朱風(fēng)鵬，姜興益，張洪非，李翔宇，龐永強(qiáng)，馬 濤，羅彥波

國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，鄭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)翠竹街6 號 450001

重金屬是電子煙氣溶膠中的一類有害物質(zhì)，近年來日益受到關(guān)注。許多研究者分析了電子煙氣溶膠中重金屬的含量和來源［1-5］，一些國家或組織也提出了明確的限量要求［6-8］。電子煙抽吸行為研究表明，電子煙單口抽吸容量分布范圍較大，普遍在50 mL/口以上，最高在 100 mL/口以上［9-13］，電子煙消費(fèi)者實(shí)際抽吸容量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)卷煙消費(fèi)者。在電子煙實(shí)際使用中，大多數(shù)電子煙產(chǎn)品的功率是可調(diào)的。功率對電子煙氣溶膠中重金屬釋放量的影響已有報(bào)道［14］，但功率和抽吸容量對電子煙氣溶膠中重金屬釋放量影響的綜合評價(jià)鮮見報(bào)道。為此，選用可填充式霧化器和自行配制的電子煙液，研究了不同抽吸容量和工作電壓對電子煙氣溶膠中重金屬釋放量的綜合影響，旨在為電子煙產(chǎn)品設(shè)計(jì)和安全評價(jià)提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

電子煙（加熱器具功率可調(diào)，功率分別為30、60 和80 W；電子煙液（按照英國電子煙標(biāo)準(zhǔn)配制，丙二醇、丙三醇、煙堿和水分別為78%、18%、2%和2%，體積比）［7］。

濃硝酸（質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%，電子級）、雙氧水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，優(yōu)級純）（德國Merck公司）；丙二醇（優(yōu)級純＞99.5%）、丙三醇（優(yōu)級純＞99%）（美國Sigma 公司）；元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 mg/L，美國Agilent 公司）；煙堿（99.6%，國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）。

7900 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，美國Agilent 公司）；SML600E 6 孔道電子煙吸煙機(jī)（合肥眾沃儀器技術(shù)有限公司）；CP225D 電子天平（感量0.000 1 g，德國Sartorius 公司）；Milli-Q 超純水儀（美國Millipore 公司）；MarsX-press 型微波消解儀（美國CEM 公司）。

1.2 方法

1.2.1 電子煙氣溶膠分析

根據(jù)文獻(xiàn)［15］，中國電子煙消費(fèi)者抽吸容量的均值為87.2 mL，中位值為75.4 mL，因此選取55、75 和85 mL 作為抽吸容量。在不同功率(30、60 和 80 W)和抽吸容量(55、75 和 85 mL)下參照法國電子煙標(biāo)準(zhǔn)［6］進(jìn)行電子煙抽吸和氣溶膠捕集。具體參數(shù)為：抽吸間隔30 s、抽吸持續(xù)時(shí)間3 s、抽吸口數(shù)20 口、用含有20 mL 10%硝酸溶液(體積分?jǐn)?shù))的兩級串聯(lián)吸收瓶捕集氣溶膠。捕集液直接用ICP-MS 測試(兩個(gè)吸收瓶單獨(dú)測試)。ICP-MS工作參數(shù)：射頻功率1 500 W；載氣為氬氣，流速1.10 mL/min；碰撞氣為氦氣，流速4.50 mL/min。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，通過一般線性模型方差分析對不同功率和容量下氣溶膠中重金屬釋放量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用偏η2值表示因素貢獻(xiàn)的相對大小，并判定P 值＜0.05 時(shí)具有顯著性差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同功率和不同抽吸容量下氣溶膠中重金屬釋放量

不同功率和不同抽吸容量下氣溶膠中重金屬釋放量結(jié)果見表1?？梢钥闯觯瑲馊苣z中各元素釋放量差異較大，Ni 釋放量較高；Cr 釋放量為7.1～22.3 ng·20 口-1；Ni 釋放量為 5.3～46.3 ng·20 口-1；Cu 釋放量為 7.2～24.3 ng·20 口-1；Pb 釋放量為 2.5～6.0 ng·20 口-1。

