实验证明:与香烟相比,电子烟的二手烟危害可以忽略不计

 2019-09-04 10:12 

公共卫生组织开展的一些调查开始表明,许多人错误地认为,电子烟与纸烟一样具有潜在的致命性,原因是直观的——电子烟和可燃烟草产品都会产生白色雾气。尤其是不抽烟的人,会本能地觉得电子烟产生的二手烟一样有害。

然而早在去年初,就有一项名为“ 比较电子烟与烟草排放烟雾的致癌性”的研究表明,电子烟蒸气的毒性比传统香烟的烟雾低99%。

来自立陶宛考纳斯理工大学环境技术系的一组科学家,研究确定了电子烟蒸气和可燃烟草烟雾之间耗散时间框架的潜在差异。通过构建一个专门设计的室内模拟室和一个完美控制的通风系统,由Dainius Martuzevicius博士领导的研究人员发现了二者巨大的差别。

用于雾化研究的方案非常详细且非常复杂,以避免任何可能的交叉污染问题。三名特别选择的志愿者将香烟烟雾或电子烟蒸气吹入室内模拟室,同时在房间内放置一个增加了高科技传感器的人体模型,代表一个典型的二手烟受害者。

科学家采用了几种通风,湿度和室温方案,用传感器监测进入腔室的蒸汽或烟雾颗粒的数量,渗入人体模型的呼吸传感器的颗粒的数量,颗粒尺寸以及颗粒完全蒸发所需的时间之类的统计数据。

室温通常在19-23摄氏度之间,并且湿度水平被小心地调节到30-38%之间。同时,人体模型本身被加热到一致的31-34摄氏度,代表典型人类的正常体温。

Martuzevicius团队发现,可燃性香烟产生的烟雾在模拟室内保留30至45分钟,具体取决于湿度,室温和室内通风变化。相反,在相同的相应环境条件下产生的电子烟蒸气,仅在几秒钟内就完全蒸发。

他们表示:烟草和电子烟,每次抽吸后记录的颗粒浓度处于相同的数量级。然而,电子烟雾颗粒浓度在几秒钟内迅速恢复到背景值; 常规卷烟随着连续抽吸而增加,在30-45分钟后恢复到背景水平,时间范围取决于房间通风率。而电子烟无论房间通风状况如何结果不变。

粒度测量表明,呼出的电子烟颗粒小于吸食常规香烟时发出的颗粒,并且在呼气后几乎立即蒸发。

科学家们还确定,传统纸烟产生的烟雾,蒸发时间范围依赖于房间的通风能力。例如,通风系统较差或可能过时的房间会自动转换为较长的烟雾消散率。然而,对于电子烟,通风能力远不是一个重要因素。

这一实验告诉我们,与香烟相比,电子烟的二手烟危害可以忽略不计。

小编翻译了论文原文,有兴趣做更多了解的可以细读全文。

《呼出的电子烟雾与香烟烟雾之间时空分散差异的表征》——发表于《尼古丁和烟草研究》

英国公共卫生部认为,电子烟的危害比传统香烟低约95%,最近的研究表明,这些设备可以帮助吸烟者戒除传统卷烟或减少每天消费的香烟。

电子烟是由电池供电的装置,烟油主要是丙二醇和/或甘油,尼古丁和调味剂组成的液体混合物。在使用过程中,吸入会激活压力敏感回路,加热雾化器并将液体转变成气溶胶(通常称为“蒸气”)。然后,使用者通过吸嘴吸入气溶胶,并以细雾的形式呼出。一些电子烟设备能够使用户手动激活加热元件。

由于电子烟不燃烧烟草,因此不会产生侧流排放或任何烟草烟雾。随着全世界吸烟者越来越多地使用电子烟,公共卫生组织和科学界越来越多地讨论使用此类产品后呼出的气溶胶是否会影响旁观者通过所谓的“呼吸空气质量”。被动吸二手电子烟。许多研究表明,与传统的烟草卷烟相比,呼出的电子烟气溶胶释放化学物质含量非常低。

