抽吸參數對電加熱卷煙主流煙氣釋放物的影響

姜興益，李翔宇，朱風鵬，羅彥波，王 菲，張洪非，常 城，閆瑞波，龐永強

1. 國家煙草質量監督檢驗中心，鄭州高新技術產業開發區翠竹街6 號 450001 2. 河南省煙草質量監督檢測站，鄭州市金水區商務外環路15 號煙草大廈 450000

隨著新型煙草制品在全球市場份額的增大，以及世界衛生組織和各締約方對其研究和監管力度的加大，新型煙草制品相關的研究報道越來越多。目前的研究報道主要涉及氣溶膠有害成分釋放量、毒理學、加熱溫度和抽吸模式等方面［1-10］。關于吸煙機抽吸模式和煙氣釋放量的研究主要針對在ISO 和加拿大深度抽吸（HCI）兩種抽吸模式下與常規卷煙煙氣釋放量的對比，而抽吸參數對加熱卷煙釋放物影響的研究鮮見報道。盡管傳統卷煙煙氣的釋放量與抽吸模式的相關性研究［11-14］已有較多的報道，但是其煙氣產生原理與加熱卷煙有較大差異。因此，有必要研究抽吸參數對加熱卷煙釋放量的影響，從而為加熱卷煙抽吸方法的研究提供參考。

本研究中結合ISO、HCI 和CORESTA 推薦的電子煙抽吸模式［15］中的抽吸參數，將抽吸曲線、抽吸間隔、抽吸容量和抽吸持續時間相互組合成不同的抽吸實驗，對電加熱卷煙主流煙氣中煙堿和WHO《煙草制品管制的科學基礎第951 號技術報告》中優先級成分（一氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN、NNK 和苯）的釋放量進行了考察，旨在了解加熱卷煙煙氣釋放特性，為加熱卷煙產品研發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

電加熱卷煙：中心加熱型iQOS（Tobacco Heating Device 2.4），煙支為Marlboro 藍色（原味）；外周加熱型GLO（Model: G003），煙支為Kent（bright tobacco 口味）。

異丙醇中煙堿溶液（9.6 mg/mL，天津阿爾塔科技有限公司）；一氧化碳標準氣體（國家標準氣體研究中心）；甲醛、乙醛、丙烯醛和苯（≥99%，德國Dr.Ehrenstorfer 公司）；N-亞硝基降煙堿（NNN）和4-（甲基亞硝氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）（≥97%，加拿大Toronto 公司）；超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）；液氮和氦氣（99.999%，河南科益氣體股份有限公司）；乙腈和甲醇（色譜純，德國Merck 公司）。

CP224S 電 子 天 平（感 量0.000 1 g，德 國Sartorius 公司）；SB25-12DTD 超聲波清洗機（寧波新芝生物科技股份有限公司）；SM450 型20 通道吸煙機及加熱卷煙分析套件（配套使用以保證樣品抽吸過程的一致性，英國Cerulean公司）；mm劍橋濾片（德國Borgwaldt KC 公司）；Agilent 7890A氣相色譜儀、Agilent 7890A-5975C 氣質聯用儀和Agilent 1200 高效液相色譜儀（配紫外檢測器）（美國Agilent 公司）API4000 三重四極桿質譜儀（美國AB SCIEX 公司）；Q-POD Milli-Q 超純水儀（美國Millipore 公司）；0.45 μm 水相和有機相濾頭（上海安譜科學儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 正交實驗設計

為考察不同抽吸參數對加熱卷煙主流煙氣中煙堿和優先級成分釋放量的影響，選取抽吸曲線、抽吸容量、抽吸持續時間和抽吸間隔4 個影響因素，結合ISO、HCI 和CORESTA 推薦的電子煙抽吸模式，將每個因素設計為2 個水平。其中，抽吸曲線為鐘形（水平1）和矩形（水平2），抽吸容量為35 mL（水平1）和55 mL（水平2），抽吸持續時間為2 s（水平1）和3 s（水平2），抽吸間隔為30 s（水平1）和60 s（水平2）。

1.2.2 iQOS 和GLO 抽吸分析

使用SPSS（18.0）中正交實驗設計把上述因素水平轉化為抽吸參數實驗，見表1。按照表1 的抽吸實驗對iQOS 和GLO 樣品進行抽吸，測試iQOS和GLO 煙氣中煙堿［16］及WHO 優先級成分（一氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN、NNK 和苯［17-20］）的釋放量。其中，當抽吸容量為35 mL 時，抽吸煙支數為5 支；當抽吸容量為55 mL 時，抽吸煙支數為3 支。

