京日立產(chǎn)機(jī)有限公司）；450cc型氫氣發(fā)生器（英國Peak 氣體公司）；ADV 230V 數(shù)顯型多管渦旋混合器（美國Talboys公司）；SM450直線型吸煙機(jī)（英國Cerulean 公司）；CP2245 電子天平（感量0.000 1 g，德國Sartorius 公司）；CReSS Pocket 10900020型吸煙行為記錄儀（德國Borgwaldt公司）。

1.2 方法

1.2.1 招募志愿者

招募吸煙志愿者3 名，年齡18～60 周歲之間，持續(xù)抽煙6個(gè)月以上，每天抽吸15支以上；無嚴(yán)重心血管、呼吸系統(tǒng)及其他嚴(yán)重疾??；能遵守研究要求，抽吸加熱卷煙。志愿者均需簽署研究知情同意書。

1.2.2 呼出氣溶膠的捕集

志愿者抽吸加熱卷煙，采用圖1所示裝置逐口捕集呼出氣溶膠。該裝置由弧形面罩式一次性吹嘴、捕集器（內(nèi)置劍橋?yàn)V片）、XAD-4吸附管、三通、氣體采樣泵5部分構(gòu)成，各部分之間采用橡膠軟管連接。氣體采樣泵用于輔助呼出氣溶膠在劍橋?yàn)V片和吸附管上的捕集。具體操作：打開氣體采樣泵，流速為3.00 L/min。志愿者抽吸加熱卷煙時(shí)，三通為放空狀態(tài)；捕集呼出氣溶膠時(shí)，志愿者用手指按住三通口，口腔對(duì)準(zhǔn)吹嘴呼出氣溶膠。

圖1 呼出氣溶膠捕集裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of an exhaled aerosol capture device

1.2.3 樣品前處理及分析條件

1.2.3.1 呼出氣溶膠樣品

志愿者抽吸1支加熱卷煙，對(duì)呼出氣溶膠進(jìn)行捕集。捕集結(jié)束后，取出劍橋?yàn)V片、吸附管內(nèi)吸附劑和玻璃毛，將其置于16 mL離心管中，加入10 mL異丙醇及100 μL內(nèi)標(biāo)（1，3-丁二醇和2-甲基喹啉混合溶液）渦旋萃取20 min，取2 mL上清液，過有機(jī)相濾膜后進(jìn)行GC-FID分析。分析條件：

色譜柱：Agilent ALC毛細(xì)管柱（30 m×0.32 mm×1.8 μm）；載氣：He（99.999%），氣體流速1.8 mL/min；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；分流比：10 ∶1；進(jìn)樣體積：2.00 μL；程序升溫條件：220 ℃（10 min）；總運(yùn)行時(shí)間：22 min；FID 檢測器溫度：275 ℃；氫氣流量：40 mL/min；空氣流量：400 mL/min；尾吹氣：N2氣，流量25 mL/min。

方法優(yōu)化時(shí)將劍橋?yàn)V片和吸附管內(nèi)吸附劑（含玻璃毛）分別萃取。

1.2.3.2 吸入氣溶膠樣品

采用吸煙行為記錄儀記錄每名志愿者抽吸每種加熱卷煙的抽吸參數(shù)，獲得平均抽吸參數(shù)。在直線型吸煙機(jī)上，分別模擬志愿者抽吸行為抽吸加熱卷煙，每個(gè)樣品抽吸4支加熱卷煙。采用劍橋?yàn)V片捕集加熱卷煙氣溶膠，抽吸結(jié)束后將劍橋?yàn)V片加入至20 mL異丙醇溶液（含1，3-丁二醇和2-甲基喹啉內(nèi)標(biāo)）中，渦旋萃取20 min，取2 mL上清液，過有機(jī)相濾膜后，進(jìn)行GC-FID 分析。分析條件同1.2.3.1 節(jié)。根據(jù)樣品中目標(biāo)化合物的濃度，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度范圍和內(nèi)標(biāo)濃度，對(duì)樣品進(jìn)行定量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 捕集效率考察

為考察圖1所示裝置的捕集效率，志愿者抽吸原味和薄荷味加熱卷煙產(chǎn)品各1種，分別測定劍橋?yàn)V片和XAD-4 吸附管中主要成分的釋放量，結(jié)果如表1所示。由表1可知，無論是原味還是薄荷味加熱卷煙呼出氣溶膠，在吸附管中均能檢出目標(biāo)化合物，且分配比較高。在吸附管后再串聯(lián)1 根XAD-4 吸附管時(shí)，第2 根吸附管上各目標(biāo)物的量所占比例均小于5.00%。因此，采用劍橋?yàn)V片和1 根XAD-4 吸附管串聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱卷煙呼出氣溶膠中各目標(biāo)化合物的捕集［21］。