目前,关于呼出的电子烟气溶胶的动态特性,特别是呼出的“颗粒”,以及它们与传统香烟(从燃烧中连续发出颗粒)时释放的数据有何不同,数据有限。为此,我们研究在使用市售电子烟之后呼出的“颗粒”的空间和时间变化,以及在受控环境条件下在室内吸入常规香烟期间释放的那些,考察他们的差异。

方法:实验室

步入式房间模拟环境室被本研究使用(表面积:13米2 ;体积:35.8米3)(图1中)。室内的墙壁、地板和天花板使用传统的建筑材料制造,例如涂漆的干墙,聚氯乙烯衬里和面板天花板。腔室允许精确控制温度,相对湿度和空气交换率。室温为19℃-23℃,相对湿度为30%-38%。该室配有吸顶式排气扩散器以及空气供应系统,由吸顶式扩散器组成。使用空气处理单元(GOLD 04,Swegon AB,Sweden)控制供气和排气气流以及供气温度。实验期间的供气温度设定为约+ 20℃。

图1

在腔室中安装了一个矩形几何形状的加热人体模型,以模拟坐着的旁观者的位置,其中包括“腿”,此前已被记录为影响人周围气流的重要因素。人体模型的表面面积等于1.7平方米 ; 用织物覆盖,人体模型的表面温度在+ 31℃至+ 34℃范围内,与人体表面温度相似。人体模特坐在木椅上。

空气样本通过安装在旁观者嘴部位置(对应于呼吸区域)的接地铜入口管,抽出并吸入气溶胶仪器,气溶胶仪器位于腔室外部,以最小化由于扩散和蒸发过程引起的颗粒损失。供给腔室的通风空气在热交换器中调节,并用三级F7级过滤预滤器,活性炭过滤器和HEPA H13最终过滤器处理。本研究选择了四向混合通风,因为它通常用于住宅和办公楼。测试了每小时0,1和2次换气的三次通风率。一个0.5×0.5米的多喷嘴供气扩散器与增压箱用于吸顶式空气供应箱。通过将喷嘴指向四个方向来产生四向混合。在实验之前使用基于水和乙二醇的流体的雾机产生的人造气溶胶测试室中的空气分布模式。

在每次运行开始之前,记录背景对照颗粒数浓度(PNC)(开始前3分钟)。确保供应空气中低浓度的气溶胶颗粒(<300颗粒/ cm 3)和气态有机环境化学品(作为总挥发性有机化合物)。在每个实验结束后,用新鲜空气吹扫室,直到气溶胶粒子的浓度达到背景值(即,在实验开始之前的观察值)。监测气溶胶分散的影响足够的时间以达到指数衰减的较低渐近线浓度。

测量方法

使用快速移动粒度分析仪(FMPS)Model 3091光谱仪(TSI,Inc,Shoreview,MN)和电低压冲击器(Dekati Inc,Kangasala,Finland)绘制实时尺寸分离的PNC和样品。两种仪器均以1秒的时间分辨率运行。FMPS测量的气溶胶粒子范围为5.6至560 nm,基于电迁移率测量提供总共32个通道的分辨率。用50-300nm范围内的聚苯乙烯胶乳(PSL)溶液校准粒度,并且使用仪器测量的粒度与PSL样品的实际尺寸之间的关系对FMPS测量的尺寸分布进行后校正。FMPS以10 L / min的样品流速运行,大大减少了由于扩散造成的颗粒取样损失,时间分辨率为每秒一个尺寸分布。电低压冲击器以10L / min的高样品流速操作。电气低压冲击器基于空气动力学直径将气溶胶颗粒分成15个部分(从0.006到10.0μm)。在25mm直径的铝箔基材上收集气溶胶样品。

