$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Odtwarzalność aerozoli CAG
Aby zademonstrować odtwarzalność aerozolu generowanego przez CAG, zastosowano płynny roztwór bazowy zawierający PG, VG, nikotynę, wodę i etanol (odpowiednio 71,72%, 17,93%, 2%, 5,85% i 2,5%) w 10 oddzielnych seriach wytwarzania aerozolu. Parametry aerozolowania i pobierania próbek podsumowano w tabeli 2. Charakterystyka chemiczna aerozoli generowanych przez CAG potwierdziła wysoki stopień powtarzalności wyników uzyskanych przy użyciu systemu. Przy tych samych przepływach powietrza grzewczego, chłodzącego i rozcieńczającego, a także w tych samych warunkach pobierania próbek, stężenia ACM, nikotyny, VG i PG były stabilne w przebiegach wytwarzania aerozoli, ze względnym odchyleniem standardowym wynoszącym odpowiednio 2,48%, 3,28%, 3,43% i 3,34% ACM, nikotyny, VG i PG (Rysunek 7).
Stężenia ośmiu karbonylków - mianowicie aldehydu octowego, acetonu, akroleiny, aldehydu masłowego, aldehydu krotonowego, formaldehydu, ketonu metylowo-etylowego i aldehydu propionowego - zostały zmierzone podczas trzech kolejnych cykli generowania aerozolu CAG. Zgodnie z oczekiwaniami w przypadku aerozoli wytwarzanych w stałych, kontrolowanych warunkach, wydajność wszystkich analitów karbonylowych pozostała niska (tabela 3), nie osiągając granic oznaczalności (LOQ) metody analitycznej dla większości związków. Tylko aldehyd octowy i formaldehyd miały wydajność powyżej LOQ. Stężenia formaldehydu w rozcieńczonej próbce aerozolu wykazały dużą zmienność (±32%) ze względu na lotność tego analitu, a także wydajność zbliżoną do LOQ. Dane potwierdziły brak ciekłych produktów degradacji termicznej w aerozolach wytwarzanych przez CAG. Dodatek mieszanki aromatów miał wpływ na skład karbonylowy aerozolu. W omawianym przypadku wydajność aldehydu octowego i aldehydu masłowego została drastycznie zwiększona, z wartości bliskich granicy oznaczalności odpowiednio do 2,06 i 1,56 μg/l w rozcieńczonym aerozolu, który miał zostać wprowadzony do komory ekspozycyjnej. Dane te podkreślają wpływ składu mieszaniny smakowej na skład aerozolu i podkreślają potrzebę zbadania potencjalnej toksyczności niektórych substancji aromatycznych w preparacie e-liquidu na wczesnym etapie, przed ostateczną oceną w badaniach długotrwałego narażenia in vivo.
PSD aerozoli generowanych przez CAG
PSD aerozoli generowanych przez CAG mierzono w różnych przepływach chłodzenia i pierwszego rozcieńczania, aby ocenić wpływ tych warunków na właściwości fizyczne aerozolu generowanego z bazowego roztworu ciekłego zawierającego tylko PG, VG, wodę i nikotynę. Procedura ta ma zasadnicze znaczenie dla określenia odpowiednich warunków wytwarzania aerozoli o rozmiarach cząstek mieszczących się w zakresie respirabilnym.
W obecnym badaniu, strumienie chłodzenia i pierwszego rozcieńczania były modyfikowane w krokach co 10 l/min, aby utrzymać tę samą całkowitą objętość przepływu aerozolu (Tabela 4). Przepływ cieczy (0,5 l/min), przepływ podgrzewany (2 l/min) i przepływ drugiego rozcieńczania (150 l/min) były utrzymywane na stałym poziomie. Próbki aerozolu pobrano z rozcieńczonego punktu pobierania próbek b (Rysunek 5). PSD określono za pomocą aerodynamicznego miernika wielkości cząstek, który mierzy wielkość cząstek od 0,5 do 20 μm, przy natężeniu przepływu próbki 5 l/min i odpowiednio rozcieńczonym do użycia ze sprzętem. MMAD i GSD zostały zgłoszone przez narzędzie do pomiaru wielkości cząstek aerodynamicznych dla każdego cyklu wytwarzania aerozolu.
