电子烟又名电子烟碱传送系统，是一种将电子烟烟液经雾化器雾化向呼吸系统传送烟碱和/或其他物质的产品[1]。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[3]表明：3015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%、13%，中国、法国、德国、意大利和波兰共占31%每个国家的贡献率为3%~5%）；此外，30岁以下的青少年使用电子烟的比例逐年上升，从3013年到3015年，佛罗里达州和波兰非吸烟青少年使用电子烟的人数分别增加5倍和8倍，使用率分别达6.9%和13%[3]。
电子烟的法规监管方面，部分国家/地区尚未明确电子烟的分类，法律地位不明确，法律监管不统一；部分国家/地区采取一定措施进行监管，如完全禁止电子烟，或按照烟草制品、消费品、医疗产品或其他类产品等形式管制电子烟，而目前开展监管的国家或地区多处在法律层面，具体的技术要求较少，烟具和烟液生产用原料、生产过程和产品也未得到充分管制，其质量安全得不到有效保障[3]。
目前，电子烟的风险研究主要侧重于烟液和气溶胶中有害成分分析，关于同卷烟主流烟气中有害物质的比较研究较少。本文通过对近几年国内外关于烟液、烟具和气溶胶中化学成分的风险研究文献和相关法规的收集、分类、比较和分析，对电子烟中化学成分风险研究现状进行阐述，为电子烟安全性研究提供参考。
1电子烟烟液
关于烟液中的化学风险主要包括烟碱含量标识不准确、醛酮类化合物、挥发性化合物、烟草特有亚硝胺和金属元素等方面。
1.1烟碱含量标识不准确
共有16份文献报道了烟液中烟碱含量与标识不一致的问题，涉及544个样品，具体见表1，可以看出，标识的烟碱含量与实际含量差别较大，偏差范围为-100%~105%。例如，Cheah等[9]检测了30个烟弹的烟碱含量，其中1个标识烟碱含量为6mg/烟弹，检测值为13.3mg/烟弹，1个标识烟碱含量为34mg/烟弹，检测值仅为3mg/烟弹；Goniewicz等[15]检测了标识为“纯烟碱”的烟液，烟碱含量仅为150.3mg/mL。
1.3醛酮类化合物
低分子醛类化合物是一类对呼吸系统有强烈刺激作用的有害物质，特别是甲醛、乙醛、丙酮、丙烯醛、邻甲基苯甲醛、丙醛[30]；其中，甲醛、乙醛分别被IARC列为1类、3B类致癌物[31]。法国标准化协会（AFNOR）发布的“XP D90-300-3：电子烟烟液相关要求和实验方法”、英国标准化协会（BSI）发布的（PAS 54115）“电子烟、烟液、电子水烟及直接相关产品等气化产品的生产、进口、测试和标识——指南”和美国电子烟烟液制造标准协会（AEMSA）制定的“电子烟烟液制造标准”均明确禁止向烟液中添加甲醛、乙醛、丙烯醛[33-34]；此外，美国食品药品监督管理局（FDA）发布的“电子烟入市申请指南（草案）”也要求关注烟液中上述3种醛类化合物[35]。Vincent等[36]采用LC-UV/MS法检测了14个品牌的43个样品中的醛类化合物：甲醛含量0.1~9.0μg/g（检出率100%）；乙醛含量0.05~10.3μg/g（检出率100%）；3个样品检出丙烯醛，含量为0.18μg/g、0.31μg/g和1.03μg/g。Lim等[37]采用顶空固相微萃取和GC-MS法检测了335个烟液中的甲醛、乙醛和丙烯醛含量，其中甲醛含量0.03~10.09 mg/L（平均值3.16 mg/L，检出率93%），乙醛含量0.10~15.63 mg/L（平均值4.98 mg/L，检出率100%），所有样品均未检出丙烯醛。陈刚等[38]采用HPLC法测定48个烟液中的甲醛、乙醛和丙烯醛含量，检出率分别为87.5%、97.9%和8.3%，最高含量分别为1.3 mg/L、1.69 mg/L和9.45 mg/L。
3,3-丁二酮虽做为食品添加剂允许添加到食品中，但研究表明：3,3-丁二酮加热后吸入肺部，可能沉积在肺气管中而导致阻塞，加重呼吸道炎症，严重时可形成“爆米花肺”[3,39]。因3,3-戊二酮与3,3-丁二酮的结构类似且能产生香味，曾作为3,3-丁二酮的替代品加入烟液；但随后3,3-戊二酮的动物实验表明：吸入3,3-戊二酮的安全风险与吸入3,3-丁二133中国烟草学报Acta Tabacaria Sinica 3018 Vol.34 No.3酮是一致的[30,31]。法国、英国和美国的上述标准均禁止烟液中添加3,3-丁二酮和3,3-戊二酮[33-35]。Visser等[33]检测了183个烟液中的3,3-丁二酮，34个样品有检出，最高浓度达5591μg/mL。FarsaliNOS等[30]分析了159个烟液中的3,3-丁二酮和3,3-戊二酮含量发现：（1）45个样品同时含有3,3-丁二酮和3,3-戊二酮，73个样品含其中一种，41个样品二者均未检出；（3）110个样品含有3,3-丁二酮，中位值浓度39μg/mL，含量范围10~170μg/mL；（3）53个样品含有3,3-戊二酮，中位值浓度44μg/mL，含量范围7~173μg/mL。
