Ein Protokoll zur Erkennung und Scavenging Gas-Phase Free Radicals in Mainstream Cigarette Smoke

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Menge an freien Radikalen im Hauptstrom von Tabakrauch zu messen und die Radikalfängerkapazität mehrerer Antioxidantien zu bewerten. Dies wird erreicht, indem zunächst Filter hergestellt werden, die verschiedene unterschiedliche Fänger-Verbindungen sowie Kontrollen ohne Fänger-Filter enthalten. Anschließend erfolgt eine Rauchsimulation mit dem Rauch von Forschungszigaretten, der durch eine Spin-Falle-Lösung geleitet wird.

Die Elektronenspinresonanz, abgekürzt ESR, wird anschließend verwendet, um Spektren eingefangener Radikale sowie von Referenzproben aufzuzeichnen. Die erhaltenen ESR-Spektren werden dann einer routinemäßigen Analyse unterzogen, um das Signal der eingefangenen Radikale in der Gasphase vom Hintergrund zu trennen und die Radikalkonzentration mithilfe einer Referenzprobe zu quantifizieren. Schließlich liefern die Ergebnisse quantitative Informationen zum Gehalt an freien Radikalen im Hauptstrom von Zigarettenrauch sowie Abschätzungen der Radikalfängerkapazität natürlicher Antioxidantien durch die ESR-Spektroskopie mit Spin-Falle.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber den bestehenden Methoden der Tabakrauchanalyse, wie der Gaschromatographie, liegt darin, dass die ESR spezifisch empfindlich gegenüber freien Radikalen ist. Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technik können helfen, die schädlichen Wirkungen von Tabakrauch zu verringern, da Theoreticals eine bedeutende Gruppe von Karzinogenen darstellt. Diese Methode ermöglicht Einblicke in das Studium freier Radikale im Dichtungsdichtungsrauch und kann auch auf andere Systeme angewandt werden, wie beispielsweise industrielle Rauchabgase und Smacked. Das Nationale Biomedizinische Forschungszentrum für Elektronenspinresonanz-Technologie, auch bekannt als cert, ist eine Weiterentwicklung unserer umfangreichen Erfahrung in der Entwicklung moderner ESR-Technologie.

Für Forscher, die auf dem Gebiet der Elektronenspinresonanz arbeiten, bieten wir eine breite Palette an Dienstleistungen für sie und die biomedizinische Gemeinschaft an. Unsere Einrichtungen stellen wir regelmäßig zur Verfügung, um Antioxidantien in den Zigarettenfilter einzubringen. Lösen Sie zunächst die Antioxidantien, Pycnogenol und Traubenextrakt in 95 %igem Ethanol und lösen Sie Lycopin in Aceton.

Passt die Lösungsmittelvolumina je nach der Löslichkeit der Antioxidantien an. Anschließend werden die gelösten Antioxidantien unter anaeroben Bedingungen etwa 12 Stunden lang mit Aktivkohle unter Rühren vermischt. Die anaeroben Bedingungen werden erreicht, indem Argon durch die Mischung gebubbelt wird, während gerührt wird.

Nach der Inkubation die Lösung filtrieren und unter Vakuum trocknen. Anschließend die Antioxidantien und die Kohle in einen herkömmlichen Acetatfilter einbringen, indem der Filter zunächst in zwei Stücke geschnitten wird. Die beschichteten pflanzlichen Antioxidantien zwischen zwei Teile des Filters legen, um ein Filter-Antioxidantien-Filter-Sandwich zu bilden, und dieses anschließend in den Zigarettenpapierzylinder zurückeinsetzen.

Bereiten Sie den Kontrollfilter auf dieselbe Weise wie den Antioxidans-Filter vor, fügen Sie jedoch vor dem Versuchsaufbau kein Antioxidans hinzu. Die Forschungszigaretten sollten ausgepackt und mindestens zwei Tage lang in einer Umgebung mit konstanter Luftfeuchtigkeit mittels einer gesättigten Natriumbromidlösung aufbewahrt werden. Entnehmen Sie die Zigarettenstängel, die Tabak enthalten, und befestigen Sie sie am kombinierten Filter.

Führen Sie die Rauchsimulation für die Routineanalyse bei Umgebungstemperatur mit einem Einzelport-Rauchgerät durch, das aus einem Wasserstrahlpumpe oder Vakuumpumpe beziehungsweise Luftkompressor besteht, der über eine T-Verbindung mit einem offenen Ende mit der Spin-Fängereinheit verbunden ist. Überprüfen Sie den Gasfluss mit einem Durchflussmesser und stellen Sie ihn durch Einstellung eines Ventils zwischen Pumpe und Abluft auf etwa 2,2 Standardkubikfuß pro Stunde ein. Rauchen Sie die Versuchszigaretten mit einem intensiven Zugvolumen von 35 Milliliter über eine Dauer von zwei Sekunden und wiederholen Sie dies alle 60 Sekunden.

