李永霞，黃雯，楊菁，陸怡峰*，劉鴻，張琿姿

1 上海牡丹香精香料有限公司，上海市浦東新區(qū)孫橋路1067號 201203；2 上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，上海市浦東新區(qū)秀浦路3733號 200082；3 上海新型煙草制品研究院有限公司，上海市虹口區(qū)大連路789號 200082

隨著電子煙的快速發(fā)展，其產(chǎn)品質(zhì)量安全得到了深入研究，重金屬的釋放是重要課題之一。研究表明，電子煙氣溶膠中重金屬主要來自于霧化器，如Ni、Cr 可能來自于霧化器中的加熱絲，Pb 可能來自于金屬件焊接點，Cu 可能來自于導(dǎo)電連接線[1-4]。Williams 等[4]測定了一次性電子煙中前60 口及后60口氣溶膠中多種金屬元素的釋放量，以此概括一次性霧化器在使用過程中金屬元素釋放量的變化趨勢。但隨著電子煙的發(fā)展，可填充式霧化器在越來越多的產(chǎn)品中出現(xiàn)，且抽吸功率可調(diào)節(jié)，霧化器經(jīng)續(xù)液后反復(fù)使用已極為常見，所以可填充式霧化器在重復(fù)使用過程中重金屬的釋放趨勢亟待研究。

因此，本文以可填充式霧化器為研究對象，檢測了不同抽吸功率條件下重復(fù)使用霧化器時氣溶膠中重金屬的釋放量，建立了重金屬釋放量的時間序列圖，在此基礎(chǔ)上，討論了不同功率條件下霧化器的重復(fù)使用對重金屬釋放量的影響，并進(jìn)行了原因探討，旨在為電子煙產(chǎn)品的設(shè)計和質(zhì)控提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

材料：從網(wǎng)絡(luò)銷售渠道選擇銷售量較大、知名度較高的功率可調(diào)型電子煙6 種，樣品編號為1～6 號。經(jīng)分析，1～6 號樣品霧化器外觀基本一致，組成材質(zhì)成分相似，其中加熱件均為不銹鋼及鎳合金。

試劑：丙二醇（分析純，上海阿拉丁公司）；丙三醇（分析純，上海阿拉丁公司）；無水乙醇（色譜純，德國MERCK 公司）；水（電阻率18.2 MΩ·cm 的超純水）；濃硝酸（65%，優(yōu)級純，德國MERCK 公司）；濃鹽酸（35%～37%，優(yōu)級純，德國MERCK 公司）；10.0 mg/L 重金屬混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（美國Agilent 科技有限公司）；100.0 mg/L 重金屬（鍺72、銦115、鉍209）內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（美國Agilent科技有限公司）。

儀器：電子煙吸煙機(jī)（PUFFMAN 公司）；7700x 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Agilent 科技有限公司）；Milli-Q 超純水儀（美國Millipore 公司）。

1.2 方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

電子煙煙液：參考法國標(biāo)準(zhǔn)XP D 90-300-1 推薦的評價電子煙具的測試溶液，各組分質(zhì)量比分別為67%丙二醇、29%丙三醇、1%乙醇、2%水和1%煙堿[5]。煙液保存于0℃～4℃。

1.2.2 電子煙的抽吸與氣溶膠中重金屬的分析

按照文獻(xiàn)[6]中的方法，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時測定電子煙氣溶膠中7 種重金屬元素。日內(nèi)重復(fù)使用霧化器抽吸10 次，每次抽吸20 口，共抽吸200 口。抽吸容量55.0 mL，抽吸持續(xù)時間3 s，抽吸間隔30 s。抽吸前將霧化器注滿煙液，煙液耗盡或不足以抽吸20 口時，將霧化器重新注滿煙液。重復(fù)使用霧化器3 天。每次抽吸前將電子煙煙具電池充滿，分別測定30 W、40 W、50 W、80 W 功率下每20 口氣溶膠中重金屬的釋放量。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同功率條件下霧化器的重復(fù)使用對氣溶膠重金屬釋放量的影響

根據(jù)電子煙日均抽吸口數(shù)調(diào)查，試驗選用200 口作為日抽吸總口數(shù)，模擬人體抽吸電子煙時重金屬的接觸情況[5,7-12]。

10 W 及20 W 功率下，氣溶膠中Ni、Cr、As、Pb、Cu 的釋放量極低，均未檢出，故以30 W 及40 W作為低功率抽吸條件，以50 W及80 W作為高功率條件。

以1 號樣品為例，不同功率下重復(fù)使用霧化器3天，5 種元素日內(nèi)總釋放量見表1。

表1 日間重復(fù)使用霧化器時重金屬的釋放量 Tab. 1 Release amount of heavy metals in aerosol when atomizer is reused (ng/200puffs)

以1 號樣品為例，低功率下Ni 的釋放量時間序列圖如圖1，結(jié)果顯示，霧化器的重復(fù)使用對氣溶膠中Ni 元素的釋放量無明顯影響。5 種元素釋放量時間序列圖規(guī)律一致，本文僅以Ni 為代表作說明，其他元素不做贅述。

