ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ДОСТАВКИ НИКОТИНА

Кочеткова С.К.¹ , Дурунча Н.А.² , Пережогина Т.А.³ , Остапченко И.М.⁴

¹Кандидат химических наук, ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий в г. Краснодаре

²Старший научный сотрудник, ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий в г. Краснодаре

³Старший научный сотрудник, ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий в г. Краснодаре

⁴Старший научный сотрудник, ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт табака, махорки и табачных изделий в г. Краснодаре

ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ДОСТАВКИ НИКОТИНА

Аннотация

В целях создания стандартизированной  методики определения никотина в жидкостях для электронных сигарет (электронных систем доставки никотина, ЭСДН) разработан алгоритм проведения анализа. Определены условия хроматографирования, порядок приготовления стандартного и калибровочных растворов, условия взятия навески и подготовки проб образцов жидкостей и картриджей для ЭСДН. Приведены формулы для расчета  никотина в жидкостях и картриджах для ЭСДН.  Результаты проведенного исследования подтвердили достоверность полученных данных определения содержания никотина в жидкостях для ЭСДН.

Ключевые слова: никотин, электронная сигарета, электронные системы доставки никотина, картридж, хроматография.

Kochetkova S.K.¹ , Duruncha N.A.² , Perezhogina T.A.³ , Ostapchenko I.M.⁴

¹PhD in Chemistry, All-Russian research institute of tobacco, makhorka and tobacco products in Krasnodar

²Senior research employee, All-Russian research institute of tobacco, makhorka and tobacco products in Krasnodar

³Senior research employee, All-Russian research institute of tobacco, makhorka and tobacco products in  Krasnodar

⁴Senior research employee, All-Russian research institute of tobacco, makhorka and tobacco products in Krasnodar

INVESTIGATION OF LIQUIDS FOR ELECTRONIC NICOTIN DELIVERY SYSTEMS

Abstract

The analysis algorithm aimed at the creation of a standardized procedure for the detection of nicotine in liquids for electronic cigarettes (electronic nicotine delivery systems, ENDS) is presented in the paper. The chromatographic conditions, the order of preparation of standard and calibrated solutions, the conditions for taking a sample and preparing samples for liquids and ENDS cartridges are determined. Formulas for calculating nicotine in liquids and cartridges for ENDS are provided. The results of the study confirmed the reliability of obtained data on the determination of nicotine content in liquids for ENDS.

Keywords: nicotine, electronic cigarette, electronic nicotine delivery systems, cartridge, chromatography.

В настоящее время электронные системы доставки никотина (ЭДСН или электронные сигареты) приобретают в России значительную популярность у молодежи - открываются вейп-клубы, продаются жидкости и аксессуары для электронных сигарет. Электронная система доставки     никотина представляет собой ингалятор специального назначения для личного пользования, в процессе работы которого образуется высокодисперсный аэрозоль за счет интенсивного испарения специальной жидкости (Е-жидкости). Получаемый аэрозоль на вдохе и выдохе внешне похож на табачный дым. В составе жидкости  основная массовая доля приходится на глицерин и пропиленгликоль, также присутствуют никотин, ароматизаторы и некоторые вспомогательные вещества. Жидкости для самостоятельной дозаправки картриджей для электронных сигарет выпускаются с различным содержанием никотина, однако могут и не содержать никотин, о чем указывается в составе на этикетке.

В настоящее время стандартизированная методика определения никотина в жидкостях для электронных систем доставки никотина отсутствует, и продукция на рынке не  контролируется уполномоченными органами. Таким образом, существующая проблема определила актуальность цели исследования, проводимого лабораторией химии и контроля качества в 2016 г. - изучение возможности определения никотина в жидкостях для электронных систем доставки никотина и разработка методики определения никотина в жидкостях для ЭДСН.

