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剖析烟危害:电子烟成份在温控发热丝下所产生

  近年来,电子烟得到迅猛发展,世界卫生组织《烟草控制框架公约》(FCTC)第七次缔约方大会的报告标明:2015年全球用于电子烟的开支为100亿美元;其中美国、英国分别占56%、12%,中国、法国、德国、意大利和波兰共占21%(每个国家的贡献率为3%-5%)。电子烟已成为国际烟草关注的焦点和发展的热点。

  近期,电子烟面临着危害与吸引未成年人吸烟的问题。对于电子烟危害的关注,有传言说比卷烟危害大,也有说比卷烟危害小。电子烟、加热不燃烧烟草制品最值得关注的就是它的安全性特点与烟雾产生的化学致癌物质。各种研究表明,它的安全性远远高于传统卷烟。就释放物来讲,电子烟是传统卷烟释放物的8%,而加热不燃烧烟草制品是传统卷烟的5%。从细胞毒性的角度来讲,电子烟只有传统卷烟的9%,加热不燃烧烟草制品只有传统卷烟的14% 。由此,电子烟有害成分释放量低于传统卷烟,但长期使用电子烟同样会导致烟碱致瘾性以及一系列的健康问题。

  在探讨电子烟危害问题之前,咱们先分析电子烟成分组成、工作原理、温控加热丝材质和雾化温度对电子烟气溶胶释放量的影响。

  电子烟烟油常用的发烟物质为:天然甘油VG(丙三醇)和PG(丙二醇)的混合物,一般占到烟油的90%以上(质量百分数),其余为尼古丁(烟碱)、食用香料(香气成分)、水、乙醇等成分。

  VG甘油,也就是丙三醇。根据百度百科介绍,甘油的工业生产方法有天然甘油、合成甘油两大类:以天然油脂为原料的方法,所得甘油称为天然甘油;以丙烯为原料的合成法,所得甘油称为合成甘油。天然甘油,全部从动植物脂制皂的副产物中回收提纯,还有多元醇性质,含有酯类、葡萄糖、等还原糖,是食品加工业中通常使用的甜味剂和保湿剂,大多出现在运动食品和代乳品中,使食品爽滑可口;合成甘油,从丙烯合成甘油的多种途径可归纳为两大类,即氯化和氧化,通常使用在工业上。据调研,电子烟一般采用的是天然甘油。

  PG丙二醇,是一种无色无味的粘稠液体,由于具有保湿、抗冻、润滑和良好溶解性等特性,在食品、药品和化妆品中被广泛用作添加剂。同时PG还具有良好的雾化效果,常作为电子烟烟液中的主要雾化剂。

  食用香料,通常用于电子烟中的香料都是食品级的,这就意味着它们已被普遍食用但非吸入。也就是说,“现有的数据与口腔有关,但有巨大的数据空白”。令人惊讶的是,Richie教授的研究表明,并非所有香料导致蒸汽中自由基数目的减少。Richie教授怀疑,某些香料相比其它香料对人体的伤害少些。尽管发现电子烟也有害健康,但它不会退出市场,毕竟它比烟草卷烟危害小。

  尼古丁,又名烟碱,分子式C10H14N2,相对分子质量约为162,是一种广泛存在于植物中的生物碱,具有成瘾性,有毒。可以说烟碱就是烟瘾的根源。通常情况下尼古丁盐是由尼古丁和有机酸反应制得,由此呼吸道不会直接接触到尼古丁,从而降低所谓的刺激感。同时避免了传统卷烟带来的焦油和致癌物质,由于其平滑性,尼古丁盐比其他电子液体具有更高的尼古丁强度,吸收速率比尼古丁快得多。

  当用户在1吸嘴处吸气时,气流经过2气道,穿过8电路板上面的3唛头,唛头即产生电信号,传导到单片机,唤醒MCU、MCU软件设定,开启驱动MOS管(打开通电开关),让9电池的电经过图片中的11顶针,一直通路到7雾化芯上,雾化芯中的发热丝通电将电能转化成热能,温度达到6烟油的沸点,烟油沸腾即产生烟雾。

  在电子烟中“发热丝”是雾化芯重要的组成部分,负责加热、蒸发烟油,从而产生雾气。发热丝也叫“电阻丝”,其实就是金属丝、合金丝,就像“电灯”、“电炉丝”一样,电流经过发热丝制作的线圈就会产生热量。金属自身的电阻丙不是永远固定不变的,会随着温度的变化而改变。目前电子烟的温控技术就是依据金属的这个特性来实现温控功能。举个例子:发热丝在室温下的阻值为0.1Ω,通电后随着温度上,假如到达了100°C,电阻变化为0.13Ω,在200°C的时候有变成了0.15Ω,在300℃的时候变为0.19Ω,根据这样的阻值变化规律,芯片就会计算出发热线圈的温度。而这个阻值变化规律就是“TCR”温度电阻变化系数。