圖1 低功率下霧化器重復(fù)使用時氣溶膠中鎳的釋放量序列Fig. 1 The time series of release amount of Ni in aerosol when atomizer is reused under low power

以1 號樣品為例，高功率下，As、Pb、Cu 的釋放規(guī)律與低功率條件下相同，重復(fù)使用變化不明顯。而Cr 與Ni 釋放量隨霧化器使用時間而降低，二者釋放量的序列圖相似，其中Ni 的釋放量的序列圖如圖2 所示。

圖2 高功率下霧化器重復(fù)使用時氣溶膠中鎳的釋放量序列Fig. 2 The time series of release amount of Ni in aerosol when atomizer is reused under high power

加熱功率對重金屬釋放量影響顯著。以Ni 為例，30 W 及80 W 功率下，1～6 號樣品氣溶膠中Ni 的釋放量見圖3a 及圖3b 所示。80 W 下Ni 釋放量幾乎是30 W 下的10 倍左右。Pb 的釋放量不隨功率變化，與朱風(fēng)鵬在功率對氣溶膠中重金屬釋放量的影響中的研究結(jié)論一致[13]。

圖3 不同功率下霧化器重復(fù)使用時氣溶膠中鎳的釋放量序列Fig. 3 The time series of release of Ni in aerosol when atomizer is reused under different power conditions

2.2 霧化器的重復(fù)使用對氣溶膠中重金屬釋放影響的分析

高溫下，金屬件中重金屬可能揮發(fā)進(jìn)入氣溶膠或溶解于煙液，再經(jīng)煙液遷移至氣溶膠[1-4]，以上兩種方式可能是氣溶膠中重金屬的主要來源途徑。

為了探究氣溶膠中重金屬釋放量變化的原因，本文測定了不同抽吸口數(shù)時霧化器儲液腔內(nèi)煙液中重金屬的濃度。抽吸開始前煙液中Ni、Cr 元素分別均在0.01 mg/L 左右，80 W 功率時，抽吸20 口后及抽吸200 口后煙液中Ni 的平均濃度為6.50 mg/L 及0.25 mg/L，Cr 為2.21 mg/L 及0.05 mg/L，煙液中兩個元素的濃度隨抽吸口數(shù)的增多而明顯降低。煙液及氣溶膠中Ni、Cr 含量的同步降低，表明隨抽吸口數(shù)的累計加熱絲中Ni、Cr 的遷移能力有所降低，這可能與加熱絲表面生成了保護(hù)膜有關(guān)。金屬材料研究表明，鎳鉻合金在高溫高壓下易生成耐腐蝕的氧化膜及碳化膜[14-16]。

隔天使用霧化器時，煙液和煙氣中Ni、Cr 元素的濃度及變化規(guī)律與前一天幾乎相同，呈現(xiàn)出一定的周期性規(guī)律。這可能由于經(jīng)煙液長時間浸泡后，保護(hù)膜的性狀發(fā)生了改變，因而降低了對Ni、Cr 遷移的阻力，從而使Ni、Cr 元素在高溫高壓條件下能再次快速遷移至煙液及氣溶膠中，具體還有待繼續(xù)研究。

50 W 及80 W 抽吸下，煙液中Pb 的平均濃度分別為0.32 mg/L 及1.08 mg/L，隨抽吸功率的升高而升高，而氣溶膠中Pb 的釋放量不隨功率變化，且釋放量均較低，表明金屬件中Pb 相對較易遷移至煙液，較難遷移至氣溶膠。這可能由于Pb 的熔點較低，327℃，抽吸時加熱件溫度高于其熔點，使Pb 熔化進(jìn)而較易溶解于煙液[4,17]，而由于沸點較高，1740℃，Pb 較難由煙液遷移至氣溶膠。

3 結(jié)論

通過對不同功率下霧化器重復(fù)使用時電子煙氣溶膠中Ni、Cr、As、Pb、Cu 釋放量的研究，結(jié)果表明：

（1）低功率下，霧化器的重復(fù)使用對氣溶膠中Ni、Cr、As、Pb、Cu 的釋放量均無明顯影響，高功率下，Ni、Cr 的釋放量隨霧化器日內(nèi)使用次數(shù)的增多而降低，對As、Pb、Cu 的釋放量無明顯影響。

（2）在相同條件下，Ni、Cr、As、Cu 的釋放量隨功率升高而增大，但Pb 的釋放量不隨功率而變化。

（3）功率大于50 W 時，電子煙氣溶膠中重金屬釋放量隨功率顯著上升，當(dāng)功率控制在40 W 以下時，Ni、Cr、As、Pb、Cu 的釋放量相對較低。

本研究揭示了電子煙在霧化器重復(fù)使用過程中重金屬的釋放量規(guī)律及功率的影響，為電子煙產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)控提供了技術(shù)支撐。