Для выполнения поставленной задачи был проведен расширенный литературный поиск по проблеме исследования состава жидкостей для электронных систем доставки никотина,  который показал, что не существует стандартизированных методов для характеристики электронных жидкостей. Зарубежными и отечественными аналитическими лабораториями протестированы коммерческие образцы Е-жидкостей в основном на содержание никотина, пропиленгликоля, глицерина и воды. Эти компоненты определяли с помощью методов газовой хроматографии с использованием своих собственных аналитических методов. Для проведения исследований использовали хроматографы, имеющие пламенно-ионизационные детекторы, детекторы по теплопроводности, набивные и капиллярные колонки. При подготовке калибровочных растворов для приготовления разбавителя использовался этиловый спирт, количество калибровочных растворов составляло от 4 до 12, навеска анализируемой жидкости изменялась в пределах 100-1000 мг [1].

Оснащенность высокотехничным оборудованием, химическими реактивами, высококвалифицированными специалистами и наличие разработанной в лаборатории химии и контроля качества ФГБНУ ВНИИТТИ методики определения никотина в табаке с помощью газо-жидкостной хроматографии [2] обусловили возможность разработки методики определения никотина в жидкостях для электронных систем доставки никотина.

В качестве материала для исследования  использовались коммерческие образцы жидкостей и одноразовых картриджей для ЭСДН с различным содержанием никотина. Научные исследования проводились на базе имеющегося в лаборатории химии и контроля качества аналитического оборудования: газожидкостных хроматографов «Agilent 7890B», «Кристалл 2000М», «ЦВЕТ 500». Используемые хроматографы были оснащены различными хроматографическими колонками (набивными и капиллярными) и обеспечивали условия хроматографирования, которые позволяли  количественно разделить пики внутреннего стандарта, никотина и других сопутствующих компонентов.

Предварительно определили условия взятия навески, минимально-детектируемое количество никотина, провели выбор растворителя, подобрали условия хроматографирования. Например, для хроматографа «Agilent 7890B» рекомендуемые условия хроматографирования следующие:

хроматографическая капиллярная колонка длиной – 60 м, диаметром –   0,320 мм, толщина пленки фазы – 0,25 мкм, фаза: DB WAX; температура колонки - 155° С; температура инжектора - 300° С; температура детектора - 300° С; расход газов: газ - носитель – азот - 8 мл/минуту; водород – 30 мл/минуту; воздух – 300 мл/минуту. Длительность анализа –   10 минут.

Также был разработан алгоритм проведения анализа, который включал в себя: приготовление раствора с внутренним стандартом;  приготовление стандартного и калибровочных растворов; построение калибровочного графика; подготовку проб образцов жидкостей и картриджей для ЭСДН; хроматографирование исследуемых образцов; определение плотности жидкостей для ЭСДН; расчет содержания никотина в жидкостях для ЭСДН.

На основании анализа литературного материала и практической работы в качестве базового метода определения никотина в жидкостях и картриджах для ЭСДН был выбран метод CORESTA  № 62 «Determination of nicotine in tobacco products by gas chromatographic analysis», внутреннего стандарта -  хинальдин. При построении калибровочных графиков стандартным веществом никотина являлся никотина салицилат. Массу навески жидкости для ЭСДН приняли в количестве 1000 мг, взвешенной на аналитических весах с погрешностью взвешивания до  0,0001 г. Реактивы, экстрагент, растворы, жидкости и картриджи для ЭСДН выдерживались перед использованием не менее 2 часов в лабораторных условиях (t = 22 ± 2)° C.

Для приготовления стандартного раствора в мерную колбу на 50 мл взвешивали на аналитических весах 0,0926г салицилата никотина (что соответствует 50 мг никотина),  доливали до метки разбавителем и тщательно перемешивали. Концентрация полученного стандартного раствора - 1,0 мг/мл никотина. В качестве разбавителя готовили раствор с внутренним стандартом: в мерную колбу на 1 литр количественно с помощью этилового спирта переносили взятую на аналитических весах навеску хинальдина 0,500 г (внутренний стандарт), до метки доливали этиловым спиртом и тщательно перемешивали.

Для построения калибровочных графиков на хроматографах, участвующих в исследовании,  готовили калибровочные растворы с содержанием никотина 0,05 мг/мл - 1,0 мг/мл. Аликвотную часть (1 мкл) вводили в газовый хроматограф, регистрировали площади пиков (или высот) никотина и внутреннего стандарта. Построение калибровочной зависимости выполняли в соответствии  с инструкцией и программой используемого хроматографа, при этом калибровочные графики были линейными, а линия регрессии проходила через начало координат.