表1 電子煙氣溶膠中重金屬釋放量（n=5）①Tab.1 Heavy metal emissions in e-cigarette aerosols（n=5）

2.2 功率和抽吸容量兩因素對氣溶膠中重金屬釋放量的影響

功率和抽吸容量對電子煙氣溶膠中重金屬釋放量均有影響，通過方差分析對這兩個(gè)因素進(jìn)行了研究。一般線性模型方差分析結(jié)果見表2，檢驗(yàn)結(jié)果中的平方和、均方或者偏η2值均可表示某個(gè)因素貢獻(xiàn)的相對大小。以Cr 元素為例，功率的貢獻(xiàn)小于抽吸容量的貢獻(xiàn)，兩個(gè)因素的交互作用的貢獻(xiàn)最小，三者對Cr 釋放量的影響均顯著（P 值＜0.05）；對于Ni 和 Cu 元素，功率＞抽吸容量＞交互作用，且都有顯著影響；對于Pb 元素，抽吸容量的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于功率和交互作用的貢獻(xiàn)，功率和交互作用對Pb 釋放量的影響不顯著。

表2 功率和抽吸容量對氣溶膠中重金屬釋放量方差分析結(jié)果Tab.2 Variance analysis results of effects of device power and puffing volume on heavy metal emissions in aerosols

2.3 功率對氣溶膠中重金屬釋放量的影響

抽吸容量相同時(shí)，不同功率對氣溶膠中重金屬釋放量的影響見圖1。可以看出，抽吸容量為55 mL 時(shí)，氣溶膠中Cr 和Ni 釋放量隨功率升高而增加，Cu 在30 和60 W 時(shí)釋放量基本沒有差異，但在80 W 時(shí)釋放量明顯增加；抽吸容量為75 mL 時(shí)，氣溶膠中Ni 釋放量規(guī)律和55 mL 相同，但Cr 釋放量在 60 和 80 W 時(shí)基本不變，Cu 釋放量在 80 W 時(shí)明顯升高；抽吸容量為85 mL 時(shí)，氣溶膠中Cr 和Cu 釋放量隨功率升高而增加，當(dāng)功率從30 W 增加到60 W 時(shí)Ni 釋放量有明顯升高，在80 W 時(shí)有所降低，Ni 釋放量降低的原因有待進(jìn)一步研究。Zhao 等［14］研究結(jié)果中兩種可填充式霧化器(文獻(xiàn)中編號OD1，可調(diào)功率20、40 和80 W；編號OD2，可調(diào)功率40、120 和 200 W；OD1 的 Ni 釋放量分別為 8、768、277 μg/kg，OD2 的 Ni 釋放量分別為 863、2 491、789 μg/kg)的Ni 釋放趨勢和本研究結(jié)果一致。Pb釋放量在不同功率下都基本保持不變。韓書磊等［16］的研究中，對于可填充式電子煙，加熱絲成分中沒有發(fā)現(xiàn)Pb，而煙液接觸金屬材料中存在Pb，本文中所用的霧化器是其中的一種，故此推測氣溶膠中Pb 可能是由煙液接觸的金屬材料中遷移而來。

圖1 功率對氣溶膠中重金屬釋放量的影響Fig.1 Effects of device power on heavy metal emissions in aerosols

不同功率下氣溶膠中重金屬釋放量差異性分析結(jié)果見表3。功率對氣溶膠中Cr、Ni 和Cu 釋放量均有顯著影響，對Pb 釋放量沒有顯著影響。Zhao 等［14］研究結(jié)果表明：對一種可填充式電子煙霧化器(文獻(xiàn)中編號 OD2)，功率對 Ni、Pb 和 Cu 均無顯著性影響，Cr 在40 和200 W 之間無顯著差異，40 和 120 W 及 120 和 200 W 之間有顯著差異；另一種可填充式電子煙霧化器(文獻(xiàn)中編號OD1)，40 和 80 W 之間對 Cr、Cu 和 Ni 無顯著影響，其他功率之間 4 種元素(Ni、Pb、Cr 和 Cu)均有顯著差異。說明對不同的可填充式電子煙霧化器，功率對氣溶膠中重金屬釋放量影響也不完全相同。

