{"id":45308,"date":"2020-11-01T13:30:00","date_gmt":"2020-11-01T13:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/discover.restek.com\/uncategorized\/analisi-dei-livelli-di-nicotina-e-delle-impurezze-nelle-soluzioni-e-nel-vapore-delle-sigarette-elettroniche\/"},"modified":"2025-11-24T19:24:46","modified_gmt":"2025-11-24T19:24:46","slug":"analisi-dei-livelli-di-nicotina-e-delle-impurezze-nelle-soluzioni-e-nel-vapore-delle-sigarette-elettroniche","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/discover.restek.com\/it\/application-notes-it\/ffan2127-it\/analisi-dei-livelli-di-nicotina-e-delle-impurezze-nelle-soluzioni-e-nel-vapore-delle-sigarette-elettroniche","title":{"rendered":"Analisi dei livelli di nicotina e delle impurezze nelle soluzioni e nel vapore delle sigarette elettroniche"},"content":{"rendered":"\n

Abstract<\/h2>\n\n\n\n

La popolarit\u00e0 delle sigarette elettroniche cresce in maniera esponenziale. Nonostante si tratti di prodotti sempre pi\u00f9 accettati, ben poco \u00e8 stato fatto in merito alla caratterizzazione del loro vapore. Ad oggi, la maggior parte delle ricerche sulle sigarette elettroniche si \u00e8 concentrata sulla caratterizzazione delle soluzioni, che vengono vaporizzate perch\u00e9 l’utilizzatore finale le possa inalare. Il presente studio si \u00e8 concentrato sullo sviluppo di un pacchetto analitico completo per l’analisi rapida e semplice delle soluzioni per sigaretta elettronica e del loro vapore per determinare i livelli di nicotina in esse contenuti e le diverse tipologie di impurezze. Sono stati sviluppati metodi rapidi (<5 min) di gascromatografia con detector a ionizzazione di fiamma (GC-FID) (che utilizzano sia elio sia idrogeno come carrier gas) per la determinazione dei livelli di nicotina presenti nelle soluzioni per sigarette elettroniche. Inoltre, \u00e8 stato sviluppato un semplice metodo di gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) per determinare le impurezze presenti nei liquidi per sigarette elettroniche. Infine, \u00e8 stato sviluppato un dispositivo di campionamento semplice per catturare il vapore delle sigarette elettroniche in un tubo di desorbimento termico (DT), che \u00e8 stato poi estratto termicamente e analizzato tramite lo stesso metodo GC-MS. Questo nuovo approccio \u00e8 stato in grado di fornire livelli rilevabili di composti organici volatili (VOC) e composti organici semivolatili (SVOC), che non sono stati rilevati nei liquidi, da una singola svapata da 40 ml. Tutti e tre i metodi possono essere eseguiti con un GC, due rilevatori e una colonna analitica (Rtx-VMS), riducendo cos\u00ec le risorse richieste e permettendo un facile confronto dei risultati.<\/p>\n\n\n\n

Introduzione<\/h2>\n\n\n\n

Le sigarette elettroniche non bruciano tabacco, ma piuttosto producono un aerosol (senza fiamma o fumo) da un elemento metallico riscaldante alimentato a batteria e una cartuccia che contiene un liquido [1]. Generalmente, il liquido \u00e8 costituito da umettanti (glicole propilenico [1,2-propandiolo] e\/o glicerina), aromatizzanti e nicotina [2]. Quando l’alimentazione di una sigaretta elettronica viene attivata, l’elemento riscaldante vaporizza il liquido per formare una nebbiolina che l’utilizzatore finale pu\u00f2 poi inalare (spesso indicata come \u201csvapo\u201d) [3]. Questo vapore alla vista \u00e8 simile al fumo del tabacco e replica la sensazione calda del fumo nella gola e nei polmoni (spesso indicata come \u201ccolpo di gola\u201d). Queste somiglianze con il fumo del tabacco, unite al gesto della mano che porta la sigaretta alla bocca, hanno abituato rapidamente gli utenti ad utilizzare le sigarette elettroniche [4-6]. Nonostante il loro crescente utilizzo su scala globale [3], si sa ancora poco sul profilo dei componenti chimici delle sigarette elettroniche. La maggior parte degli studi si \u00e8 concentrata principalmente sulla concentrazione di nicotina e di impurezze (ad esempio, nitrosammine) nel liquido delle sigarette elettroniche (e-juice) [7]. Inoltre si sa poco della composizione chimica del vapore, che \u00e8 in definitiva ci\u00f2 a cui gli utilizzatori finali sono esposti [7, 8].<\/p>\n\n\n\n