表1 正交實驗設計得到的抽吸參數實驗表Tab.1 Puffing parameters obtained from orthogonal experimental design

iQOS 和GLO 加熱裝置的加熱時間分別為6.0 min 和3.5 min，因此，由加熱時間與抽吸間隔可計算抽吸口數：在抽吸間隔為30 s 時，每支iQOS 和GLO 分別抽吸12 口和8 口；在抽吸間隔為60 s 時，每支iQOS 和GLO 分別抽 吸6 口和4 口。

1.2.3 數據處理

使用SPSS18.0 軟件對實驗數據進行統計分析。通過多因素方差分析和多重比較，對不同抽吸參數下的實驗結果進行統計學差異檢驗，并判定P＜0.05 時具有顯著性差異。

2 結果與討論

2.1 iQOS 和GLO 煙氣成分測試結果

根據表1 所示的抽吸實驗，對iQOS 和GLO 進行了抽吸測試，結果見表2。可以看出，一氧化碳的相對標準偏差（RSD）值較大，這可能是由于其釋放量較低所致。由于GLO 煙氣中苯未檢出，因此僅對iQOS 和GLO 煙氣中煙堿、一氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN 和NNK 的單位煙支和單位煙堿釋放量做進一步分析。

表2 iQOS 和GLO 煙氣成分釋放量（n=3）Tab.2 Releases of chemical components in mainstream aerosols of iQOS and GLO（n=3）

2.2 煙氣成分的單位煙支釋放量對比

由圖1 可知：iQOS 煙氣中煙堿、一氧化碳、甲醛、乙醛和丙烯醛的單位煙支釋放量高于GLO 煙氣；iQOS 煙氣中NNN 的單位煙支釋放量低于GLO 煙 氣；抽 吸 容 量 為35 mL 時，iQOS 煙 氣 中NNK 的單位煙支釋放量高于GLO 煙氣，而在抽吸容量為55 mL 時，GLO 煙氣中NNK 的單位煙支釋放量高于iQOS 煙氣；抽吸間隔為30 s 時的煙氣釋放量高于抽吸間隔為60 s 的釋放量。

對于iQOS，抽吸間隔越短，煙氣中煙堿、NNN和NNK 釋放量越高；對于GLO，則是抽吸容量越大煙氣中煙堿、NNN 和NNK 釋放量越高。這可能與兩種加熱裝置的加熱方式相關；抽吸間隔越短，iQOS 和GLO 煙氣中一氧化碳、甲醛、乙醛和丙烯醛釋放量越高。

圖1 iQOS 和GLO 煙氣成分單位煙支釋放量對比Fig.1 Release comparison of chemical components in mainstream aerosols between iQOS and GLO on a per-stick basis

2.3 煙氣成分的單位煙堿釋放量對比

由圖2 可知：GLO 煙氣中甲醛、NNN 和NNK的單位煙堿釋放量高于iQOS 煙氣；對于乙醛和丙烯醛，在抽吸容量為35 mL 時，GLO 煙氣中的單位煙堿釋放量高于iQOS煙氣，而在抽吸容量為55 mL時，iQOS 煙氣中的單位煙堿釋放量高于GLO 煙氣。抽吸實驗2 和6（抽吸容量35 mL、抽吸時間為3 s）中，GLO 煙氣中甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN 和NNK 的單位煙堿釋放量均高于其他抽吸實驗，其中尤以抽吸實驗2（抽吸曲線鐘形、抽吸容量35 mL、抽吸時間3 s、抽吸間隔60 s）中最高。抽吸實驗5中，GLO煙氣中一氧化碳的單位煙堿釋放量最高。

2.4 抽吸參數對煙氣成分釋放量的影響

根據表1 所示的抽吸參數實驗表和表2 所示的數據，進行抽吸參數對煙氣釋放量影響顯著性分析。由于分析對象較多，因此以iQOS 煙氣中的煙堿為例進行詳細說明。結果（表3）表明，iQOS煙氣中煙堿校正模型F為198.637，P值均小于0.05，表明模型具有統計學意義。抽吸曲線、抽吸容量、抽吸持續時間和抽吸間隔對iQOS 煙氣中煙堿釋放量具有顯著影響（P＜0.05）。抽吸參數對iQOS 煙氣中煙堿的影響程度順序為抽吸間隔＞抽吸容量＞抽吸持續時間＞抽吸曲線。

圖2 iQOS 和GLO 煙氣成分單位煙堿釋放量對比Fig.2 Release comparison of chemical components in mainstream aerosols between iQOS and GLO on a per-nicotine basis

表3 iQOS 煙氣中煙堿（因變量）主體間效應檢驗表Tab.3 Interbody effect of nicotine（dependent variable）in mainstream aerosols of iQOS