Wzrost przepływu chłodzenia i jednoczesny spadek przepływu pierwszego rozcieńczenia miały wpływ na wielkość cząstek aerozolu (Tabela 4). Największy wpływ na wielkość cząstek zaobserwowano przy zmianie przepływu chłodzenia z 10 na 20 l/min oraz przepływu pierwszego rozcieńczania ze 160 na 150 l/min. MMAD wzrósł w tych warunkach ponad dwukrotnie z 1,47 do 4,03 μm. Średnia wielkość cząstek aerozolu nadal rosła wraz ze wzrostem natężenia przepływu chłodzenia, choć w niższych proporcjach niż te obserwowane między 10 a 20 l/min. Rozkład średnicy aerodynamicznej cząstek aerozolu został wyraźnie przesunięty w kierunku większych średnic, porównując aerozole generowane przy przepływie chłodzenia 10 l/min z tymi generowanymi przy przepływie 20-50 l/min (Rysunek 8).
Skuteczność zatrzymywania smaków e-liquidów
Jak wspomniano wcześniej, ze względu na swoją lotność, różne składniki ciekłe są stale podatne na przenoszenie masy gaz-ciecz w zależności od lokalnych warunków termodynamicznych. Ponadto metody analityczne mają pewną zdolność do wychwytywania takich składników. Rzeczywiste pomiary wydajności pozwalają nam zmierzyć zdolność metod chemicznych do dokładnego wykrywania i oznaczania ilościowego wybranych składników (na przykład, ze względu na ich potencjał kondensacyjny lub reakcje, niektóre składniki mogą nie dotrzeć do miejsca przeznaczenia, tj. komory ekspozycyjnej w przypadku badań inhalacyjnych). W związku z tym, oceniając różne preparaty aromatyzowanych e-liquidów, ważne jest, aby móc określić najbardziej efektywną metodę wychwytywania do oceny chemicznej aerozolu. W konsekwencji pozwala nam to na zmierzenie szybkości transferu dla każdego składnika, która jest podyktowana często występującymi stratami wynikającymi z transportu aerozolu z miejsca powstania do komory naświetlającej. W niniejszej sprawie przeprowadzono dodatkowe badanie z użyciem płynu zawierającego mieszaninę substancji aromatycznych. Aerozol został wygenerowany z parametrami CAG wymienionymi w tabeli 2 i wychwytywany po rozcieńczeniu (pozycja b, Rysunek 5), przy natężeniu przepływu próbki ustawionym na 0,7 l/min przez 30 minut. Pułapkowanie przeprowadzono na kolumnach do pobierania próbek wstępnie kondycjonowanych 2 ml izopropanolu. Wkłady eluowano izopropanolem wkrótce po zakończeniu okresu pułapkowania, aż do odzyskania 20 ml roztworu. Stwierdziliśmy, że skuteczność odłowu powinna być zasadniczo badana i określana dla każdego składnika smakowego.
Dla 70% badanych składników smakowych mieliśmy wskaźniki odzysku >60%, co było dobrze skorelowane z temperaturami wrzenia (lotnością) smaków. Fakt ten oznacza, że badania toksykologiczne inhalacyjne zawierające złożone mieszaniny powinny być przeprowadzane ze szczególną uwagą na przenoszenie i dostarczanie aerozolu do miejsca narażenia.