Solo pochi ricercatori (ad esempio, Goniewicz et al. [7], Kosmider [9] e Schober et al. [8]) hanno tentato di caratterizzare il vapore delle sigarette elettroniche analizzando la presenza di composti organici volatili (VOC), nitrosammine, metalli pesanti e idrocarburi aromatici policiclici (PAH); tuttavia, l’impianto analitico dei loro studi era relativamente complesso e\/o richiedeva l’uso di una macchina per fumo specifica e\/o di una serie di strumenti analitici specifici. Tali requisiti spesso non sono pratici per le analisi di routine in laboratori a contratto. Il presente studio valuta il contenuto di nicotina e di impurezze di varie sigarette elettroniche disponibili in commercio e delle rispettive soluzioni, attraverso metodi GC-FID e GC-MS semplici e rapidi. Inoltre, le emissioni primarie delle sigarette elettroniche sono state analizzate per rilevare VOC e composti organici semivolatili (SVOC) tramite una tecnica semplice e innovativa che unisce il desorbimento termico (TD) con la GC-MS. Verranno discussi i risultati, le tecniche analitiche, gli ostacoli e le soluzioni possibili.<\/p>\n\n\n\n

Dati sperimentali<\/h2>\n\n\n\n

Sigarette elettroniche e liquidi<\/h3>\n\n\n\n

Quattro sigarette elettroniche presenti sul mercato (Tabella I) sono state scelte tra quelle presenti nella classifica “Best E-Cigarettes of 2014”, la top 10 delle sigarette elettroniche recensite da \u201cesperti e utilizzatori\u201d [10]. \u00c8 importante notare che queste quattro sigarette elettroniche sono apparse frequentemente su altri siti di recensioni online all’interno di \u201cTop 10\u201d. Inoltre, questi quattro marchi sono facilmente reperibili presso i rivenditori locali. Tutte e quattro le sigarette elettroniche erano sigarette di \u201cprima generazione\u201d (ossia, generalmente riproducevano le dimensioni e l’aspetto delle normali sigarette) [11] e, ad eccezione del Vendor D, erano monouso. Oltre alle sigarette elettroniche, sono stati acquisiti anche i rispettivi liquidi (ovvero della stessa marca, aroma e concentrazione di nicotina).<\/p>\n\n\n\n

I Vendor A, B e C dichiaravano che la percentuale di nicotina era stata calcolata tramite analisi peso\/peso. Il Vendor D segnalava che il valore indicato in etichetta era stato calcolato tramite analisi vol\/vol; tuttavia, su un lato del flacone di ricarica della soluzione D si indicavano 1.000 mg di nicotina, che \u00e8 in linea con un’analisi peso\/peso (che sembra essere lo standard del settore) o un’analisi peso\/vol. Pertanto, non era del tutto chiara la modalit\u00e0 con cui il Vendor D aveva determinato la concentrazione di nicotina. Al momento della consegna, \u00e8 stato pipettato 1 ml di ciascuna soluzione per sigarette elettroniche con una siringa calibrata su una bilancia tarata per determinare la densit\u00e0 di ciascuna soluzione. Le densit\u00e0 misurate sono state successivamente utilizzate per convertire i valori dell’etichetta riportante l’indicazione peso\/peso in peso\/vol, per consentire la comparazione diretta tra i valori peso\/vol determinati analiticamente utilizzando la seguente equazione:<\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Tabella I:<\/strong> Caratteristiche delle sigarette elettroniche e dei liquidi<\/p>\n\n\n\n

