烟草化学|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

神州经纬与广州海关技术中心联合开展电子烟棉芯化学分析和毒理学风险评估

文章作者

李丹¹，梁进欣¹，吴学峰¹，吴思亮¹，董犇^*1，梁晶晶^*2，李馨铎³，任照芳¹，钟怀宁¹，陈胜¹，郑建国¹

1. 广州海关技术中心国家食品接触材料检测重点实验室（广东），广州市越秀区先烈中路100号 510075

2. 深圳雾芯科技有限公司，深圳市宝安区新安街道龙井社区建安一路9号 518104

3. 深圳神州经纬技术服务有限公司，深圳市宝安区新安街道龙井社区建安一路9号 518104

文章摘要

为了考察电子烟用棉芯是否释放潜在的风险化学成分而影响人体健康，对棉芯的安全性进行风险评估，利用全二维气相色谱串联四极杆飞行时间高分辨质谱（GC×GC-QTOF-MS）、超高效液相色谱-四极杆飞行时间高分辨质谱（UPLC-QTOF-MS）和电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)分别对电子烟用棉芯在使用过程中产生的挥发性、半挥发性、不挥发性有机物和元素进行非靶向筛查，并对检出的化学成分进行风险评估。

结果表明：①在两款样品中检出8个类别共72种化学成分，其中大部分为挥发性成分，检出化学成分的质量分数大多在3 mg/kg以下。②对所有检出的化学成分通过安全性关注阈值（SCT值）和界定阈值（QT值）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，进一步与美国FDA等公布的相关数据比对，发现即使是暴露量最高的糠醇、糠醛、二乙醇胺和Ti 4种化学成分，其值均远低于健康指导值。风险评估结果表明，筛查出的化学成分的暴露量均远低于健康指导值，无需引起安全关注。

文章背景

电子烟雾化器中棉芯的化学成分比较复杂，当吸食电子烟而接触产生的化学成分并超量进入人体时，会威胁消费者的身体健康。国内外专门针对电子烟用棉芯的分析方法和安全评估的研究尚未见报道，一些研究主要是关于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。但利用上述研究结果对于来源于雾化芯的高关注度化学成分不能有效、快速地进行测试和评估。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，对棉芯的安全性进行评估以监测可能存在的风险。

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，广泛应用在非靶向筛查领域。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）可提供母离子信息和丰富的子结构信息等，被视为未知物分析的有力手段。电感耦合等离子质谱法（Inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS）可有效避免光谱干扰，能同时检测多种元素，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。

文章概述

两种样品A与B中共检出72种有机物，结果见表1和表2，其中，大部分是挥发性化学成分，半挥发和不挥发的化学成分较少。

表1 两种棉芯在不同条件下检出的挥发性化学成分

Tab.1 Volatile chemical components detected in two kinds of wicking cotton under different conditions

注：①挥发性化学成分是在不加丙二醇（烟油模拟物）时进行的测试，加入烟油模拟物后所有的化学成分均会被丙二醇的峰掩蔽；②标注*的成分的暴露量大于SCT值（Safety concern threshold，安全关注阈值，0.15 μg/d）。

表2 两种棉芯在不同条件下检出半挥发性和不挥发性化学成分的质量分数

Tab.2 Mass fractions of semi-volatile and non-volatile chemical components in two kinds of wicking cotton at different conditions

（mg·kg^－1）

注：①标注*的成分的暴露量大于SCT值（0.15 μg/d）；②IARC 2B：国际癌症研究机构公布的可能致癌物。

通过classfire将所有检出物分为了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%。

图1 样品A（a）和样品B（b）全部检出化学成分的类别及所占比例

Fig.1 Categories and proportions of detected chemical components in samples A（a）and B（b）

对两种样品检出化学成分的质量数进行对比，结果见图2。可知，总体上两种样品以质量数在200 Da左右的化学成分为主，样品A的化学成分最高质量数（340.3341 Da）大于样品B（298.2871 Da），同时，两样品检出质量数的中位数相当（A: 186.1984 Da; B: 179.0256 Da）。

图2 两种样品检出化学成分分子质量对比小提琴图

Fig.2 Violin plots of molecular mass of detected chemical components in two samples

两种样品检出化学成分的质量分数分布情况见图3a，除样品B中糠醛（7.85 mg/kg）和糠醇（11.59 mg/kg）外，两种样品中检出化学成分的质量分数均在3 mg/kg以下，绝大部分检出化学成分的质量分数较为接近。

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3b，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。

图3 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）

Fig.3 Bee group plots of concentration of chemical components in two samples（a）and bar graph of detected chemical components based on TTC category（b）

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，其分析流程如图4所示。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。

图4 检出化学成分的风险评估分析流程

Fig.4 Flow chart of risk assessment of detected chemical components

由表3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3 重点化学成分评估暴露量

Tab.3 Exposure assessment of key chemical components

注：①bw 表示 body weight（体质量）；大鼠NOEL值：53 mg/［（kg bw）·d］，表示每千克体质量每天无副作用的摄入量为53 mg。

结论

利用全二维气相色谱串联四极杆飞行时间高分辨质谱（GC×GC-QTOF-MS）、超高效液相色谱-四极杆飞行时间高分辨质谱（UPLC-QTOF-MS）和电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)三种先进分析技术，对两种市售电子烟用棉芯样品中的挥发性、半挥发性和非挥发性化学成分进行了非靶向筛查和风险评估。

研究表明，在测试条件下，电子烟用棉芯中的高关注度化学成分暴露量远低于健康指导值，对人体健康产生危害的可能性较低。但研究也指出需要建立电子烟用棉芯化学成分的安全风险评估体系，为后续相关法规的制定提供科学依据。

该研究得到国家重点研发计划项目"入境再生塑料快速鉴别和风险消减技术研究及高值化应用"（2022YFF0607202）的支持。

引用本文

李丹，梁进欣，吴学峰，等. 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.

LI Dan， LIANG Jinxin， WU Xuefeng， et al. Non-targeted screening and risk assessment of highly concerned chemical components in wicking cotton used in e-cigarettes［J］. Tobacco Science & Technology， 2023， 56（9）：42-51.

DOI: 10.16135/j.issn1002-0861.2022.0907

本文节选自《烟草科技》2023年第9期《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》一文。
原文链接：https://www.tobst.cn/cn/article/doi/10.16135/j.issn1002-0861.2022.0907