Rysunek 1: Zasada działania kapilarnego generatora aerozolu (CAG). Ciecz jest pompowana do elektrycznie podgrzewanej kapilary dostarczającej wybuchy gorących, przesyconych par, które są schładzane przez przepływ powietrza, powodując nagłe zarodkowanie i kondensację, co prowadzi do tworzenia się aerozolu. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Typowy układ eksperymentalny CAG i kluczowe elementy. (A) Ogólny widok zespołu CAG, pokazujący pompę perystaltyczną łączącą płynny roztwór podstawowy z CAG, kanał powietrza rozcieńczającego i proces tworzenia aerozolu. (B) Szczegółowy widok CAG z kapilarą i elementami grzejnymi. (C) Przekrój poprzeczny układu wytwarzania aerozoli zespołu CAG. Szczegółowe informacje na temat przepływów powietrza chłodzącego i rozrzedzającego. Szklana rurka ma dwie oddzielne komory. Przepływ chłodzenia jest popychany w kierunku CAG i wchodzi w kontakt z parą wytwarzaną przez ciecz, tworząc aerozol. Strumień rozcieńczania jest popychany w kierunku utworzonego aerozolu w celu rozcieńczenia tego ostatniego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Szczegóły urządzenia CAG: widok przekrojowy. Przepływ ogrzewania jest wprowadzany wokół elementów grzejnych w celu chłodzenia zewnętrznego korpusu CAG, zapobiegania kondensacji przepływu wstecznego cieczy na końcu kapilary oraz w celu ustabilizowania wyrzutu pary. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Montaż CAG. Kapilara i element grzejny (A) są wkładane do wewnętrznej rurki PEEK, a ten zespół jest wsuwany do zewnętrznej rurki ze stali nierdzewnej (B). Zespół jest zaślepiony i szczelnie zamocowany na wsporniku za pomocą pociągowych ze stali nierdzewnej (C,D). Kapilara wystająca z tylnego końca jest połączona rurką z pompą perystaltyczną i płynnym preparatem. Skróty: SS, stal nierdzewna. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Ustawienia generowania aerozoli CAG dla eksperymentów z ekspozycją in vivo. Pobieranie próbek aerozoli do analizy odbywa się w dwóch pozycjach: a) aerozol nierozcieńczony – pierwszy etap rozcieńczania jest wyłączany podczas pobierania próbek; b) rozcieńczony aerozol tuż przed wejściem do komory ekspozycyjnej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Przykładowa kolumna z dołączonymi adapterami. Przed pobraniem próbek kolumnę z próbką kondycjonuje się wstępnie 0,5 M kwasem siarkowym do analizy nikotyny lub izopropanolem do analizy smaku. Adapter wlotowy jest podłączony do przepływu aerozolu generowanego przez CAG, a adapter wylotowy do pompy próżniowej. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 7: Charakterystyka i odtwarzalność aerozoli generowanych przez CAG. Stężenie ACM, nikotyny, PG i VG w ciągu 10 oddzielnych eksperymentalnych procesów wytwarzania aerozoli przebiega z tym samym płynnym roztworem zasadowym. ACM, 1105,45 ± 27,4 μg/L; Nikotyna, 20,16 ± 0,7 μg/L; VG, 227,15 ± 7,8 μg/L; PG, 656,59 ± 22,0 μg/L. Słupki błędów reprezentują odchylenie standardowe. Skróty: ACM, aerozol zebrana masa; PG, glikol propylenowy; VG, glicerol. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 8: Zmiany w rozkładzie wielkości cząstek aerozolu generowanego przy różnych prędkościach przepływu chłodzenia. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
TGL
TGL
szt.
zł
zł
zł
| PODSTAWA (PG/VG/N) | SMAK (PG/VG/N/F) |
| składnik | PG/VG/N (g/1000g) | PG/VG/N/F (g/1000g) |
| Kwas benzoesowy | Klasa 3,33 | Klasa 3,33 |
| Pg | Godzina 240,00 | 238,91 |
| Woda | Godzina 150,00 | Godzina 150,00 |
| kwas mlekowy | Klasa 3,33 | Klasa 3,33 |
| kwas octowy | Klasa 3,33 | Klasa 3,33 |
| Mieszana mieszanka smakowa | 0,00 | Godzina 1,20 |
| gliceryna | 560,01 | 559,90 |
| nikotyna | Godzina 40.00 | Godzina 40.00 |
| suma | 1000,00 | 1000,00 |
Tabela 1: Składniki preparatu E-liquid18
szt.