制品

所有电子烟都是市场上可以购买到的(Fontem Ventures,荷兰制造)。电子烟1是Puritane 1.6%尼古丁烟草味封闭系统一次性电子烟; 电子烟2是蓝色PLUS + 1.8%尼古丁烟草味封闭系统可充电电子烟; 电子烟3是含有1.8%尼古丁烟草味烟油的蓝色PRO可再填充可充电开放系统电子烟。

传统卷烟采用了市场领先的品牌万宝路,焦油、尼古丁和一氧化碳量分别为8毫克,0.6毫克和9毫克。

志愿者

三名使用过电子烟的烟民(年龄:30-45岁,均为男性)。志愿者被告知研究过程以及他们以书面和口头形式参与的自愿性质。在研究开始之前,志愿者给出了他们参与的书面知情同意书。

实验计划和质量保证

该实验以随机全因子设计进行。

将实验设备的通风率和定位调整到适当的设置。在每次通风设置下测量空气速度和温度时间梯度。大多数实验是在四路混合通风供应下进行的。使用额外的风扇在室中完全混合重复几次运行以模拟理想的混合条件,目的是测试排放源和取样入口的定位的影响。

志愿者们进入房间并抽吸传统香烟,或者在距人体模特不同距离的地方吸电子烟。为了便于志愿者之间以及电子烟和传统香烟之间的比较,定义了抽吸的数量和抽吸之间的间隔:对于传统的香烟每30秒一次抽吸,总共五次抽吸;对于电子烟每30秒一次抽吸,总共五次抽吸。

使用FMPS和电气低压冲击器比较PNC的实时测量值; 获得的粒度分布在测试的运行中是可比较的和一致的。此外,重复运行以估计测量的可重复性,重复测量的相对误差小于20%。

获得的PNCs用于估计PNC衰减率。这些通常代表通气,重力沉降,扩散,静电效应和热泳之间的相互作用。其中,由于通风和表面沉积而去除气溶胶颗粒是最重要的。通过一阶微分质量平衡方程的解,即C,描述了颗粒浓度的时间变化Ť= C.0Ë- k tCŤ=C0Ë- ķŤ⁠,其中k是颗粒浓度衰减率(每分钟),t是时间(分钟),C 0是初始颗粒浓度,C t是在时间t测量的颗粒浓度(每立方厘米颗粒)。

结果

PNC的时间变化

图2显示了在使用电子烟1时,PNC在vaper和旁观者(0.5,1和2米)之间的不同距离处的时间变化,每小时换气一次。提供了一名志愿者使用电子烟获得的数据。

图2

在vaper和旁观者(0.5,1和2米)之间的不同距离处,电子烟(电子烟1)的蒸发期间,旁观者位置处的颗粒数浓度的时间变化。每小时换气次数= 1。

一般来说,对于封闭式和开放式电子烟设备系统,电子烟抽吸时间可分为两个明确的“抽吸阶段”:(1)PNC快速增加几个数量级,超过背景水平,最高可达10 6颗粒/ cm 3接着(2)在几秒内非常快速地降低至几乎达到背景水平(与Zhao等人21的发现一致)。

这种时间变化的模式在距离旁观者0.5和1米的距离处是明显的,其中旁观者经历直接呼气进入呼吸区域。增加 - 减少事件的持续时间在4-8秒的范围内,这对应于抽吸的呼气持续时间加上气溶胶到达采样器所花费的时间。在距离2米处,呼出气泡的影响无法清晰观察到。这可能是由于气溶胶颗粒由于室内容积的分散以及快速蒸发而一旦呼出就不能到达旁观者的位置。