Vendor<\/strong><\/th>% nicotina dichiarata dal Vendor (peso\/peso)<\/strong><\/th>Tipo<\/strong><\/th>Densit\u00e0 misurata (g\/ml)<\/strong><\/th><\/tr><\/thead>
A<\/td>1,8 (18 mg\/1.000 mg)<\/td>Classic Tobacco<\/td>1.1179<\/td><\/tr>
B<\/td>1,2 (12 mg\/1.000 mg)<\/td>Classic Tobacco<\/td>1.1843<\/td><\/tr>
C<\/td>1,2 (12 mg\/1.000 mg)<\/td>Menthol<\/td>1.2006<\/td><\/tr>
D<\/td> 1,8 (18 mL\/1.000 mL)*<\/td>Classic Tobacco<\/td>1.1271<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

*Un’etichetta sulla boccetta della soluzione di ricarica indicava la % di nicotina in termini di % vol\/vol; tuttavia, l’altro lato della boccetta riportava 1.000 mg, che \u00e8 in linea con l’analisi peso\/peso.<\/p>\n\n\n\n

Nicotina<\/h3>\n\n\n\n

Il seguente sistema \u00e8 stato utilizzato per analizzare le concentrazioni di nicotina presenti nel liquido per sigaretta elettronica: un GC Agilent 7890A dotato di detector a ionizzazione di fiamma (FID) Agilent. \u00c8 stata scelta per l’analisi una colonna Rtx-VMS per via della sua capacit\u00e0 unica di separare composti volatili. I parametri GC-FID per entrambi i carrier gas utilizzati, elio e idrogeno, sono riportati in Tabella II. I livelli di nicotina delle soluzioni per sigarette elettroniche sono stati determinati calibrando il GC-FID con uno standard di nicotina tracciabile del National Institute of Standards and Technology (NIST) (cat.#\u00a034085). Lo standard di 1.000 \u00b5g\/ml di nicotina \u00e8 stato diluito in serie con cloruro di metilene per generare una curva di calibrazione esterna a 7 punti (Tabella III). Anche se non esposto, lo standard interno Metodo 8260 della United States (U.S.) Environmental Protection Agency (EPA) (cat.#\u00a030074) \u00e8 risultato essere adatto per il presente lavoro.<\/p>\n\n\n\n

Tutte le soluzioni per sigaretta elettronica sono state diluite cento volte con cloruro di metilene. Questa diluizione \u00e8 stata effettuata per i seguenti motivi: 1) Lavori iniziali con le soluzioni per sigarette elettroniche indicavano che i liquidi avevano una natura relativamente viscosa. Questa viscosit\u00e0 ha determinato la formazione di bolle d’aria nella siringa dell\u2019autocampionatore. Una diluizione di 100:1 ha posto rimedio ad eventuali problemi legati alla viscosit\u00e0. 2) Le soluzioni per sigarette elettroniche scelte per questo studio avevano concentrazioni di nicotina di ~15-25 mg\/ml, valori al di fuori dell’intervallo di concentrazione della curva di calibrazione (Tabella III). Una diluizione di 100:1 ha determinato una riduzione dei livelli di nicotina entro i limiti superiore e inferiore della curva di calibrazione. \u00c8 importante notare che il cloruro di metilene \u00e8 stato scelto come diluente al posto del metanolo poich\u00e9 il picco del solvente metanolo coeluiva con l’etanolo (uno dei principali costituenti delle soluzioni per sigarette elettroniche).<\/p>\n\n\n\n

Tabella II:<\/strong> Sistema di analisi e parametri utilizzati per la quantificazione della concentrazione di nicotina nei liquidi per sigaretta elettronica..<\/p>\n\n\n\n

