Uso del generatore di aerosol capillare nella produzione continua di aerosol controllato per studi non clinici

Il CAG è utile per la generazione termica continua e ripetibile di aerosol in grandi volumi, come per studi tossicologici per inalazione in vivo, in cui l'uso di prodotti di consumo o dispositivi di inalazione non è fattibile. L'utilizzo del CAG consente agli sperimentatori di controllare con precisione i fattori che influenzano la chimica e le caratteristiche fisiche delle particelle di aerosol, come la temperatura, la composizione del liquido, le portate dei liquidi e i flussi d'aria. Il liquido nel CAG viene evaporato, producendo vapori supersaturi che si raffreddano immediatamente a contatto con il flusso d'aria, innescando una nucleazione omogenea e, successivamente, processi di condensazione che formano le particelle di aerosol.

Il protocollo presentato fornisce una panoramica dell'assemblaggio e della complessità dell'uso CAG per lo scopo generale della generazione di aerosol. Come esempio di lavoro, viene utilizzato il test di una tipica composizione liquida presente nelle miscele di sigarette elettroniche. Iniziare posizionando il capillare nella scanalatura capillare dei blocchi riscaldanti in alluminio con l'estremità di uscita sporgente di circa cinque millimetri.

Stringere leggermente le viti delle due metà dei blocchi riscaldanti in alluminio. Quindi, assemblare gli elementi riscaldanti e la termocoppia nei blocchi riscaldanti in alluminio con i fili sporgenti attraverso il cappuccio posteriore in alluminio. Installare i raccordi push-in, assicurandosi che i raccordi push-in di 2 x 4 millimetri siano fissati saldamente sul tubo SS esterno.

Posizionare gli O-ring sulle due scanalature del tubo di picco interno e inserire il tubo di picco interno nel tubo SS esterno dall'estremità anteriore. Far scorrere il gruppo del tubo SS interno di picco / esterno sopra gli elementi riscaldanti in alluminio assemblati per adattarsi saldamente al supporto posteriore SS. Quindi, posizionare il cappuccio anteriore in alluminio sul corpo riscaldante in alluminio all'interno della camera di picco interna.

Assicurarsi che il capillare sia leggermente sporgente dal cappuccio anteriore in alluminio. Posizionare l'adattatore di picco sopra la parte anteriore della camera di picco interna. Assicurarsi che l'adattatore di picco si adatti alla scanalatura anteriore della camera di picco interna.

Posizionare l'accoppiamento sull'adattatore di picco. Stringere a mano i dadi sopra l'accoppiamento, in modo tale che l'adattatore di picco sia stretto. Collegare gli elementi riscaldanti al regolatore di temperatura, alla termocoppia del regolatore di temperatura al CAG e al tubo dalla pompa peristaltica al CAG.

Collegare l'aria compressa per il flusso d'aria riscaldato al generatore di aerosol capillare tramite i raccordi push-in da 2 x 4 millimetri. Assemblare il generatore di aerosol capillare al pezzo di vetro e fornire il flusso d'aria di diluizione a valori preimpostati. Sulla base dei calcoli teorici descritti nel manoscritto di testo, eseguire le prime esecuzioni ingegneristiche per quantificare l'effettiva concentrazione del costituente dell'aerosol e ottenere la resa effettiva del generatore di aerosol capillare.

Eseguire un'ulteriore messa a punto della concentrazione di aerosol utilizzando gli stessi calcoli per la regolazione del flusso d'aria di diluizione totale o della portata del liquido. L'utilizzo di una soluzione contenente il 2% di nicotina e una portata liquida di 0,35 grammi al minuto con una concentrazione di aerosol di nicotina misurata di 15 microgrammi per litro a un flusso d'aria di diluizione totale di 320 litri al minuto si tradurrà in una resa effettiva di nicotina del 68,57%. Pesare e registrare il valore del liquido di prova, dell'agitatore magnetico e della bottiglia con l'approssimazione di 0,01 grammi.

Le formulazioni liquide sono preparate con componenti descritti nel manoscritto di testo. Impostare il set point di controllo della temperatura sul regolatore di temperatura digitale a 250 gradi Celsius e iniziare il riscaldamento del generatore di aerosol capillare. Posizionare la soluzione madre liquida con una barra magnetica su un agitatore magnetico.

Posizionare il tubo di ingresso dalla pompa peristaltica nella soluzione di prova. Accendere la pompa peristaltica e impostare la portata del liquido al 5% Quando la temperatura raggiunge i 250 gradi, iniziare la generazione di aerosol avviando la pompa peristaltica per erogare il liquido di prova al generatore di aerosol capillare. Controllare che l'aerosol sia generato vicino alla punta capillare e registrare il tempo necessario per calcolare la portata di massa.

Posizionare un filtro nel portafiltro e posizionare i tappi del filtro. Pesare il portafiltro con un valore più vicino di 0,0001 grammi con il filtro prima della raccolta del campione e documentare il peso. Collegare il portafiltro contenente il filtro al flusso di aerosol e avviare la raccolta del campione.

Dopo la raccolta del campione, pesare il filtro con il portafiltro e i tappi e documentare il peso finale. Calcola la massa raccolta dall'aerosol usando la formula indicata nel manoscritto di testo. Ora, rimuovere il tampone filtrante dal portafiltro e depositarlo in una fiala di vetro contenente cinque millilitri di etanolo.

Estrarre la massa raccolta dall'aerosol agitando il tampone filtrante su uno shaker da laboratorio per 30 minuti a 400 rotazioni al minuto. La caratterizzazione chimica degli aerosol generati da CAG ha confermato un alto grado di riproducibilità sotto gli stessi flussi di aria di riscaldamento, raffreddamento, diluizione, condizioni di campionamento, con una deviazione standard relativa del 2,48% per la massa raccolta dall'aerosol, del 3,28% per la nicotina, del 3,43% per il glicerolo e del 3,34% per il glicole propilenico. La maggiore influenza sulla dimensione delle particelle è stata osservata quando si cambia il flusso di raffreddamento da 10 a 20 litri al minuto e il primo flusso di diluizione da 160 a 150 litri al minuto.

Il diametro aerodinamico mediano di massa delle particelle di aerosol è aumentato di dimensioni con l'aumentare delle portate di raffreddamento. La distribuzione del diametro aerodinamico delle particelle di aerosol è stata chiaramente spostata verso diametri più grandi quando si confrontano gli aerosol generati a 10 litri al minuto di flusso di raffreddamento con quelli generati a 20-50 litri al minuto. Una concentrazione di aerosol target prevista, insieme all'inclusione della portata d'aria e dei valori della portata del liquido, consente agli operatori di tenere conto sperimentalmente dei rendimenti della configurazione CAG.

Seguendo questa procedura, altre miscele liquide possono essere testate in condizioni simili o alterate che consentono agli investigatori di comprendere meglio sperimentalmente i cambiamenti delle proprietà fisiche e chimiche che si verificano attraverso l'aerosolizzazione riscaldata.