单次抽吸后PNC的立即减少可以通过以下几个因素来解释:(1)由于旁观者人体模型的热场加上室通风,气溶胶颗粒在室内的分散,(2)呼出的气溶胶粒子沉积在室内周围表面,或(3)呼出的气溶胶颗粒蒸发成气相化合物。分散机制仅部分解释了PNC水平的这种快速变化。即使颗粒分散在室内体积中,预计这会导致背景浓度明显增加。在常规卷烟的情况下观察到后一种现象:在膨化过后,PNC降低,然后随后增加并随后减少。这种现象归因于室内烟雾颗粒的分散。由于烟草烟雾颗粒的非挥发性和稳定性(在呼出的香烟烟雾+侧流排放物中),它们可能存在于房间中,直到通过通风或潜在的表面沉积除去。相比之下,对于所有电子烟,五次抽吸后的PNC几乎保持与实验前相同的值。这表明腔室中没有残留的颗粒浓度。图3显示了在吸烟或蒸发不同产品类型后20秒开始的旁观者位置的PNC,其中vaper和旁观者之间的距离为0.5米,每小时的空气变化为1。

在吸食传统香烟或蒸发不同电子烟类型后20秒开始的旁观者位置的颗粒数浓度的时间变化。vaper和旁观者之间的距离= 0.5米。每小时换气次数= 1。

对于所研究的所有电子烟类型,PNC总是在雾化期后约10-15秒内恢复到背景水平(<1000个颗粒/ cm 3),并且与腔室通气率无关。相比之下,对于传统卷烟,PNC在30-45分钟后恢复到背景水平,并且取决于暴露室通风率。

PNC的衰变率

单次抽吸后PNC衰变的定量评估证实浓度以15-30 / min或900-1800 / h的速度非常快速地降低。如此高的衰减率值适用于距离旁观者很近的所有电子烟设备和传统香烟。由于气溶胶颗粒(液体或固体)到旁观者的位置和腔室内的分散的较长行进时间,2米的距离导致较低的衰减率。

还注意到在膨化后衰变率的有趣观察。在所有测试的电子烟的情况下,衰变在0.1-0.2 / min的范围内变化(与初始衰减相比低约150倍),或者由于没有观察到可测量的衰变而无法计算。然而,在传统香烟的情况下,在膨化之后,所有位置的腐烂都是显着的,并且导致值小于0.1 / min(与初始衰减相比低400倍),表明气溶胶颗粒从腔室中的移除明显较慢。

针对受控因素(即志愿者,通风率和旁观者的距离)的影响分析了PNC衰减率。在测试所有电子烟的情况下,与旁观者的距离和(在较低程度上)不同志愿者膨化拓扑结构在确定衰变率的变化中起主要作用(p <.05,Kruskal-Wallis方差分析),通风率不是一个重要因素(p > .05)。在2米的距离处,由于最小浓度较小(在10 4 -10 5颗粒/ cm 3的水平),观察到明显更慢的衰变速率)当他们前往旁观者的位置时,到达旁观者和房间内的颗粒分散。

粒度分布

我们观察到在粒度分布方面测试的传统香烟和电子烟产品之间存在一些差异(图4)。在志愿者和旁观者之间的短距离处,在吸烟期间发出的常规香烟的颗粒通常具有300nm的模式,而在使用不同的电子烟产品之后呼出的那些具有较小的模式,约150nm,以及在最低通道(20-30nm)处具有第二模式。最近报道了在15和85nm处呼出的电子烟液滴的两种模式。21在电子烟气溶胶呼出之后,较大的模式迅速转移到较小的尺寸。图4表示在最短距离呼气电子烟后,旁观者位置的粒度分布的时间变化。在图4中,0秒对应于旁观者位置处的PNC的最大值。观察到的颗粒尺寸的快速减小是由于呼出的电子烟(代表所研究的所有电子烟设备)颗粒随时间迅速蒸发的液滴。

呼出类似香烟的一次性电子烟喷雾后旁观者位置的粒度分布的时间变化。0秒对应于旁观者位置处的粒子数浓度的最大值。vaper和旁观者之间的距离= 0.5米。每小时换气次数= 1。

曝光室内的通风率不会显着影响电子烟和传统香烟的粒度分布。通常,由于更有效地除去气相挥发性有机化合物并因此在气相中提供这些化合物的较低分压,预期较高供应速率的通风空气将增加颗粒蒸发速率。然而,与非常快速的颗粒蒸发过程相比,新鲜空气的引入速度要慢得多,因此通风效果不显着。