表1 目標(biāo)化合物在濾片和吸附管中的分配比例Tab.1 Distribution ratios of target compounds in filter and adsorption tube（%）

另外，考察了吸煙機(jī)抽吸加熱卷煙時(shí)的捕集效率。按照加拿大深度（Health Canada Intensive，HCI）抽吸方案抽吸薄荷味加熱卷煙，采用劍橋?yàn)V片串聯(lián)XAD-4吸附管捕集4支加熱卷煙氣溶膠。結(jié)果表明，XAD-4 吸附管上各成分釋放量占比均小于5.00%。因此，吸煙機(jī)抽吸加熱卷煙時(shí)，僅采用劍橋?yàn)V片進(jìn)行捕集。這與呼出氣溶膠的捕集方式不同，主要源于呼出氣溶膠和吸煙機(jī)抽吸產(chǎn)生的氣溶膠的狀態(tài)不同，二者的化學(xué)成分也存在差異。

2.2 氣體采樣泵流速優(yōu)化

志愿者抽吸薄荷味加熱卷煙，采用不同氣體采樣泵流速捕集呼出氣溶膠，實(shí)驗(yàn)中要求志愿者保持每次抽吸參數(shù)一致，結(jié)果如圖2所示。當(dāng)氣體采樣泵流速為3.00 L/min 時(shí)，所捕集的各成分釋放量均為最高。這主要是由于流速較低時(shí)，呼出氣溶膠會(huì)從吹嘴和志愿者面部之間的空隙溢出，造成捕集不完全；流速過高則會(huì)造成目標(biāo)化合物從劍橋?yàn)V片和吸附管上穿透。另外，文獻(xiàn)［22］報(bào)道，當(dāng)魚尾罩氣體流量設(shè)置為（3.00±0.10）L/min 時(shí)，能將側(cè)流煙氣捕集完全。由于呼出氣溶膠捕集與之類似，因此，本研究中氣體采樣泵流速設(shè)定為3.00 L/min。

圖2 氣體采樣泵流速對(duì)成分釋放量的影響Fig.2 Influence of flow speed of gas in sampling pump on releases of target compounds

2.3 前處理?xiàng)l件優(yōu)化

在劍橋?yàn)V片和吸附管中分別加入一定量標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照?qǐng)D1連接，為了模擬真實(shí)采樣狀態(tài)，打開氣體采樣泵以流速3.00 L/min 抽1 min，然后分別對(duì)劍橋?yàn)V片和吸附管內(nèi)吸附劑進(jìn)行萃取，考察不同萃取方式和萃取時(shí)間的影響。由圖3可知，與超聲和振蕩萃取相比，采用渦旋萃取時(shí)，劍橋?yàn)V片和吸附管上萃取的目標(biāo)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高。由圖4可知，當(dāng)渦旋萃取時(shí)間為20 min 時(shí)，濾片和吸附管中萃取的目標(biāo)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)均已達(dá)到最高；繼續(xù)延長萃取時(shí)間，目標(biāo)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)無明顯增加。因此，對(duì)劍橋?yàn)V片和吸附管采用渦旋20 min 萃取。

圖3 萃取方式對(duì)目標(biāo)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig.3 Influence of extraction method on mass fractions of target compounds

圖4 萃取時(shí)間對(duì)目標(biāo)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig.4 Influence of extraction time on mass fractions of target compounds

2.4 分析方法表征

采用GC-FID 法分析系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，采用內(nèi)標(biāo)法繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，其中，丙二醇、丙三醇和薄荷醇以1，3-丁二醇為內(nèi)標(biāo)，煙堿和三醋酸甘油酯以2-甲基喹啉為內(nèi)標(biāo)。方法的線性范圍和線性方程見表2，可知，各目標(biāo)化合物標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好。采用最低濃度標(biāo)準(zhǔn)工作溶液連續(xù)進(jìn)樣10次，分別以各目標(biāo)化合物的峰面積的3倍和10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算得到檢出限（LOD）和定量限（LOQ）。由表2可知，本方法各目標(biāo)化合物的LOD 和LOQ 分別在0.10～0.41 和0.34～1.38 μg/mL 之間。在劍橋?yàn)V片和吸附管上進(jìn)行低、中、高3個(gè)不同濃度水平的加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，各目標(biāo)化合物的回收率在77.70%～120.00%之間（表3）。在劍橋?yàn)V片和吸附管上分別加入中等濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，同一天內(nèi)連續(xù)6次實(shí)驗(yàn)，考察方法的日內(nèi)精密度；連續(xù)6 d 實(shí)驗(yàn)，考察方法的日間精密度，結(jié)果如表3所示，各目標(biāo)化合物的日內(nèi)和日間精密度良好，日內(nèi)RSD≤6.93%、日間RSD≤10.70%。