  每一种材质的“TCR”值都是不同的,所以如果使用不同材质的线圈,主机的芯片内部必须要有对应该种材质的TCR数据,才能根据初始电阻通过系数的换算得出线圈变化后的阻值所对应的温度。

  而烟油里各成份受热雾化沸点分别是:PG丙二醇188.2°C,VG甘油(丙三醇)沸点290.9°C,尼古丁247°C,一般食用香料沸点在120-180°C,一般PG丙二醇50%、VG甘油50%比例的烟油沸点在250°C左右。

  目前市场上主流的温控电子烟产品普遍支持钛、镍、不锈钢加热丝。不同的雾化温度及加热丝类型势必会对抽吸品质和感官体验产生直接影响。据中国烟草学术调研,利用电子烟综合测试平台,以组装了静态初始阻值相同的Ti、Ni200和SS316加热丝电子烟为研究对象,考察在180°C—300°C雾化温度范围内电子烟气溶胶中烟碱、丙二醇、丙三醇(甘油)的释放量变化。研究结果表明:三种加热丝动态成分释放量与工作温度呈现较强的正相关;同一雾化温度下,采用Ni200作为加热丝,电子烟气溶胶的烟碱、丙二醇和并三醇释放量是最大的;烟碱在雾化温度为220-240°C之间释放量速度最快,当雾化温度升高到260°C,丙三醇相对释放量高于丙二醇。由此可见,不同的的加热丝和不同的雾化温度范围内电子烟烟液会释放出不同口感的气溶胶。电子烟烟液配方是影响抽吸品质和感官体验核心,“温控”则是必要的保障。

  温控的另外一个特点就是不会烧焦棉花,大多数的芯片在温控模式下都有“干烧保护”功能,防止在没有烟油的情况下烧焦棉花产生糊味,原理很简单,就是通过温控线圈的电阻变化速度来实现的。烟油除了会产生烟雾之外,另一个作用就是给线°C,假设在棉花有烟油的情况下线秒钟,芯片如果检测到线秒钟就达到了该阻值,那么久判定为干烧,因为缺少 了烟油的冷却,线圈温度上升速度会变得更快。

  在自制雾化芯的情况下,镍200的味道和口感要偏淡些,比较柔和。钛丝的温控口感在味道的细节上更加丰富一些。不锈钢丝的温控效果与钛丝类似,只是会在味道重夹杂着一股金属的味道若影若现,也许是不锈钢加热后的特殊味道。

  温控的意义个人认为主要有两个方面:健康问题和提升电子烟的体验度。之前很多“机构”对于电子烟的诟病都是健康问题,又拿不出任何确切的权威检测结果,所以电子烟发热丝的“高温”就成了圈外人对电子烟的担忧之一。虽然没有确切的检测结果,但是过高的温度确实对烟油造成损伤。那电子烟工作的时候线圈到底有多少度呢?通常情况下电子烟发热丝极限不会超过300-400°C,而点燃的香烟温度可达到800°C。虽然这个数据不具有权威性和准确性,但是高温有害确实是不争的事实,过高的温度也很容易烧糊雾化芯。由于温控可以限制发热丝的温度,所以在加热烟油的时候会避免高温破坏掉一些食用香料成份口感。

  有的媒体说电子烟高温加热到到底会产生有害物质,那到底会不会产生有害物质? 依据物理学理论,液体变气体是物理变化,不会产生新的物质。但从化学层面来说,有机物在高温下会发生裂变反应,是化学变化,会产生新物质。首先,我们要了解裂解反应温度:

  而电子烟发热丝温控极限下不会超过300°C-400°C,由此认为,电阻丝温度远远达不到使有机物裂解的温度,不会产生新的物质,至少量不会太多。但是,现在市面上有的温控盒子(能控制电子烟雾化器发热丝温度)确实能将温度控制到400°C以上。有研究表明,设置电子烟油在400度条件下:

  1、VG、PG高温下的产物, 其中在不同温度、不同氮气、氧气含量下对VG、PG进行持续5分钟的裂解实验。如图:

  2、 我们平时吸入电子烟是在空气环境下,空气中氧气含量是21%,氮气78%。可以看到,400度条件下,产生的醛类物质还是相对比较高的。(但需说明的是,这个实验高温裂解时间是5分钟,吸一口电子烟的时间只有几秒钟。)

  3、食用香料高温下产物:很多食品制作都需要加入香精然后高温处理,比如烘焙的饼干、蛋糕、香烟里也有,所以认为这个不是主要问题。

  4、尼古丁高温下产物:电子烟温控发热丝温度在300-400度之间,香烟燃烧温度800-900度。根据裂解反应温度,传统卷烟已达到裂解反应温度范围,由此可见,产生的危害物质,比电子烟更大。

  传统卷烟高温燃烧下发生化学裂解反应,烟雾中产出有7000多种化学成分,93中明确有毒物质,78种是明确致癌物(比如:亚硝胺、苯并芘,以及多种放射性同位素)

  因此,无论是电子烟还是卷烟,都对健康有危害。建议:从不吸烟人群及未满18岁未成年人,请勿吸食人生第一口烟。


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