2.4.1 抽吸參數對iQOS 煙氣成分釋放量的影響

由表4 可知，iQOS 煙氣中煙堿、一氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN、NNK 和苯釋放量校正模型F值 分 別 為3.594、0.430、484.050、6 665.770、41.410、149.483、40.424 和1.053，P值均小于0.05，表明模型具有統計學意義。

iQOS 主流煙氣中煙堿、甲醛、NNN 和NNK 釋放量校正模型P值均小于0.05，說明抽吸曲線、抽吸容量、抽吸持續時間和抽吸間隔對iQOS 煙氣中煙堿釋放量均有顯著影響，其中影響程度依次為抽吸間隔＞抽吸容量＞抽吸持續時間＞抽吸曲線。

對于iQOS 煙氣中乙醛、丙烯醛和苯釋放量校正模型，抽吸容量、抽吸持續時間和抽吸間隔的P值小于0.05，而抽吸曲線的P值大于0.05，說明抽吸容量、抽吸持續時間和抽吸間隔對iQOS 煙氣中乙醛、丙烯醛和苯釋放量有顯著影響，而抽吸曲線的影響不顯著。其中，對于乙醛和丙烯醛，影響程度依次為抽吸間隔＞抽吸容量＞抽吸持續時間；對于苯，影響程度依次為抽吸容量＞抽吸間隔＞抽吸持續時間。

對于iQOS 煙氣中一氧化碳釋放量校正模型，抽吸曲線和抽吸間隔的P值小于0.05，而抽吸容量和抽吸持續時間的P值大于0.05，說明抽吸曲線和抽吸間隔對iQOS 主流煙氣中一氧化碳釋放量有顯著影響，而抽吸容量和抽吸持續時間的影響不顯著。其中，影響程度依次為抽吸間隔＞抽吸曲線。

2.4.2 抽吸參數對GLO 煙氣成分釋放量的影響

由于GLO 煙氣中苯未檢出，故未對其進行統計分析。由表5 可知：GLO 煙氣中一氧化碳和乙醛的校正模型F值分別為0.031 和1 742.608，P值均小于0.05，表明模型具有統計學意義；煙堿、甲醛、丙烯醛、NNN 和NNK 的校正模型F值分別為0.254、6.966、0.124、20.394 和35.444，P值均大于0.05，表明模型不具有統計學意義。因此，僅對GLO 煙氣中的一氧化碳和乙醛進行分析。

表4 抽吸參數對iQOS 煙氣成分釋放量（因變量）的影響程度分析Tab.4 Effects of puff parameters on releases（dependent variable）of mainstream aerosol components of iQOS

對于GLO 煙氣中一氧化碳釋放量校正模型，抽吸持續時間和抽吸間隔的P值小于0.05，而抽吸曲線和抽吸容量的P值大于0.05，說明抽吸持續時間和抽吸間隔對GLO 煙氣中一氧化碳釋放量有顯著影響，抽吸曲線和抽吸容量的影響不顯著。其中，影響程度依次為抽吸持續時間＞抽吸間隔。

表5 抽吸參數對GLO 煙氣成分釋放量（因變量）的影響程度分析Tab.5 Effects of puff parameters on releases（dependent variable）of mainstream aerosol components of GLO

對于GLO 煙氣中乙醛釋放量校正模型，抽吸間隔和抽吸容量的P值小于0.05，而抽吸持續時間和抽吸曲線的P值大于0.05，說明抽吸間隔和抽吸容量對GLO 煙氣中乙醛釋放量有顯著影響，而抽吸持續時間和抽吸曲線的影響不顯著。其中，影響程度依次為抽吸間隔＞抽吸容量。

3 結論

以抽吸曲線、抽吸容量、抽吸持續時間和抽吸間隔為變量，在不同抽吸參數組合的抽吸實驗條件下，研究了電加熱卷煙iQOS 和GLO 主流煙氣中煙堿和優先級成分釋放量的差異，以及抽吸參數對主流煙氣釋放量的影響程度。結果表明：①iQOS 煙氣中煙堿、一氧化碳、甲醛、乙醛和丙烯醛的單位煙支釋放量高于GLO 煙氣，但NNN 和NNK 則是GLO 煙氣中的釋放量較高；iQOS 煙氣中煙堿的單位煙支釋放量隨著抽吸間隔的減小而增加，GLO 煙氣中煙堿的單位煙支釋放量隨著抽吸容量的增大而增加。②GLO 煙氣中甲醛、NNN和NNK 的單位煙堿釋放量高于iQOS 煙氣；GLO煙氣中甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN 和NNK 的單位煙堿釋放量隨著抽吸容量的減小而增加。③抽吸間隔對iQOS 主流煙氣中所有成分的影響程度最大，其中煙堿、甲醛、NNN 和NNK 釋放量的影響程度依次為抽吸間隔＞抽吸容量＞抽吸持續時間＞抽吸曲線；抽吸參數僅對GLO 主流煙氣中一氧化碳和乙醛有顯著影響。