抽吸参数对电加热卷烟主流烟气释放物的影响

姜兴益，李翔宇，朱风鹏，罗彦波，王 菲，张洪非，常 城，闫瑞波，庞永强

1. 国家烟草质量监督检验中心，郑州高新技术产业开发区翠竹街6 号 450001 2. 河南省烟草质量监督检测站，郑州市金水区商务外环路15 号烟草大厦 450000

随着新型烟草制品在全球市场份额的增大，以及世界卫生组织和各缔约方对其研究和监管力度的加大，新型烟草制品相关的研究报道越来越多。目前的研究报道主要涉及气溶胶有害成分释放量、毒理学、加热温度和抽吸模式等方面［1-10］。关于吸烟机抽吸模式和烟气释放量的研究主要针对在ISO 和加拿大深度抽吸（HCI）两种抽吸模式下与常规卷烟烟气释放量的对比，而抽吸参数对加热卷烟释放物影响的研究鲜见报道。尽管传统卷烟烟气的释放量与抽吸模式的相关性研究［11-14］已有较多的报道，但是其烟气产生原理与加热卷烟有较大差异。因此，有必要研究抽吸参数对加热卷烟释放量的影响，从而为加热卷烟抽吸方法的研究提供参考。

本研究中结合ISO、HCI 和CORESTA 推荐的电子烟抽吸模式［15］中的抽吸参数，将抽吸曲线、抽吸间隔、抽吸容量和抽吸持续时间相互组合成不同的抽吸实验，对电加热卷烟主流烟气中烟碱和WHO《烟草制品管制的科学基础第951 号技术报告》中优先级成分（一氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN、NNK 和苯）的释放量进行了考察，旨在了解加热卷烟烟气释放特性，为加热卷烟产品研发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

电加热卷烟：中心加热型iQOS（Tobacco Heating Device 2.4），烟支为Marlboro 蓝色（原味）；外周加热型GLO（Model: G003），烟支为Kent（bright tobacco 口味）。

异丙醇中烟碱溶液（9.6 mg/mL，天津阿尔塔科技有限公司）；一氧化碳标准气体（国家标准气体研究中心）；甲醛、乙醛、丙烯醛和苯（≥99%，德国Dr.Ehrenstorfer 公司）；N-亚硝基降烟碱（NNN）和4-（甲基亚硝氨基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）（≥97%，加拿大Toronto 公司）；超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）；液氮和氦气（99.999%，河南科益气体股份有限公司）；乙腈和甲醇（色谱纯，德国Merck 公司）。

CP224S 电 子 天 平（感 量0.000 1 g，德 国Sartorius 公司）；SB25-12DTD 超声波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）；SM450 型20 通道吸烟机及加热卷烟分析套件（配套使用以保证样品抽吸过程的一致性，英国Cerulean公司）；mm剑桥滤片（德国Borgwaldt KC 公司）；Agilent 7890A气相色谱仪、Agilent 7890A-5975C 气质联用仪和Agilent 1200 高效液相色谱仪（配紫外检测器）（美国Agilent 公司）API4000 三重四极杆质谱仪（美国AB SCIEX 公司）；Q-POD Milli-Q 超纯水仪（美国Millipore 公司）；0.45 μm 水相和有机相滤头（上海安谱科学仪器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 正交实验设计

为考察不同抽吸参数对加热卷烟主流烟气中烟碱和优先级成分释放量的影响，选取抽吸曲线、抽吸容量、抽吸持续时间和抽吸间隔4 个影响因素，结合ISO、HCI 和CORESTA 推荐的电子烟抽吸模式，将每个因素设计为2 个水平。其中，抽吸曲线为钟形（水平1）和矩形（水平2），抽吸容量为35 mL（水平1）和55 mL（水平2），抽吸持续时间为2 s（水平1）和3 s（水平2），抽吸间隔为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）中正交实验设计把上述因素水平转化为抽吸参数实验，见表1。按照表1 的抽吸实验对iQOS 和GLO 样品进行抽吸，测试iQOS和GLO 烟气中烟碱［16］及WHO 优先级成分（一氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN、NNK 和苯［17-20］）的释放量。其中，当抽吸容量为35 mL 时，抽吸烟支数为5 支；当抽吸容量为55 mL 时，抽吸烟支数为3 支。