Перед основным исследованием жидкостей для ЭДСН на содержание никотина проводился предварительный анализ жидкостей двумя способами: изменяя навески жидкости и проводя разбавление экстракта. Анализ результатов показал, что при разбавлении экстракта определяемое количество никотина варьировало в большей степени, тогда как при взятии навесок жидкости различной массы эти изменения были меньше.

Рис. 1 - Определение содержания никотина в жидкости для ЭСДН в образце № 7 на различных хроматографах

Наглядным примером может служить определение содержания никотина в жидкости для ЭСДН в образце № 7, представленное на рисунке 1. Как видно из рисунка 1, содержание никотина в случае взятия различных навесок, было определено практически одинаково на всех хроматографах, тогда как при разбавлении экстракта содержание никотина было несколько выше, что свидетельствует о погрешности определения никотина  в результате разбавления.

Результаты определения никотина в исследуемых образцах жидкостей для ЭДСН по каждому хроматографу, представленные в таблице 1,  показали хорошую сходимость результатов между операторами.

Таблица 1- Результаты определения никотина в жидкостях для ЭДСН

№ обр.	Содержание никотина, %
	«Agilent 7890B»			«Кристалл 2000М»			«ЦВЕТ 500»
	номер повторности			номер повторности			номер повторности
	1	2	3	1	2	3	1	2	3
2	0,91	0,91	0,92	0,89	0,90	0,90	0,96	0,95	0,96
3	0,53	0,53	0,53	0,52	0,52	0,52	0,57	0,57	0,57
4	0,23	0,23	0,23	0,22	0,23	0,22	0,26	0,27	0,26
6	0,28	0,27	0,28	0,21	0,22	0,22	-	-	-
8	1,09	1,09	1,09	1,06	1,07	1,06	1,14	1,15	1,14
10	1,43	1,43	1,46	1,41	1,41	1,42	1,48	1,48	1,49
11	0,98	0,98	0,98	0,96	0,96	0,95	1,03	1,02	1,01
12	9,16	9,10	9,04	9,11	9	8,92	9,1	9,12	9,01

Кроме того, расчеты стандартных отклонений и дисперсий для всех образцов жидкостей при определении никотина одним и тем же оператором показали высокую точность полученных результатов.

В целях исследования жидкостей, содержащихся в картриджах для ЭСДН, было проанализировано 8 образцов картриджей, содержание никотина в которых составляло от 0 % до 1,8 % (указание на упаковке).  Подготовка проб для проведения анализа образцов жидкостей и картриджей для ЭСДН несколько отличалась, так как навеску жидкости для ЭСДН взвешивали на аналитических весах, а содержимое картриджа без взвешивания помещали в колбу для анализа, туда же помещали небольшие кусочки фильтровальной бумаги,  которыми был протерт картридж изнутри, чтобы исключить потери жидкости. Таким образом, условия взятия навески зависели от вида продукции. Дальнейшие этапы подготовки пробы проводили аналогично этапам жидкости для ЭСДН. Фактическое содержание никотина в картриджах приведено в таблице 2.

Таблица 2- Результаты определения никотина в картриджах для ЭДСН

№ обр.	Содержание никотина на упаковке, %	Фактическое содержание никотина, мг/картридж
		«Agilent 7890M»			«Кристалл 2000М»		«ЦВЕТ 500»
		1 повт.		2 повт.	1 повт.	2 повт.	1 повт.	2 повт.
1	0	-		-	-	-	-	-
2	0,6	6,22		6,22	6,04	6,08	6,46	6,50
3	1,2		11,76	11,74	11,64	11,60	12,18	12,26
4	1,8		18,14	18,10	18,12	18,20	18,78	18,92
4	1,8 *	18,32		18,36	17,96	18,20	19,04	19,12
5	0	-		-	-	-	-	-
6	0,6	5,92		5,90	5,78	5,82	6,36	6,28
7	1,2	11,16		11,20	11,02	11,02	11,60	11,52
8	1,8	19,72		19,68	19,70	19,62	20,56	20,76
8	1,8 *	20,16		20,12	19,88	19,92	20,88	20,96

Примечание: * - разбавление экстракта в 2 раза

Анализ результатов определения никотина в картриджах показал следующее: в образцах № 1 и № 5 никотин не обнаружен, что соответствует содержанию никотина на упаковке; разбавление экстракта в два раза в образцах № 4 и № 8 повлекло за собой некоторое увеличение определяемого количества никотина; высокую сходимость результатов определения никотина одним и тем же оператором.

