Einsatz des Kapillaraerosolgenerators bei der kontinuierlichen Produktion von kontrolliertem Aerosol für nicht-klinische Studien

Das CAG ist nützlich für die kontinuierliche und wiederholbare thermische Erzeugung von Aerosolen in großen Mengen, z. B. für in-vivo inhalationstoxikologische Studien, bei denen die Verwendung von Konsumgütern oder Inhalationsgeräten nicht möglich ist. Die Verwendung des CAG ermöglicht es Experimentatoren, die Faktoren, die die Chemie und die physikalischen Eigenschaften von Aerosolpartikeln beeinflussen, wie Temperatur, Flüssigkeitszusammensetzung, Flüssigkeitsdurchflussraten und Luftströmungen, präzise zu kontrollieren. Die Flüssigkeit im CAG wird verdampft, wodurch übersättigte Dämpfe entstehen, die in Kontakt mit dem Luftstrom sofort abkühlen, eine homogene Keimbildung und anschließend Kondensationsprozesse auslösen, die die Aerosolpartikel bilden.

Das vorgestellte Protokoll gibt einen Einblick in den Aufbau und die Komplexität des CAG-Einsatzes für den allgemeinen Zweck der Aerosolerzeugung. Als Arbeitsbeispiel wird das Testen einer typischen flüssigen Zusammensetzung verwendet, die in elektronischen Zigarettenmischungen vorhanden ist. Beginnen Sie damit, die Kapillare in die Kapillarnut der Aluminiumheizblöcke zu legen, wobei das Ausgangsende um etwa fünf Millimeter herausragt.

Ziehen Sie die Schrauben der beiden Hälften der Aluminium-Heizblöcke leicht an. Als nächstes montieren Sie die Heizelemente und das Thermoelement in den Aluminiumheizblöcken, wobei die Drähte durch die hintere Aluminiumkappe ragen. Installieren Sie die Push-in-Fittings und stellen Sie sicher, dass die 2 x 4 Millimeter großen Push-In-Fittings fest am äußeren SS-Rohr befestigt sind.

Legen Sie O-Ringe auf die beiden Rillen des inneren Spitzenrohrs und setzen Sie das innere Spitzenrohr vom vorderen Ende in das äußere SS-Rohr ein. Schieben Sie die innere Spitze / äußere SS-Rohrbaugruppe über die montierten Aluminium-Heizelemente, um sie fest mit der SS-Rückseite zu verbinden. Als nächstes legen Sie die Aluminium-Frontkappe über den Aluminium-Heizkörper innerhalb des inneren Spitzenrohrs.

Stellen Sie sicher, dass die Kapillare leicht aus der Aluminium-Frontkappe herausragt. Legen Sie den Peak-Adapter über die innere Peak-Tube-Front. Stellen Sie sicher, dass der Peak-Adapter auf die vordere Nut des inneren Peak-Rohrs passt.

Platzieren Sie die Kupplung über dem Spitzenadapter. Ziehen Sie die Muttern von Hand über die Kupplung fest, so dass der Spitzenadapter fest sitzt. Verbinden Sie die Heizelemente mit dem Temperaturregler, das Thermoelement des Temperaturreglers mit dem CAG und den Schlauch von der Peristaltikpumpe mit dem CAG.

Schließen Sie die Druckluft für den beheizten Luftstrom über die 2 x 4 Millimeter großen Push-in-Armaturen an den Kapillaraerosolgenerator an. Bauen Sie den Kapillaraerosolgenerator am Glasstück an und liefern Sie den Verdünnungsluftstrom auf voreingestellte Werte. Führen Sie auf der Grundlage der im Textmanuskript beschriebenen theoretischen Berechnungen die ersten technischen Läufe durch, um die tatsächliche Konzentration der Aerosolbestandteile zu quantifizieren und die tatsächliche Ausbeute des Kapillaraerosolgenerators zu erhalten.