Agilent 7890A GC-FID<\/strong><\/td><\/tr>
Column<\/strong><\/td>Rtx-VMS, 30 m, 0.25 mm ID, 1.40 \u00b5m (cat.# 19915)<\/td><\/tr>
Injection<\/strong><\/td>Diluted (100:1) electronic cigarette liquid<\/td><\/tr>
Inj. Vol.<\/td>1.0 \u00b5L split (200:1)<\/td><\/tr>
Liner<\/td>Restek Premium Precision liner w\/wool (cat.# 23305.5)<\/td><\/tr>
Inj. Temp.<\/td>250 \u00b0C<\/td><\/tr>
Septum Purge Flow<\/td>3 mL\/min<\/td><\/tr>
Detector<\/strong><\/td>FID @ 250 \u00b0C<\/td><\/tr>
Carrier Gas<\/strong><\/td>He, constant flow<\/td>H2<\/sub>, constant flow*<\/td>H2<\/sub>, constant flow*<\/td><\/tr>
Flow Rate<\/td>2.0 mL\/min<\/td>2.50 mL\/min<\/td>2.50 mL\/min<\/td><\/tr>
Linear Velocity<\/td>44.4 cm\/sec<\/td>67.2 cm\/sec<\/td>67.2 cm\/sec<\/td><\/tr>
Oven<\/strong><\/td>100 \u00b0C to 260 \u00b0C at 35 \u00b0C\/min
(hold 0.25 min)<\/td>		100 \u00b0C to 260 \u00b0C at 54 \u00b0C\/min
(hold 0.15 min)<\/td>		100 \u00b0C to 240 \u00b0C at 35 \u00b0C\/min<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

*Richiede un forno a gradiente rapido<\/p>\n\n\n\n

Tabella III:<\/strong> Curva di calibrazione esterna della nicotina per la quantificazione della concentrazione di nicotina nei liquidi per sigaretta elettronica.<\/p>\n\n\n\n

1.00 mg\/mL Nicotine Standard (cat.#\u00a034085)<\/strong><\/td><\/tr>
Level<\/strong><\/td>\u00b5L of Previous Level<\/strong><\/td>\u00b5L of Methylene Chloride<\/strong><\/td>Total Volume (\u00b5L)<\/strong><\/td>Concentration (mg\/mL)<\/strong><\/td><\/tr>
1<\/td>NA<\/td>NA<\/td>NA<\/td>1.00<\/td><\/tr>
2<\/td>100<\/td>100<\/td>200<\/td>0.500<\/td><\/tr>
3<\/td>100<\/td>100<\/td>200<\/td>0.250<\/td><\/tr>
4<\/td>100<\/td>100<\/td>200<\/td>0.125<\/td><\/tr>
5<\/td>100<\/td>100<\/td>200<\/td>0.063<\/td><\/tr>
6<\/td>100<\/td>100<\/td>200<\/td>0.031<\/td><\/tr>
7<\/td>100<\/td>100<\/td>200<\/td>0.016<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Impurezze<\/h3>\n\n\n\n

Il seguente sistema analitico \u00e8 stato utilizzato per la determinazione qualitativa di eventuali impurezze presenti nelle soluzioni per sigaretta elettronica: un GC Agilent 7890B accoppiato con un detector MS Agilent 5977A. I parametri GC-MS sono riportati in Tabella IV. Anche per questa analisi \u00e8 stata utilizzata una colonna Rtx-VMS in virt\u00f9 della buona performance certificata per i composti volatili.<\/p>\n\n\n\n

Tabella IV:<\/strong> Sistema analitico e parametri utilizzati per determinare le impurezze presenti nelle soluzioni per sigaretta elettronica.<\/p>\n\n\n\n

Agilent 7890<\/strong>B\/5977A GC-MS Parameters<\/strong><\/td><\/tr>
Column<\/strong><\/td>Rtx-VMS, 30 m, 0.25 mm ID, 1.40 \u00b5m (cat.# 19915)<\/td><\/tr>
Injection<\/strong><\/td>Diluted (2:1) electronic cigarette liquid<\/td><\/tr>
Inj. Vol.<\/td>1.0 \u00b5L split (10:1)<\/td><\/tr>
Liner<\/td>Restek Premium 4 mm Precision liner w\/wool (cat.# 23305.5)<\/td><\/tr>
Inj. Temp.<\/td>250 \u00b0C<\/td><\/tr>
Purge Flow<\/td>3 mL\/min<\/td><\/tr>
Oven<\/strong><\/td>35 \u00b0C (hold 1 min) to 250 \u00b0C at 11 \u00b0C\/min (hold 4 min)<\/td><\/tr>
Carrier Gas<\/strong><\/td>He, constant flow<\/td><\/tr>
Flow Rate<\/td>2.0 mL\/min<\/td><\/tr>
Linear Velocity<\/td>51.15 cm\/sec<\/td><\/tr>
Detector<\/strong><\/td>MS<\/td><\/tr>
Mode<\/td>Scan<\/td><\/tr>
Transfer Line Temp.<\/td>250 \u00b0C<\/td><\/tr>
Analyzer Type<\/td>Single quadrupole<\/td><\/tr>
Source Temp.<\/td>230 \u00b0C<\/td><\/tr>
Quad Temp.<\/td>150 \u00b0C<\/td><\/tr>
Electron Energy<\/td>70 eV<\/td><\/tr>
Tune Type<\/td>BFB<\/td><\/tr>
Ionization Mode<\/td>EI<\/td><\/tr>
Acquisition Range<\/td>15 \u2013 550 amu<\/td><\/tr>
Rate<\/td>5.2 scans\/sec<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