表1 正交实验设计得到的抽吸参数实验表Tab.1 Puffing parameters obtained from orthogonal experimental design

iQOS 和GLO 加热装置的加热时间分别为6.0 min 和3.5 min，因此，由加热时间与抽吸间隔可计算抽吸口数：在抽吸间隔为30 s 时，每支iQOS 和GLO 分别抽吸12 口和8 口；在抽吸间隔为60 s 时，每支iQOS 和GLO 分别抽 吸6 口和4 口。

1.2.3 数据处理

使用SPSS18.0 软件对实验数据进行统计分析。通过多因素方差分析和多重比较，对不同抽吸参数下的实验结果进行统计学差异检验，并判定P＜0.05 时具有显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 iQOS 和GLO 烟气成分测试结果

根据表1 所示的抽吸实验，对iQOS 和GLO 进行了抽吸测试，结果见表2。可以看出，一氧化碳的相对标准偏差（RSD）值较大，这可能是由于其释放量较低所致。由于GLO 烟气中苯未检出，因此仅对iQOS 和GLO 烟气中烟碱、一氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN 和NNK 的单位烟支和单位烟碱释放量做进一步分析。

表2 iQOS 和GLO 烟气成分释放量（n=3）Tab.2 Releases of chemical components in mainstream aerosols of iQOS and GLO（n=3）

2.2 烟气成分的单位烟支释放量对比

由图1 可知：iQOS 烟气中烟碱、一氧化碳、甲醛、乙醛和丙烯醛的单位烟支释放量高于GLO 烟气；iQOS 烟气中NNN 的单位烟支释放量低于GLO 烟 气；抽 吸 容 量 为35 mL 时，iQOS 烟 气 中NNK 的单位烟支释放量高于GLO 烟气，而在抽吸容量为55 mL 时，GLO 烟气中NNK 的单位烟支释放量高于iQOS 烟气；抽吸间隔为30 s 时的烟气释放量高于抽吸间隔为60 s 的释放量。

对于iQOS，抽吸间隔越短，烟气中烟碱、NNN和NNK 释放量越高；对于GLO，则是抽吸容量越大烟气中烟碱、NNN 和NNK 释放量越高。这可能与两种加热装置的加热方式相关；抽吸间隔越短，iQOS 和GLO 烟气中一氧化碳、甲醛、乙醛和丙烯醛释放量越高。

图1 iQOS 和GLO 烟气成分单位烟支释放量对比Fig.1 Release comparison of chemical components in mainstream aerosols between iQOS and GLO on a per-stick basis

2.3 烟气成分的单位烟碱释放量对比

由图2 可知：GLO 烟气中甲醛、NNN 和NNK的单位烟碱释放量高于iQOS 烟气；对于乙醛和丙烯醛，在抽吸容量为35 mL 时，GLO 烟气中的单位烟碱释放量高于iQOS烟气，而在抽吸容量为55 mL时，iQOS 烟气中的单位烟碱释放量高于GLO 烟气。抽吸实验2 和6（抽吸容量35 mL、抽吸时间为3 s）中，GLO 烟气中甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN 和NNK 的单位烟碱释放量均高于其他抽吸实验，其中尤以抽吸实验2（抽吸曲线钟形、抽吸容量35 mL、抽吸时间3 s、抽吸间隔60 s）中最高。抽吸实验5中，GLO烟气中一氧化碳的单位烟碱释放量最高。

2.4 抽吸参数对烟气成分释放量的影响

根据表1 所示的抽吸参数实验表和表2 所示的数据，进行抽吸参数对烟气释放量影响显著性分析。由于分析对象较多，因此以iQOS 烟气中的烟碱为例进行详细说明。结果（表3）表明，iQOS烟气中烟碱校正模型F为198.637，P值均小于0.05，表明模型具有统计学意义。抽吸曲线、抽吸容量、抽吸持续时间和抽吸间隔对iQOS 烟气中烟碱释放量具有显著影响（P＜0.05）。抽吸参数对iQOS 烟气中烟碱的影响程度顺序为抽吸间隔＞抽吸容量＞抽吸持续时间＞抽吸曲线。

图2 iQOS 和GLO 烟气成分单位烟碱释放量对比Fig.2 Release comparison of chemical components in mainstream aerosols between iQOS and GLO on a per-nicotine basis

表3 iQOS 烟气中烟碱（因变量）主体间效应检验表Tab.3 Interbody effect of nicotine（dependent variable）in mainstream aerosols of iQOS

