电子烟作为一种新型烟草制品，逐渐成为全球年轻消费者的时尚选择，产业规模迅速扩大。为规范电子烟的行业发展，2022年4月8日发布了强制性国家标准GB 41700-2022《电子烟》，其中对电子烟用包装材料的安全性进行了明确规定，要求对与口腔、雾化物和电子烟释放物接触的材料应符合 GB 4806.1、GB 4806.3~GB 4806.11等食品安全国家标准的要求。
1.背景
在电子烟发展初期，多使用玻璃纤维绳作为雾化导油材料[1-2]，由于该材料不吸收烟油且容易产生絮状物，这些絮状物有可能进入消费者的肺部而影响人体健康，因此玻璃纤维绳用于电子烟雾化芯已逐渐减少；而棉芯因具有储油量大、导油性好、还原度高、烟味饱满真实、烟雾浓密和口感更佳等优点，现已开始用于部分电子烟产品中的雾化芯。
但棉芯本身的化学成分比较复杂，且作为雾化芯这种直接接触高温烟油和烟雾的部件时，对安全性的评估尚未见有系统性的研究报道，已有研究主集中在电子烟器件中不同器件和条件对气溶胶中缩水甘油、丙烯醛、苯、无机元素、烟碱和酚类等有毒有害化学成分释放量的影响。因此，亟需建立一种高效、快速、高通量的定性和定量分析方法，并在此基础上对棉芯的安全风险进行研究。
2.研究内容
【样品】 电子烟雾化芯用棉芯样品A（天然纤维）、样品B（人造纤维）。
【技术手段】全二维气相色谱串联四极杆飞行时间高分辨质谱（Two-dimensional gas chromatography-tandem quadrupole time-of-flight high-resolution mass spectrometry，GC×GC‒QTOF‒MS）具有峰容量大、灵敏度和分辨率高等优点，广泛应用于食品、环境等领域对挥发性和半挥发性物质进行非靶向筛查[13-14]；超高效液相色谱‒四极杆飞行时间高分辨质谱（Ultra-performance liquid chromatography-quadrupole time-of-flight high-resolution mass spectrometry，UPLC‒QTOF‒MS）可提供关于化合物母离子和子离子的丰富的结构信息，被视为不挥发性未知物筛查和定性分析的有力手段。电感耦合等离子体质谱法（Inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP‒MS）可有效避免光谱干扰，可同时检测多种无机元素，检测低限可达痕量级水平。
为了对电子烟产品中的棉芯进行严格的质量管控，本研究中使用上述3种技术分别对电子烟用棉芯本身，以及在使用过程中产生的挥发性、半挥发性和不挥发性化学成分及元素进行非靶向筛查和分析，考察其是否释放潜在的风险化学成分而影响人体健康，旨在为对棉芯的安全性风险评估提供技术支撑。
3.研究结果
无机元素检测结果
在样品B中检出Ti，检出量为3 170 mg/kg；样品A中则未检出。推测Ti可能来源于无纺布中添加TiO2所导致。添加TiO2可增强无纺布的力学性能。
有机物检测结果
在A与B两款棉芯样品中总共检出了72种有机物，其中大部分是挥发性有机物，半挥发和不挥发的组分较少。通过Classyfire工具（https://cfb.fiehnlab.ucdavis.edu）将检测出的所有组分分成8类。
如图1所示，脂类和类脂类化学成分（Lipids and lipid-like molecules在样品A和B中检出最多，分别有17和16种，分别占检出成分总数的33.3%和29.6%。
样品A中的含氧有机物（Organic oxygen compound）和碳氢化合物（Hydrocarbon）各有7种，占的比例均为13.7%；样品B中的含氧有机物和碳氢化合物分别有12种和10种，分别占总检出组分数的22.2%和18.5%。对于有机硅化合物（Organosilicon compound）这一类别，仅在样品B中检出了硅酸乙酯，占1.9%。
▲图1 样品A(a图)和样品B(b图)检出的所有化学物质类别及所占比例