讨论

在曝光室中进行的实验提供了对在吸食传统香烟期间和在使用电子烟后呼出时发出的“颗粒”的动态特性的更好理解,并且显示了每种产品类型的不同空间和时间曲线。在这项研究中测试了几个参数的影响:产品类型,志愿者,通风率,以及志愿者和旁观者之间的距离。气溶胶颗粒浓度的变化非常迅速,并且与所有研究产品(包括常规香烟)的喷烟的直接影响有关。浓度从背景增加几个数量级,并在使用所研究的电子烟产品期间在10秒内回落至背景浓度,没有进一步增加浓度。对于传统香烟,记录了类似的轮廓,但随后在腔室中的总背景浓度增加,反映了传统香烟燃烧颗粒的稳定性质。

对于所有产品类型(10 6个颗粒/ cm 3),在每次抽吸后释放的空气中的颗粒浓度处于相同的数量级。然而,在连续抽吸后,使用常规香烟,颗粒浓度增加至50 000个颗粒/ cm 3,同时保持在背景水平(<1000个颗粒/ cm 3))用电子烟测试。我们还观察到传统香烟和电子烟在粒径方面的显着差异。实际上,对于传统香烟,释放的颗粒具有约300nm的主模式,并且该粒度分布不受志愿者和旁观者之间的距离的影响。在使用所有测试的电子烟之后呼出的颗粒较小(约150nm),并且观察到距离旁观者更远的颗粒尺寸的缩小。

与Bertholon等人的研究结果一致。17和赵等人,21我们的结果证实,在使用电子烟期间呼出的“颗粒”是高度挥发性的液滴,在呼气后几秒钟内蒸发,与传统香烟不同。使用人类志愿者获得这样的结果以产生真实的呼出气溶胶,而不是机器产生,从而产生真实的使用条件。距电子烟使用者2米范围内,与1米或更近的相比,吸入颗粒相化合物的概率显着降低,表明与颗粒相关的潜在最小暴露量为空气污染物。由雾化引起的室内空气中颗粒的变化可能仅通过直接读取气溶胶仪器记录,具有高时间分辨率(不小于1秒)并且能够测量直径小于300nm的颗粒。

本文开发的方法可以进一步应用于研究其他类型的电子烟产品中的颗粒排放,因为雾化液的成分以及用于产生气溶胶的技术可能会影响呼出的空间和时间分布。气溶胶。一些差异也可能与不同的电子烟用户抽吸形貌和给定房间中的用户数量有关,其中粒子凝结的影响可能在较高浓度的呼出气溶胶中发生。此外,环境温度和相对湿度的影响也可以被认为是影响呼出的液滴中的挥发性化合物的蒸气压的物理参数。

还应注意,先前观察到挥发性有机化合物的浓度随着颗粒相化合物的蒸发而在室内空气中增加。增加的尼古丁,甘油,和丙二醇,9,10种痕量浓度的醛(作为副产物的e-液体成分的热击穿的16)已报道在环境空气下列电子烟使用尽管远低于室内空气质量指南。预计这些观察结果与粒子特异性效应无关。

结论

我们的结果表明,在使用所测试的电子烟装置之后呼出的颗粒,实际上是由来自烟油的挥发性化合物构成的液滴。这些颗粒蒸发得非常快,并在抽吸后10-15秒消失,转移到蒸汽挥发性有机化合物中。相比之下,来自传统香烟的颗粒主要是非挥发性或半挥发性颗粒,其比来自电子烟的颗粒稳定得多。这些颗粒的去除时间(分钟)要长得多,并且取决于房间的通风率。

这里提供的数据突出了影响电子烟雾呼出后粒子动力学的几个因素,并显示了电子烟和传统卷烟之间明显和实质性的差异。该研究是在具有恒定环境条件(温度和相对湿度)的受控环境中进行的,并且应该在改变环境参数的现实环境中进行验证,以更好地理解粒子动力学现象。

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