2.4.1 抽吸参数对iQOS 烟气成分释放量的影响

由表4 可知，iQOS 烟气中烟碱、一氧化碳、甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN、NNK 和苯释放量校正模型F值 分 别 为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，表明模型具有统计学意义。

iQOS 主流烟气中烟碱、甲醛、NNN 和NNK 释放量校正模型P值均小于0.05，说明抽吸曲线、抽吸容量、抽吸持续时间和抽吸间隔对iQOS 烟气中烟碱释放量均有显著影响，其中影响程度依次为抽吸间隔＞抽吸容量＞抽吸持续时间＞抽吸曲线。

对于iQOS 烟气中乙醛、丙烯醛和苯释放量校正模型，抽吸容量、抽吸持续时间和抽吸间隔的P值小于0.05，而抽吸曲线的P值大于0.05，说明抽吸容量、抽吸持续时间和抽吸间隔对iQOS 烟气中乙醛、丙烯醛和苯释放量有显著影响，而抽吸曲线的影响不显著。其中，对于乙醛和丙烯醛，影响程度依次为抽吸间隔＞抽吸容量＞抽吸持续时间；对于苯，影响程度依次为抽吸容量＞抽吸间隔＞抽吸持续时间。

对于iQOS 烟气中一氧化碳释放量校正模型，抽吸曲线和抽吸间隔的P值小于0.05，而抽吸容量和抽吸持续时间的P值大于0.05，说明抽吸曲线和抽吸间隔对iQOS 主流烟气中一氧化碳释放量有显著影响，而抽吸容量和抽吸持续时间的影响不显著。其中，影响程度依次为抽吸间隔＞抽吸曲线。

2.4.2 抽吸参数对GLO 烟气成分释放量的影响

由于GLO 烟气中苯未检出，故未对其进行统计分析。由表5 可知：GLO 烟气中一氧化碳和乙醛的校正模型F值分别为0.031 和1 742.608，P值均小于0.05，表明模型具有统计学意义；烟碱、甲醛、丙烯醛、NNN 和NNK 的校正模型F值分别为0.254、6.966、0.124、20.394 和35.444，P值均大于0.05，表明模型不具有统计学意义。因此，仅对GLO 烟气中的一氧化碳和乙醛进行分析。

表4 抽吸参数对iQOS 烟气成分释放量（因变量）的影响程度分析Tab.4 Effects of puff parameters on releases（dependent variable）of mainstream aerosol components of iQOS

对于GLO 烟气中一氧化碳释放量校正模型，抽吸持续时间和抽吸间隔的P值小于0.05，而抽吸曲线和抽吸容量的P值大于0.05，说明抽吸持续时间和抽吸间隔对GLO 烟气中一氧化碳释放量有显著影响，抽吸曲线和抽吸容量的影响不显著。其中，影响程度依次为抽吸持续时间＞抽吸间隔。

表5 抽吸参数对GLO 烟气成分释放量（因变量）的影响程度分析Tab.5 Effects of puff parameters on releases（dependent variable）of mainstream aerosol components of GLO

对于GLO 烟气中乙醛释放量校正模型，抽吸间隔和抽吸容量的P值小于0.05，而抽吸持续时间和抽吸曲线的P值大于0.05，说明抽吸间隔和抽吸容量对GLO 烟气中乙醛释放量有显著影响，而抽吸持续时间和抽吸曲线的影响不显著。其中，影响程度依次为抽吸间隔＞抽吸容量。

3 结论

以抽吸曲线、抽吸容量、抽吸持续时间和抽吸间隔为变量，在不同抽吸参数组合的抽吸实验条件下，研究了电加热卷烟iQOS 和GLO 主流烟气中烟碱和优先级成分释放量的差异，以及抽吸参数对主流烟气释放量的影响程度。结果表明：①iQOS 烟气中烟碱、一氧化碳、甲醛、乙醛和丙烯醛的单位烟支释放量高于GLO 烟气，但NNN 和NNK 则是GLO 烟气中的释放量较高；iQOS 烟气中烟碱的单位烟支释放量随着抽吸间隔的减小而增加，GLO 烟气中烟碱的单位烟支释放量随着抽吸容量的增大而增加。②GLO 烟气中甲醛、NNN和NNK 的单位烟碱释放量高于iQOS 烟气；GLO烟气中甲醛、乙醛、丙烯醛、NNN 和NNK 的单位烟碱释放量随着抽吸容量的减小而增加。③抽吸间隔对iQOS 主流烟气中所有成分的影响程度最大，其中烟碱、甲醛、NNN 和NNK 释放量的影响程度依次为抽吸间隔＞抽吸容量＞抽吸持续时间＞抽吸曲线；抽吸参数仅对GLO 主流烟气中一氧化碳和乙醛有显著影响。