表3 不同功率對氣溶膠中重金屬釋放量LSD 多重比較結(jié)果Tab.3 Multiple comparison results of heavy metal emissions in aerosols at different device powers

2.4 抽吸容量對氣溶膠中重金屬釋放量的影響

功率相同時(shí)，不同抽吸容量對氣溶膠中重金屬釋放量的影響見圖2?？梢钥闯?，當(dāng)電子煙功率在 60 和 80 W 時(shí)，Ni 釋放量高于 Cr、Cu 和 Pb。在30 W 時(shí)，氣溶膠中Cr 元素釋放量隨抽吸容量升高而增加，抽吸容量從 55 mL 到 75 mL 時(shí)，Ni、Cu 和Pb 釋放量基本不變，但85 mL 時(shí)明顯升高；在60 W 時(shí)，Cr、Ni、Cu 和 Pb 釋放量隨抽吸容量的變化規(guī)律和30 W 時(shí)基本一致，但在85 mL 時(shí)Ni 釋放量顯著升高；在80 W 時(shí)，Ni 釋放量隨抽吸容量升高而增加，抽吸容量達(dá)到75 mL 后Cu 釋放量保持不變，Pb 隨抽吸容量升高而略有增加。

隨著功率增加，金屬元素更易溶出。相同功率下，抽吸容量的增加使得溶出的元素更多地轉(zhuǎn)移到氣溶膠中。因此在相同功率下，氣溶膠中各元素釋放量都隨抽吸容量增加呈增加趨勢。電子煙加熱絲以鉻鎳合金為主（Cr 和Ni 分別約占20%和80%，質(zhì)量比），不同可填充式電子煙煙液接觸材料中Cu 元素占比不同（0.55%～63.60%，質(zhì)量比）［16］，推測高抽吸容量有利于加熱絲和煙液接觸材料溶出的Cr、Ni 和Cu 轉(zhuǎn)移到氣溶膠中。由于Pb 元素在加熱絲和煙液接觸材料中占比均較低，所以氣溶膠中Pb 釋放量變化不明顯。

圖2 抽吸容量對氣溶膠中重金屬釋放量的影響Fig.2 Effects of puffing volume on heavy metal emissions in aerosols

不同抽吸容量下氣溶膠中重金屬釋放量差異性分析結(jié)果見表4。抽吸容量對氣溶膠中Cr、Cu和Pb 元素釋放量有顯著影響，抽吸容量低于75 mL 時(shí)對Ni 釋放量影響不顯著，大于75 mL 時(shí)對Ni 釋放量有顯著影響。

表4 不同抽吸容量對氣溶膠中重金屬釋放量LSD 法多重比較結(jié)果Tab.4 Multiple comparison results of heavy metal emissions in aerosols at different puffing volumes

3 結(jié)論

以可填充式電子煙為對象，研究了功率和抽吸容量對電子煙氣溶膠中重金屬釋放量的影響。結(jié)果表明：電子煙氣溶膠中Cr、Ni 和Cu 元素的釋放量隨著功率升高而增加，功率對氣溶膠中Cr、Ni和Cu 元素的釋放量均有顯著影響；不同功率下Pb元素釋放量基本保持不變，功率對氣溶膠中Pb 元素釋放量沒有顯著影響；抽吸容量增加使Cr、Ni和Cu 元素更易轉(zhuǎn)移到氣溶膠中，抽吸容量對氣溶膠中Cr、Cu 和Pb 元素的釋放量均有顯著影響；抽吸容量在75 mL 以下時(shí)，抽吸容量對Ni 釋放量影響不顯著，大于75 mL 時(shí)對Ni 釋放量有顯著影響；功率對氣溶膠中Ni 和Cu 元素釋放量貢獻(xiàn)大于抽吸容量，功率對氣溶膠中Cr 和Pb 元素釋放量貢獻(xiàn)小于抽吸容量。