Ustawienie pneumatycznego atomizera
Wszystkie materiały użyte w badaniu są wymienione w pliku Tabeli Materiałów . Aby wygenerować symulowany aerozol z e-papierosów bez użycia metalicznego grzałka uwalniającego metale, użyliśmy komercyjnego pneumatycznego atomizera. Aby osiągnąć wysokie temperatury potrzebne do wspomagania powstawania aldehydu, podgrzewaliśmy cały pneumatyczny atomizer, owijając go taśmą grzewczą. W tym celu poluzowaliśmy dwie śruby, które mocują właściwą jednostkę aerozolową do podstawy, tak aby taśma grzewcza mogła być prowadzona przez powstałą szczelinę, zamiast owijać ją wokół stojaka. Temperaturę atomizera pneumatycznego mierzono poprzez przymocowanie detektora temperatury rezystancyjnej z platyny na jego powierzchni zewnętrznej, tzn. temperatura e-liquidu nie była bezpośrednio mierzona. Połączenie termiczne poprawiono przez nałożenie niewielkiej ilości pasty termicznej na detektor. Zmierzona temperatura była odczytywana przez płytkę mikrokontrolera, która sterowała przekaźnikiem zasilającym taśmę grzewczą 110 V w linii liniowej, jeśli rzeczywista temperatura była niższa niż docelowa (między 50 °C a 200 °C). Rysunek 1 przedstawia układ eksperymentalny.
Materiały rurowe potrzebne do obsługi atomizera pneumatycznego i pierwotnie dostarczone przez producenta musiały zostać zastąpione materiałami bardziej odpornymi na temperatury: 1) rurka zasilająca ciecz (14-gauge PTFE) została zastąpiona silikonową rurą wysokotemperaturową (1/8" OD), 2) sekcje rur polietylenowych o wysokiej masie cząsteczkowej (1/4" OD) rury rury nadmiarowej odpływu cieczy oraz filtrowanego powietrza zostały zastąpione rurkami z twardego plastiku o ekstremalnych temperaturach (OD 1/4").

Rysunek 1: Schemat przygotowania eksperymentalnego. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.
Obsługa atomizera pneumatycznego
Działanie atomizera pneumatycznego w domyślnym trybie recyrkulacji może powodować nagromadzenie się metali w recyrkulującym e-liquidze, czyli nadmiarze, nieaerozolizowanej e-liquidu, która przepływa przez nadmiar płynu z powrotem do butelki. Aby zapobiec gromadzeniu się metali w wygenerowanym aerozoli, pneumatyczny atomizer działał w trybie nierecyrkulacji, w którym nadmiar e-liquidu przepływał do dodatkowej butelki na odpady. Sprężone powietrze domowe było filtrowane i suszone przed doprowadzeniem do atomizera za pomocą filtrowanego źródła powietrza, które składa się z filtra koalescyjnego, filtra koalescyjnego, filtra węglowego oraz suszarki membranowej do usuwania stałych cząstek stałych, kropel oleju i wody oraz oleju i pary wodnej. Według producenta, końcowa filtracja węglowa usuwa 99,99995% cząstek > rozmiarze 100 nm.
Kolekcja aerozoli
Aerozol pneumatyczny był używany do wytwarzania aerozoli z roztworu VG o stężeniu 70% PG/30% wol lub z komercyjnego, rzeczywistego e-liquidu z zawartością nikotyny 6%, którego używaliśmy w poprzednich badaniach15. Poziomy aldehydu i metali w aerozoli wytwarzanych przez pneumatyczny atomizer porównano z tymi w aerozlach generowanych z komercyjnego e-liquidu za pomocą e-papierosa Mod, czyli urządzenia modyfikowalnego, które można uzupełnić e-liquidem i którego moc pracy można regulować. Ostatnio ten Mod był stosowany w leczeniu przewlekłej ekspozycji gryzoni na aerozol e-papierosów produkowany o mocy 30 W5. W tym badaniu urządzenie działało z mocą wyjściową 30 W lub 50 W.
We wszystkich eksperymentach, w tym tych z atomizerem pneumatycznym oraz z e-papierosem Mod, próbki aerozoli były zbierane w trzech egzemplarzach metodą opracowaną przez Olmedo i in.16 do kolejnych analiz metali i aldehydu. Próbki aerozoli zostały przeanalizowane pod kątem 9 metali (Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sr, V, Zn) za pomocą indukcyjnie sprzężonej spektrometrii mas plazmy (ICP-MS) oraz 11 aldehydów (acetaldehyd, aceton, akrolina, benzaldehyd, 2-butanon, butyraldehyd, krotonaldehyd, formalny dehyd, heksaldehyd, propionaldehyd, pentanal) za pomocą tandemowej spektrometrii mas w chromatografii cieczowej (LC-MS/MS) (patrz Plik Uzupełniający 1 oraz Tabela Uzupełniająca 1 i Tabela Uzupełniająca 2 szczegóły). Potencjalny transfer metalu między zebranym aerozolem a systemem rur zbierających nie stanowił problemu, z wyjątkiem cynku.
Czujnik elektrochemiczny do pomiarów aldehydu w czasie rzeczywistym
Do porównywania w czasie rzeczywistym stężeń aldehydów aerozoli uzyskanych w różnych e-liquidach w różnych temperaturach użyto taniego czujnika elektrochemicznego, umożliwiając szybsze dostosowanie warunków sprzyjających powstawaniu aldehydów w porównaniu do analizy offline przez LC-MS/MS. Według producenta ten czujnik mierzy stężenia formaldehydu z maksymalnym odczytem 5 000 ppb. Czujnik mógł być bezpośrednio podłączony do komputera za pomocą kabla USB, a stężenia formodygu można było oglądać w czasie rzeczywistym za pomocą oprogramowania dostarczonego przez producenta czujnika. Te pomiary w czasie rzeczywistym pozwoliły nam zidentyfikować optymalne warunki do wytwarzania aldehydów za pomocą naszego pneumatycznego atomizera. Aby chronić czujnik przed aerozolem, umieszczono go w małym pudełku, które umożliwiało wymianę powietrza otoczenia przez membranę o rozmiarze poru, która zakrywała otwór w pudełku (blokując krople aerozolu).
Analiza statystyczna
Do wizualizacji rozkładu zmierzonych stężeń metali i aldehydu w aerozoli i e-liquidze użyto wykresów pudełkowych (Rysunek 2). Aby uzyskać wyobrażenie o ogólnym stężeniu aldehydu i metali w próbce aerozolu, zebraliśmy dane. Zsumowaliśmy stężenia dziewięciu mierzonych metali, aby określić "całkowite" stężenie metalu. Podobnie zsumowaliśmy stężenia jedenastu zmierzonych aldehydów, aby określić "całkowite" stężenie aldehydu. Wszystkie analizy statystyczne zostały przeprowadzone przy użyciu oprogramowania R w wersji 4.3.3. Różnice w stężeniach metali między różnymi aerozolemi i e-liquidami zostały przeanalizowane za pomocą testu t. Gdy wartości p były mniejsze niż 0,05, różnice uznawano za istotnie różne.