Das offene Ende der Rauchvorrichtung sollte zum Ausführen von Zügen verstopft und zwischen den Zügen offen gelassen werden. Während das Ende entstopft ist, entsteht kaum Zug durch die Zigarette, was den Bedingungen zwischen den Zügen entspricht. Führen Sie 10 intensive Züge pro Zigarette durch, wobei gasförmige freie Radikale gesammelt werden, indem der Hauptstrom des Zigarettenrauchs durch ein Cambridge-Filterpäckchen geleitet und anschließend in die Spin-Fängelösung eingeleitet wird.

Die flüssigstickstoffgekühlte Falle entfernt Wasserdampf aus dem Hauptstromrauch, beeinflusst jedoch die Radikale in der Gasphase nicht wesentlich. Nach dem letzten Zug wird eine Aliquot des durchblasenden Fangmediums in ein etwa 25 cm langes Glasröhrchen mit einem inneren Durchmesser von drei Millimetern überführt. Da Sauerstoff die ESR-Spektren verbreitert und die Empfindlichkeit der Methode verringert, wird die Lösung mittels der Gefrier-Pumpen-Auftau-Methode deoxygeniert, indem das Röhrchen zunächst in flüssigen Stickstoff getaucht, die Lösung anschließend mit einer Ölpumpe evakuiert und danach unter Argon aufgetaut wird.

Wiederholen Sie diese Gefrierpumpentau-Methode mehrmals. Verschließen Sie danach das Röhrchen unter Vakuum. Das Röhrchen ist nun bereit.

Notieren Sie für weitere ESR-Messungen X-Band-ESR-Spektren an einem Bruker-EMX-Spektrometer bei einer Frequenz von 9,34 Gigahertz. Unter Standardbedingungen beachten Sie den schriftlichen Protokolltext mit den typischen Einstellungen des Spektrometers. Führen Sie für diese Experimente 25 ESR-Akkumulationen durch, was typischerweise etwa 20 Minuten dauert.

Obwohl die Spin-Falle-Addukte unter den experimentellen Bedingungen nach 12 Stunden relativ stabil sind, nahm die Intensität der ESR-Signale in Benzollösung um einen Faktor fünf ab. Um die Konzentration des Falle-Addukts zu quantifizieren, integrieren Sie das anfängliche ESR-Spektrum der ersten Ableitung. Das resultierende Absorptionsspektrum zeigt eine breite Singulett-Untergrundlinie, die höchstwahrscheinlich auf Ruß- und Teerprodukte zurückzuführen ist, die in dem Rauch enthalten sind.

Nach Subtraktion dieses Hintergrunds integrieren Sie das getrennte Triplett des Fangaddukts, um erneut die Konzentration der freien Radikale zu ermitteln. Die Werte der Doppelintegrale für die Spin-Fang-Lösung werden mit denen einer Lösung eines Nitroxyl-Radikals (Tempo) mit bekannter Konzentration aus dem hier dargestellten Experiment sowie mit zusätzlichen Berechnungen aus dem schriftlichen Protokoll verglichen.

Eine Konzentration freier Radikale in der Gasphase des Hauptstroms von Zigarettenrauch von etwa 7,1 × 10⁻⁹ mol/l wurde ermittelt. Daraus wurde bestimmt, dass die Gesamtanzahl der aus der Gasphase einer ganzen Zigarette gefangenen Radikale etwa 1,5 × 10¹⁵ beträgt. Während dieses Experiments führten anfängliche Messungen aufgrund der Feuchtigkeit im Rauchstrom zu schwachen ESR-Signalen und geringer Reproduzierbarkeit.

Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Flüssigstickstoff-Falle zwischen dem Cambridge-Filter und der Spin-Falle-Lösung an der Rauchsimulationsvorrichtung angebracht. Die Flüssigstickstoff-Falle entfernte Wasser aus dem Hauptstrom des Zigarettenrauchs, indem es dieses durch schnelles Einfrieren an der Innenwand des Glasrohrs festhielt. Dadurch wurden die ESR-Signale erheblich verbessert und hochgradig reproduzierbare Ergebnisse ermöglicht.

Es wurden unterschiedliche Stufen der Abfangwirkung pflanzlicher Antioxidantien gegenüber gasförmigen freien Radikalen im Hauptstrom von Zigarettenrauch beobachtet, und ihre Abfangraten werden dargestellt. Lycopin und Traubenkernextrakt wiesen die höchsten Raten auf, während für Pycnogenol eine niedrigere Rate beobachtet wurde. Sobald die Methode beherrscht ist, kann sie bei korrekter Durchführung in weniger als einer Stunde durchgeführt werden.

Wenn der Versuch durchgeführt wird, ist es wichtig, den Rauch durch eine Flüssigstickstofffalle zu leiten. Dies verbessert die Qualität der SR-Spektren und die Reproduzierbarkeit nach der Entwicklung. Die Technik half Forschern im Gesundheits- und Umweltbereich dabei, das Vorkommen gesundheitsgefährdender freier Radikale in verschiedenen flüchtigen Verbindungen zu untersuchen und zu bewerten.

Nachdem Sie sich das Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Freie Radikale im Hauptstrom von Tabakrauch quantifiziert, um die schädlichen Wirkungen des Rauchens zu verringern.