Расчет количества никотина в жидкости для электронных систем доставки никотина проводили по уравнению:

или

где:    X – количество никотина, определенное по калибровочному графику или уравнению регрессии, мг/мл;

V  - объем экстрагента, добавленный к жидкости для электронных систем доставки никотина, мл (20 мл);

P  - навеска жидкости для электронных систем доставки никотина, мг;

ρ – плотность жидкости для электронных систем доставки никотина, г/мл.

Расчет плотности жидкости для электронных систем доставки никотина может проводится по формуле:

где:  Мср - среднеарифметическое значение 5 определений массы 5 мл  жидкости для электронных систем доставки никотина, г;

v  - объем жидкости для электронных систем доставки никотина, мл (5 мл).

Расчет количества никотина в картридже для электронных систем доставки никотина проводили по уравнению:

где: X – количество никотина в анализируемой пробе, определенное по калибровочному графику или уравнению регрессии, мг/мл;

V  - объем экстракта, мл (20 мл);

V₁ -  часть экстракта, взятая для разбавления, мл;

V₂ –  объем мерной посуды для разбавления, мл.

На основании результатов проведенных исследований и статистических расчетов были сделаны следующие выводы:

- соблюдение условий хроматографирования и алгоритма проведения анализа позволяют количественно определить содержание никотина в жидкостях для ЭДСН;

- в случае, когда содержание никотина в хроматографируемой пробе жидкости для электронных систем доставки никотина превышает 1,0 мг/мл или является крайним для калибровочного графика, навеску  жидкости следует уменьшить или увеличить так, чтобы получить значение, находящееся внутри калибровочного графика;

- разработанная методика позволяет получить достоверные данные о содержании никотина в жидкостях и картриджах для ЭСДН в целях контроля за данной продукцией на рынке.

Метрологические характеристики метода (повторяемость (r) и воспроизводимость (R)) уточняются и будут приведены после статистической обработки результатов межлабораторных сравнительных испытаний (МСИ), которые проводятся по инициативе ФГБНУ ВНИИТТИ  в соответствии с разработкой проекта национального стандарта ГОСТ Р «Электронные системы доставки никотина. Общие технические условия.

Список литературы / References

1. Кочеткова С.К. Исследование особенностей курения кальяна и электронных сигарет / С.К. Кочеткова, И.М. Остапченко // Материалы региональной научно-практической конференции «Научное обеспечение производства сельскохозяйственной и пищевой продукции высокого качества и повышенной безопасности». – Краснодар: ГНУ ВНИИТТИ., 2011. -  С. 249-256.
2. Лабораторный контроль табачного сырья, нетабачных материалов и табачной продукции. – Краснодар: Просвещение-Юг, 2014. -  С. 79-82.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Kochetkova S.K. Issledovanie osobennostej kurenija kal'jana i jelektronnyh sigaret [Studying peculiarities of waterpipe and electronic cigarettes smoking] / K. Kochetkova, I.M. Ostapchenko // Materialy regional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii «Nauchnoe obespechenie proizvodstva sel'skohozjajstvennoj i pishhevoj produkcii vysokogo kachestva i povyshennoj bezopasnosti” [Materials of regional scientific and practical conference “Scientific provision for manufacturing agricultural and food products of high quality and increased safety”]. – Krasnodar: GNU VNIITTI, 2011. - P. 249-256. [in Russian]
2. Laboratornyj kontrol' tabachnogo syr'ja, netabachnyh materialov i tabachnoj produkcii [Laboratory control of cured tobacco, non-tobacco and tobacco products]. – Krasnodar : Prosveshenie-Yug, 2014. - P. 79-82. [in Russian]