Vapore<\/h3>\n\n\n\n

Il vapore della sigaretta elettronica \u00e8 stato analizzato per rilevare i livelli di nicotina e le impurezze intrappolando il vapore su tubi di desorbimento termico. Goniewicz et al. e altri ricercatori hanno utilizzato macchine per fumo (ad esempio, Teague TE-2, Borgwaldt RM20S) per generare e raccogliere l’aerosol delle sigarette elettroniche; tuttavia, per questo studio questa strumentazione non era disponibile [7]. Pertanto, al fine di fornire risultati riproducibili e quantificabili, \u00e8 stato adattato un semplice dispositivo di campionamento (Figura 1) da una siringa da 50 ml gas-tight (cat.#\u00a024761). La siringa \u00e8 stata utilizzata per aspirare 40 ml di vapore in ~4 secondi dalle sigarette elettroniche attraverso un tubo di desorbimento termico in acciaio inox, impaccato con Tenax TA, Carbograph TD e Carboxen 1003 (non condizionato [cat.#\u00a026469] o condizionato [cat.#\u00a026470]). Questo tubo \u00e8 stato scelto sulla base della combinazione ottimale di tre sorbenti per analizzare i VOC nell’intervallo C2-3 fino a SVOC nell’intervallo C30-32. Anche se questo metodo era manuale, \u00e8 stata utilizzata una svapata di ~4 secondi, come suggerito dalle osservazioni di Farsalinos et al. in materia di topografia delle sigarette elettroniche [12]. Oltre alla singola svapata campione, \u00e8 stato analizzato anche un campione di 10 svapate per simulare il regime di un fumatore. Questo campione \u00e8 stato prelevato effettuando manualmente dieci svapate di 4 secondi, separate da intervalli di 10 secondi tra una svapata e l’altra. Il tubo di desorbimento \u00e8 stato poi trasferito al seguente sistema analitico per la determinazione dei VOC e SVOC emessi direttamente da sigarette elettroniche: sistema di desorbimento termico Markes UNITY accoppiato ad un GC Agilent 7890B dotato di un detector MS Agilent 5977A. I parametri del sistema UNITY e del GC-MS sono riportati rispettivamente in Tabella V e Tabella IV.<\/p>\n\n\n\n

Le concentrazioni nei vapori dei VOC selezionati sono state calcolate tramite una curva di calibrazione a 5 punti, generata analizzando una serie di volumi di uno standard primario di 10,0 ppbv (Tabella VI). Lo standard primario di 10,0 ppbv \u00e8 stato generato iniettando 180 ml di una miscela di 1,00 ppmv di TO-15 da 75 componenti + NJ (cat.#\u00a034396) e 180 ml di una miscela di 1,00 ppmv di precursore dell’ozono\/PAMS (cat.n.\u00a034420) in un contenitore sottovuoto da 6 litri SilcoCan utilizzato per il monitoraggio dell’aria (cat.#\u00a027411) e pressurizzato a 30 psig con azoto al 50% di UR. Ochiai et al. [13] hanno dimostrato che una UR del 50% \u00e8 ottimale in termini di stabilit\u00e0. Lo standard \u00e8 stato lasciato a maturazione per 7 giorni.<\/p>\n\n\n

Figura 1:<\/strong>\u00a0Apparato di campionamento minuto di siringa gas-tight per prelevare determinate quantit\u00e0 di vapore dalle sigarette elettroniche in un tubo di desorbimento termico.<\/div>
\n