【第十届原创大赛】【我爱学习】电子烟雾化液化学成分分析方法探索

風痕

2017/09/26

私聊

气质联用（GCMS）

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。
1.4 结果与讨论
1.4.1 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）
序号	RT（min）	中文名称	乙醇	二氯甲烷	保留指数（RI）
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

1.4.2 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。

1.5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。