szt.
| Protokół aerozolowania | Protokół próbkowania |
| Parametry | Nierozcieńczony | Rozcieńczony | Parametry | Nierozcieńczona lokalizacja A | Rozcieńczona lokalizacja B |
| Temperatura CAG (°C) | 250 | | | |
| Przepływ pompy (ml/min) | 0,5 | 0,5 | Czas pobierania próbek (min) | 10 | Rozdział 30 |
| Przepływ ogrzanego powietrza (l/min) | cyfra arabska | cyfra arabska | Przepływ pobierania próbek (ACM) (l/min) | 0,7 | 1,5 |
| Przepływ powietrza chłodzącego (l/min) | 10 | 10 | Przepływ pobierania próbek Extrelut (l/min) | 0,7 | 0,7 |
| 1. rozcieńczenie powietrza (l/min) | nie | 150 | Przepływ pobierania próbek Karbonylków (l/min) | 0,7 | 0,7 |
| 2. rozcieńczenie powietrza (l/min) | nie | 160 | | | |
| Odpady (l/min) | nie | 172 Rozdział 172 | | | |
Tabela 2: Parametry wytwarzania, rozcieńczania i pobierania próbek aerozolu
| Karbonylki | Płyn bazowy (PG/VG/Nikotyna) | Smakowy roztwór podstawowy o wysokim stężeniu z nikotyną
(PG/VG/Nikotyna/Smaki) |
| Nierozcieńczona próbka aerozolu μg/L | Rozcieńczona próbka aerozolu μg/L | Nierozcieńczona próbka aerozolu μg/L | Rozcieńczona próbka aerozolu μg/L |
| Aldehyd octowy | 0,834 ± 0,096 | 0,119* | 45.346 ± 1.134 | 2,058 ± 0,202 |
| aceton | < LOQ | < LOQ | < LOQ | < LOQ |
| Akroleina | < LOQ | < LOQ | < LOQ | < LOQ |
| Aldehyd masłowy | < LOQ | < LOQ | 36,475 ± 0,996 | 1,557 ± 0,179 |
| Aldehyd krotonowy | < LOQ | < LOQ | 0,052 ± 0,001 | < LOQ |
| Formaldehyd | 0,731 ± 0,072 | 0,072 ± 0,023 | 0,158 ± 0,007 | 0,026 ± 0,004 |
| Keton metylowo-etylowy | < LOQ | < LOQ | 0,570 ± 0,015 | < LOQ |
| Aldehyd propionowy | < LOQ | < LOQ | 0,085 ± 0,001 | < LOQ |
Tabela 3: Oznaczanie karbonylków w aerozolu generowanym przez CAG. Średnie wartości z trzech generacji aerozoli przebiegają z tym samym płynnym roztworem bazowym i mieszanką smakową. Tylko jedna próbka w trzech seriach miała wartości większe niż dolna granica oznaczalności (LOQ) metody.
szt.
szt.
szt.
szt.
Rozdział
szt.
| Ustawienia (l/min) | Średnica kropli aerozolu |
| Przepływ chłodzenia | 1. przepływ rozcieńczania | MMAD (μm) | Indeks GSD |
| 10 | 160 | 1,47 ± 0,04 | 2,07 ± 0,01 |
| 20 | 150 | 4,03 ± 0,18 | 2,13 ± 0,04 |
| Rozdział 30 | 140 | 4,74 ± 0,04 | 1,89 ± 0,02 |
| Rozdział 40 | 130 | 5,35 ± 0,04 | 1,80 ± 0,01 |
| 50 | 120 | 5,23 ± 0,03 | 1,76 ± 0,01 |
Tabela 4: Określanie wielkości cząstek aerozolu (średnicy kropli) w różnych warunkach przepływu powietrza. Skróty: MMAD, mediana średnicy aerodynamicznej masy; GSD, geometryczne odchylenie standardowe.