Führen Sie eine weitere Feinabstimmung der Aerosolkonzentration durch, indem Sie die gleichen Berechnungen zur Einstellung des Gesamtverdünnungsluftstroms oder des Flüssigkeitsdurchflusses verwenden. Die Verwendung einer Lösung, die 2% Nikotin und eine Flüssigkeitsdurchflussrate von 0,35 Gramm pro Minute mit einer gemessenen Nikotinaerosolkonzentration von 15 Mikrogramm pro Liter bei einem Gesamtverdünnungsluftstrom von 320 Litern pro Minute enthält, führt zu einer tatsächlichen Ausbeute von 68,57% Nikotin. Wiegen und notieren Sie den Wert der Testflüssigkeit, des Magnetrührers und der Flasche auf die nächsten 0,01 Gramm.

Flüssigstoffformulierungen werden mit Komponenten hergestellt, die im Textmanuskript beschrieben sind. Stellen Sie den Sollwert der Temperaturregelung am digitalen Temperaturregler auf 250 Grad Celsius ein und beginnen Sie mit der Erwärmung des Kapillaraerosolgenerators. Legen Sie die flüssige Stammlösung mit einem magnetischen Rührstab auf einen Magnetrührer.

Setzen Sie das Einlassrohr der Peristaltikpumpe in die Testlösung ein. Schalten Sie die Peristaltikpumpe ein und stellen Sie die Flüssigkeitsdurchflussrate auf 5% ein. Wenn die Temperatur 250 Grad erreicht, beginnen Sie mit der Aerosolerzeugung, indem Sie die Peristaltikpumpe starten, um Testflüssigkeit an den kapillaren Aerosolgenerator abzugeben. Überprüfen Sie, ob das Aerosol in der Nähe der Kapillarspitze erzeugt wird und notieren Sie die Zeit, die zur Berechnung des Massenstroms erforderlich ist.

Legen Sie einen Filter in den Filterhalter und setzen Sie die Filterkappen ein. Wiegen Sie den Filterhalter vor der Probenentnahme auf 0,0001 Gramm mit dem Filter und dokumentieren Sie das Gewicht. Schließen Sie den Filterhalter, der den Filter enthält, an den Aerosolstrom an und starten Sie die Probenentnahme.

Nach der Probenentnahme den Filter mit dem Filterhalter und den Kappen wiegen und das Endgewicht dokumentieren. Berechnen Sie die gesammelte Aerosolmasse unter Verwendung der im Textmanuskript angegebenen Formel. Entfernen Sie nun das Filterpad aus dem Filterhalter und legen Sie es in ein Glasfläschchen, das fünf Milliliter Ethanol enthält.

Extrahieren Sie die gesammelte Aerosolmasse, indem Sie das Filterpad auf einem Laborschüttler 30 Minuten lang mit 400 Umdrehungen pro Minute schütteln. Die chemische Charakterisierung von CAG-erzeugten Aerosolen bestätigte einen hohen Grad an Reproduzierbarkeit unter gleichen Erwärmungs-, Kühl-, Verdünnungsluftströmen und Probenahmebedingungen mit einer relativen Standardabweichung von 2,48% für die von Aerosolen gesammelte Masse, 3,28% für Nikotin, 3,43% für Glycerin und 3,34% für Propylenglykol. Der größte Einfluss auf die Partikelgröße wurde beobachtet, wenn der Kühlfluss von 10 auf 20 Liter pro Minute und der erste Verdünnungsstrom von 160 auf 150 Liter pro Minute geändert wurde.

Der aerodynamische Massenmediandurchmesser von Aerosolpartikeln nahm mit zunehmender Abkühlungsdurchflussrate zu. Die Verteilung des aerodynamischen Durchmessers der Aerosolpartikel wurde deutlich in Richtung größerer Durchmesser verschoben, wenn man Aerosole, die mit 10 Litern Kühlstrom pro Minute erzeugt werden, mit denen vergleicht, die mit 20 bis 50 Litern pro Minute erzeugt werden. Eine beabsichtigte Zielaerosolkonzentration sowie die Einbeziehung von Luftdurchflussraten und Flüssigkeitsdurchflussraten ermöglichen es den Betreibern, die Ausbeuten aus dem CAG-Aufbau experimentell zu berücksichtigen.

Nach diesem Verfahren können andere flüssige Gemische unter ähnlichen oder veränderten Bedingungen getestet werden, die es den Forschern ermöglichen, physikalische und chemische Eigenschaftsänderungen, die durch erhitzte Aerosolisierung auftreten, experimentell besser zu verstehen.