Py—GC/MS研究霧化溫度對電子煙油霧化主產物的影響

摘要：為探索霧化溫度對電子煙油霧化主產物的影響，測量了15種可充電電子煙的霧化溫度等參數，利用熱裂解儀模擬霧化器，在線氣相色譜-質譜法分析考察了霧化溫度改變對電子煙煙油霧化主產物的影響。結果表明，15種電子煙霧化溫度范圍為78～288 ℃，相差210 ℃；煙油在霧化過程中可以釋放出1，2-丙二醇、甘油和煙堿，這3種物質組成了電子煙煙油霧化后的主要產物，三者含量之和在80、150、250、300、500和900 ℃霧化條件中分別占總量的99.66%、96.66%、99.53%、99.35%、97.25%和98.92%；霧化溫度80 ℃時煙油霧化產物中未發現甘油，而且隨著溫度升高一直是1，2-丙二醇的相對含量高于甘油，直至霧化溫度達到900 ℃時甘油的相對含量高于1，2-丙二醇。

關鍵詞：霧化溫度；熱裂解-氣相色譜/質譜聯用；電子煙油；主產物

中圖分類號：TS485；O657.62 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）15-3988-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.15.047

Abstract： For exploring the effects of atomization temperature on major products of electronic cigarette liquids， the main parameters of 15 kinds of rechargeable electronic cigarettes were measured，and Py-GC/MS were applied to analyze the effects of atomization temperature variation on major products of electronic cigarette liquids. Results indicated that：①The atomization temperature of 15 kinds of rechargeable electronic cigarettes were ranged from 78 ℃ to 288 ℃， the difference was 210 ℃ between the highest and lowest temperature. ②Propylene glycol， glycerin and nicotine were released from electronic cigarette liquids in the atomization process and constituted three major products after the atomization，total relative content of these three products were 99.66%，96.66%，99.53%，99.35%，97.25% and 98.92% under atomization temperature of 80，150，250，300， 500 and 900 ℃，respectively. ③Glycerin wasn't found in atomization products at atomization temperature of 80 ℃. With the increase of temperature，the relative content of propylene glycol was always higher than glycerin，but it was reversed at atomization temperature of 900 ℃.

Key words： atomization temperature； Py-GC/MS； electronic cigarette liquids； major products

電子煙由煙彈、霧化器和電池三部分構成，霧化器中的導油繩將煙彈中儲存的煙油引入霧化器的加熱絲上。電子煙檢測到用戶吸煙時，觸發信號送至控制電路，連通電池，驅動加熱絲加熱霧化煙油產生煙氣[1，2]，因不釋放焦油而成為越來越受關注的燃燒性紙煙替代品。電子煙的各種物理參數決定了其霧化煙油性能，在加熱絲加熱霧化煙油時，直接作用于煙油的加熱絲溫度可能會對煙油霧化后的煙氣產生一定的影響。國內關于加熱霧化溫度對電子煙煙油霧化主產物含量的影響報道極少，本研究對市售的15種電子煙（可充電）主要物理參數進行了測定。

熱裂解氣相色譜質譜（Py-GC/MS）聯用技術是利用熱裂解裝置中的加熱絲控制溫度將樣品蒸發、熱裂解釋放出來，再由氣相色譜-質譜進行組分分離鑒定，測定各組分含量的一種技術方法。本研究利用熱裂解裝置模擬電子煙霧化溫度，通過氣相色譜-質譜檢測不同霧化溫度下的釋放產物，得到電子煙煙氣組成成分的資料，為電子煙煙油與霧化溫度的設計提供指導數據。

1 材料與方法

1.1 材料

15種電子煙（可充電）和煙油樣品2014年10月購于淘寶，煙油標注為含有煙堿的煙草味煙油。

AL204型電子天平（梅特勒）；K型熱電偶（國際標準鎳鉻-鎳硅K型熱電偶）；UT33C型數字萬用表[優利德科技（中國）有限公司]；Pyroprobe 5200型熱裂解儀（美國CDS公司）；7890A/5975C型氣相色譜-質譜聯用儀（美國Agilent公司），NIST 11標準質譜數據庫。

1.2 方法

1.2.1 電子煙樣品主要物理參數的測量 利用電子天平稱量電子煙及各部分質量；加熱絲霧化溫度測量采用熱電偶直接測量的方法，以K型熱電偶為測溫元件，連接數字萬用表，將熱電偶插入電子煙霧化管道中，接觸加熱絲，手動導通電子煙電路3 s，記錄萬用表顯示的最高測量溫度。解剖電子煙煙彈露出加熱絲，利用數字萬用表測量加熱絲電阻。