表2 方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限和定量限Tab.2 Calibration curves, LODs and LOQs of the method

表3 方法的回收率、日內(nèi)和日間精密度Tab.3 Recoveries, intra-and inter-day precisions of the method

2.5 加熱卷煙呼出氣溶膠中主要成分釋放量分析

由3名志愿者分別抽吸8種加熱卷煙，每名志愿者每種加熱卷煙抽吸3 次，對(duì)呼出氣溶膠樣品的分析結(jié)果如圖5 所示。可知，呼出氣溶膠中均含有丙二醇、丙三醇、煙堿、三醋酸甘油酯，其中，丙三醇的釋放量最高。由于4#和6#樣品為薄荷味產(chǎn)品，呼出氣溶膠中含有薄荷醇。加熱卷煙呼出氣溶膠中丙二醇和丙三醇釋放量較高，源于加熱卷煙中加入了大量的丙二醇和丙三醇作為霧化劑［8］。志愿者抽吸加熱卷煙后呼出氣溶膠中丙二醇、丙三醇、薄荷醇、煙堿和三醋酸甘油酯釋放量分別在0.000 6～0.016 0、0.012 0～0.650 0、0.009 0～0.180 0、0.000 1～0.081 0、0.000 1～0.027 0 mg/支之間。由于志愿者的抽吸存在隨意性，志愿者抽吸同一種加熱卷煙3次，呼出氣溶膠中主要成分釋放量的RSD 較大（3.70%～101.00%之間）。不同志愿者抽吸同一加熱卷煙，呼出氣溶膠中主要成分釋放量也存在差異，RSD 為6.13%～102.00%之間，主要源于志愿者的抽吸習(xí)慣不同。文獻(xiàn)［14-18］中吸煙者抽吸卷煙后呼出氣溶膠中主要成分釋放量的變異性也較大，RSD 在17.00%～106.00%之間。

2.6 呼出氣溶膠與吸入氣溶膠中主要成分釋放量比較

采用吸煙行為記錄儀記錄每名志愿者抽吸每種加熱卷煙產(chǎn)品的平均抽吸參數(shù)。在吸煙機(jī)上模擬志愿者抽吸行為抽吸加熱卷煙，測定加熱卷煙吸入氣溶膠中主要成分的釋放量，結(jié)果如圖5所示。吸入氣溶膠中丙二醇、丙三醇、薄荷醇、煙堿和三醋酸甘油酯的釋放量范圍分別為0.05～2.70、2.72～6.44、0.44～1.78、0.91～1.89 和0.36～2.21 mg/支，其中，丙三醇釋放量最高。吸入氣溶膠3 次的平行性結(jié)果較好（RSD≤10.58%）。不同加熱卷煙產(chǎn)品吸入氣溶膠中各目標(biāo)成分釋放量存在差異，主要源于不同產(chǎn)品的配方不同。1#樣品丙二醇釋放量為8 種加熱卷煙產(chǎn)品中最低，顯著低于其他7 種加熱卷煙產(chǎn)品；3#和4#樣品氣溶膠中三醋酸甘油酯釋放量明顯高于其他6種加熱卷煙產(chǎn)品。4#和6#樣品為薄荷味產(chǎn)品，吸入氣溶膠中含有薄荷醇，且6#樣品薄荷醇的釋放量高于4#樣品。

圖5 呼出和吸入氣溶膠中主要成分的釋放量（平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=3）Fig.5 Releases of main chemical components in exhaled aerosol and inhaled aerosol (mean±SD，n=3)

由圖5可知，吸入氣溶膠中主要成分釋放量顯著高于呼出氣溶膠。采用人體截留率考察吸入和呼出氣溶膠中釋放量的差異，計(jì)算公式如下：

式中：R為人體截留率，%；M呼出為呼出氣溶膠中成分的釋放量，mg/支；M吸入為吸入氣溶膠中成分釋放量，mg/支。

人體對(duì)丙二醇、丙三醇、薄荷醇、煙堿和三醋酸甘油酯的截留率分別在69.70%～99.90%、87.80%～99.80%、92.00%～98.00%、93.60%～100.00%和92.20%～100.00%之間，平均截留率分別為96.80%、96.20%、96.00%、99.60%和99.60%。

3 結(jié)論

①建立了加熱卷煙呼出氣溶膠中丙二醇、丙三醇、薄荷醇、煙堿和三醋酸甘油酯的真空輔助捕集-GC-FID 分析方法；②抽吸加熱卷煙后呼出氣溶膠中丙二醇和丙三醇的釋放量較高；③加熱卷煙呼出氣溶膠中各目標(biāo)成分釋放量顯著低于其在吸入氣溶膠中的釋放量；④人體對(duì)丙二醇、丙三醇、薄荷醇、煙堿和三醋酸甘油酯的平均截留率均大于等于96.00%。