两款样品中检出化学物质的质量分数分布情况见图2a，除样品B中糠醛（7.85 mg/kg）和糠醇（11.59 mg/kg）含量较高外，两种样品中检出的其他化学物质的质量分数均在3 mg/kg以下，且检出的绝大多数化学成分的质量分数均较为接近。
使用Toxtree3.1工具对检出的化学物质进行基于毒性学关注阈值 （Threshold of toxicological concern，TTC）法则的Cramer分级，对检出化学成分的风险性进行初步研究，结果见表1，其分布情况见图2b。
▲图2 两种样品检出化学成分的质量分数对比蜜蜂群图（a）和检出化学成分基于TTC分类情况柱状图（b）
从图2中可看出，共有18种属于Class Ⅲ的化学成分，50种属于Class Ⅰ的化学成分，以及4种属于Class Ⅱ 的化学成分。其中，检出浓度最高的糠醛和糠醇则属于Class Ⅲ 的化学成分，需要进行进一步的安全评估。
安全评估
对检出化学成分进行暴露量计算的结果表明，有9种化学成分的暴露量高于SCT值，包括糠醇、糠醛、二乙醇胺和Ti等。利用产品质量研究学会（The Product Quality Research Institute，PQRI）提出的检出化学成分的暴露量进行的浸出物安全性分析，结果表明，除糠醇和糠醛外，其他7种化学成分均未列入流程中标准法规的致癌化学成分清单，进一步通过参考文献核查其结构，可排除其属于警示结构的化学成分。此外，经计算给出Ti的暴露量为421 μg/d，超过QT值（Qualification threshold，界定阈值）。因此，重点评估暴露量高于QT值的化学成分（Ti）以及暴露量高于SCT值的致畸、致癌、致突变化学成分（糠醇、二乙醇胺）。
综合考虑各种限量值，取最低限量值进行健康指导值的推算。由表1可知，在本研究的背景下，两种棉芯中需评估的4种高关注化学成分的暴露量均远低于健康指导值，对人体健康产生危害的可能性比较低。
▲表1 重点化学成分评估暴露量
4.结论
在电子烟用的两款棉芯样品中共检出8个类别72种化学成分，其中，大部分为挥发性化学成分，检出化学成分的质量分数大多在3 mg/kg以下。
基于TTC法（Threshold of toxicological concern，毒性学关注阈值）初步筛选出18种属于Cramer Ⅲ的化学成分，通过PQRI（The Product Quality Research Institute，产品质量研究学会）提出的浸出物SCT值（Safety concern threshold，安全关注阈值）和QT值（Qualification threshold，界定阈值）进一步筛选出暴露量较高、可能具有潜在风险的9种有机物和金属元素Ti进行进一步安全评估。
对暴露量最高的糠醇、糠醛、二乙醇胺和Ti 4种化学成分进行风险评估，结果表明其暴露值均远低于健康指导值，仅为其四十万分之一到万分之一之间。
上述研究结果表明，基于丙二醇研究体系，本研究中所使用的电子烟用两款棉芯中检出的化学成分暴露量均远低于健康指导值，用于电子烟中对人体健康产生危害的可能性较低。
项目组已将上述研究整理成论文发表在烟草领域的中文核心期刊《烟草科技》2023年第9期，论文题目为“电子烟用棉芯中高关注化学成分的非靶向筛查和初步风险评估”，欢迎索阅。
参考文献
[1]李丹，梁进欣，吴学峰，吴思亮，董犇，梁晶晶，李馨铎，任照芳，钟怀宁，陈胜，郑建国.电子烟用棉芯中高关注度化学成分的非靶向筛查和初步风险评估[J]. 烟草科技, 2023, 56(9):42-51.
[2] 罗君君, 梁晶晶, 李馨铎, 等. UPLC‒MS/MS法检测电子烟烟液和气溶胶中的8种酚类化合物[J]. 中国烟草学报, 2022, 28(5): 1‒7.
[3] 董犇, 吴学峰, 郝天英, 等. 基于UPLC‒QTOF MS的食品接触用回收PET中非挥发性有机物的非靶向筛查[J]. 分析测试学报, 2021, 40(11): 1545‒1552.