1.2.2 熱裂解方法 熱裂解氛圍為21%氧氣，裂解爐壓力為1.03×106 Pa，裂解室溫度為80、150、250、300、500和900 ℃。將10 mg煙草味煙油裝入專用石英管中，置于熱裂解儀裂解頭的加熱絲中，以 5 ℃/ms 的速度升到各設定溫度加熱20 s，將各溫度條件下釋放的產物直接導入氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）中進行測定。

1.2.3 GC-MS工作條件 氣相色譜條件：色譜柱為Supelco VOCOL（60 m×0.32 mm×1.8 μm）；載氣He，流量為l.5 mL/min；分流比為50∶1；升溫程序，00 ℃停留1 min，以15 ℃/min升至240 ℃，停留20 min；進樣口溫度240 ℃。質譜條件EI 離子源，電子能量70 eV；質量掃描范圍35～550 amu；傳輸線溫度240 ℃；離子源溫度230 ℃。用NIST 11標準質譜庫定性分析。定量分析采用面積歸一化法。

2 結果與分析

2.1 電子煙樣品主要物理參數的測量

15種電子煙（可充電）主要物理參數的測量結果表明，15種電子煙（可充電）主要物理參數存有明顯差別。如表1所示，15種電子煙整支質量差別較大，最重的約為最輕的2倍，質量最大的是易星，最小的是KAREE。15種電子煙電池質量差別也較大，最大的約為最小的2.6倍，質量最大的是朗盛，其次是易星，最小的是KAREE。15種電子煙霧化器最重的約為最輕的2.2倍，最重的是7.51 g的康誠一品2，最輕的是3.41 g的KAREE。15種電子煙電池容量120～300 mAh，最高的是朗盛，最低的是KAREE。15種電子煙加熱絲電阻2.45～4.82 Ω，最大的是葆威，最小的是康誠一品2。15種電子煙霧化溫度78～288 ℃，最高的是朗盛，最低的是天美達，兩者相差210 ℃。通過測量可以了解到電子煙的這些物理參數，得到電子煙基本情況。

2.2 霧化溫度對電子煙煙氣霧化主產物的影響分析

電子煙煙油由溶劑油、水、煙堿和少量的香精香料等組成[3]。1，2-丙二醇和丙三醇常被用作電子煙煙油的溶劑油[4]。煙堿是煙草中特有物質之一，電子煙為模擬卷煙的吸味和滿足吸煙者的生理需求，常常在溶劑油中加入不同比例的煙堿[5]。為研究霧化溫度對電子煙煙油霧化主產物的影響，采用熱裂解儀模擬電子煙霧化器，參考表1中電子煙霧化溫度和卷煙熱解蒸餾區（大約在200～900 ℃）的溫度范圍[6]。圖1為80、150、250、300、500和900 ℃霧化下煙油霧化產物的總離子流圖（TIC圖）。

用NIST 11標準質譜數據庫，對煙油在80、150、250、300、500和900 ℃下的揮發性霧化主產物進行定性分析，并按峰面積歸一法得到揮發性霧化主產物的百分含量，結果如表2所示。

由表1可以看出，煙油在霧化過程中可以釋放出1，2-丙二醇、甘油和煙堿，這3種物質組成了電子煙煙油霧化后的主要產物，三者含量之和在80、150、250、300、500和900 ℃霧化條件中分別占總量的99.66%、96.66%、99.53%、99.35%、97.25%和98.92%。隨著霧化溫度的升高到500 ℃，1，2-丙二醇和甘油的相對含量發生了十分明顯的變化，但都是1，2-丙二醇的相對含量高于甘油，80 ℃時1，2-丙二醇含量最高，并且未發現甘油。當900 ℃時甘油的相對含量高于1，2-丙二醇。甘油做溶劑比較甜，讓人容易膩，但煙霧增大。隨著霧化溫度的升高到250 ℃，煙堿的相對含量逐漸增加，之后變化不大。1，2-丙二醇無味，擊喉感比較強，通過調節它們的比例可以實現在甜度、擊喉感和蒸氣密度方面的平衡。但從結果看，換了不同霧化溫度的電子煙，這種平衡就會被打破。

3 結論

采用Py-GC/MS模擬霧化過程，在不同溫度（80、150、250、300、500和900 ℃）下對電子煙的煙油加熱霧化。霧化溫度對煙油霧化主產物及相對含量都有很大影響。80 ℃時煙油霧化產物中未發現甘油，而且都是1，2-丙二醇的相對含量高于甘油，而霧化溫度900 ℃時甘油的相對含量高于1，2-丙二醇。本研究對分析和預測電子煙煙氣產物、優化設計電子煙參數、調節電子煙霧化溫度，有一定的指導意義。

參考文獻：

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[3] 趙浩達，王夢縈，歐姝媚，等.無害電子煙煙液的配制[J].化學工程師，2012（11）：58-60.

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[6] 韓書磊，陳 歡，劉 彤，等.煙用香料無花果提取物的熱裂解產物研究[J].光譜實驗室，2006，23（6）：1288-1291.