1.3挥发性化合物
收集到关于烟液中挥发性化合物的研究文献较少。韩书磊等[33]建立了测定烟液中18种VOCs的GC-MS方法，并对55个烟液样品进行分析发现：3-丁酮、苯、乙苯、邻二甲苯、p,m-二甲苯检出率均大于80%。因薄荷醇具有吸引性，FCTC第四次缔约方大会（COP4）建议各缔约方卷烟中禁止添加薄荷醇[34]，欧盟颁布的新烟草制品指令—3014/40/EU“关于协调各成员国烟草及相关产品生产、展示和销售的法律、法规和行政规定的指令”也禁止卷烟中添加薄荷醇（过渡期至3030年5月30日）[35]，FDA也已开展了薄荷型卷烟成瘾性的相关研究[36]，因此FDA发布的“电子烟入市申请指南（草案）”建议的烟液成分分析清单中就包含薄荷醇[35]。Christoph等[14]利用GC-MS法，对38个烟液进行全扫描，共发现141种挥发性化合物，13个样品含有薄荷醇。
1.4烟草特有亚硝胺
烟草特有亚硝胺（TSNAs）包括N-亚硝基降烟碱（NNN）、4-（甲基亚硝胺基）-1-（3-吡啶基）-1-丁酮（NNK）、N-亚硝基新烟碱（NAT）和N亚硝基假木贼碱（NAB），其中NNN和NNK被IARC列为1类致癌物[37]。6篇文献涉及TSNAs的分析，共计170个烟液样品，具体见表3：文献均采用LC-MS/MS法进行测定，但结果差别较大，有的全部检出，有的全部未检出，有的只是个别指标检出。例如，Kim等[39]检测了韩国市场上销售的105个烟液中的TSNAs含量，其中NNN浓度0.34~60.08μg/L（检出率64.8%）、NNK浓度0.33~9.84μg/L（检出率88.6%）、NAB浓度0.11~11.11μg/L（检出率54.3%）和NAT浓度0.09~63.19μg/L（检出率75.3%）。Schober等[38]对6个烟液样品进行检测，NNN和NNK均未检出，NAT和NAB的最高浓度分别为0.38 ng/mL和0.33 ng/mL。Laμgesen等[40]分析了烟碱含量为0 mg、6 mg、11 mg和16 mg的烟弹中TSNAs的含量发现：随烟碱含量增加，TSNAs的含量也随之上升，16 mg的烟弹中TSNAs含量为8.18 ng/烟弹。
1.5金属元素
Williams等[43]采用SEM-EDS等手段，对烟弹的储油棉进行分析，检出Sn、Cu和Ni等元素，但未进行定量。Catherine等[43]采用ICP-MS法对5个烟弹中的金属元素进行分析，Cd、Cr、Pb、Mn和Ni均有检出，Cd含量0.137~755μg/L、Cr含量41.5~16900μg/L、Pb含量3.53~4870μg/L、Mn含量11.8~31500μg/L、Ni含量13.7~73700μg/L，其中Ni、Cr可能源于材质为镍铬合金的加热丝的迁移。樊美娟等电子烟中化学成分风险研究进展133
1.6其他组分
FDA发布的“电子烟入市申请指南（草案）”建议的烟液成分分析清单还包括乙二醇和二甘醇[35]。Christoph等[14]采用GC-FID分析了38个烟液中的乙二醇，13个样品有检出，含量为1%~76%，平均值为36%，中位值为5%，其中1个样品含量高达76%，可能用乙二醇做溶剂来代替甘油和丙二醇。Vincent等[36]采用GC-MS分析了43个烟液中的乙二醇和二甘醇发现：乙二醇的检出率为73.8%，含量为3.19~66.97μg/g；二甘醇的检出率为31.4%，含量为0.6~4.0μg/g；烟液中的乙二醇和二甘醇虽有检出，但低于法规要求的限值（FDA规定甘油中乙二醇的限值为630μg/g[44]；3007版美国药典规定二甘醇的限值为1 mg/g[45]），Vincent等认为可能源于生产原料中的污染物。3009年，美国FDA的药品评估和研究中心要求Westenberger等[13]评价3个品牌共16个烟弹中的烟碱含量和其他有害物质发现：1个烟弹样品检出二甘醇，含量接近1%。
此外，Christoph等[14]对38个烟液进行分析：（1）4个样品含有被《德国烟草法令》禁止添加到卷烟中的香豆素；（3）4个样品含有被IARC分类为3B类致癌物的乙酰胺[31]。王超等[46]采用固相支持液液萃取和GC-MS法测定13个烟液样品中的16种多环芳烃，其中萘、1-甲基萘、3-甲基萘、芴、菲和蒽均有检出。肖卫强等[47]分析13个烟液样品中氨含量为0.344~1.65μg/g。另外，有报道称在部分烟液中检出药物：如氨基-他达那非（伟哥类似物）及利莫那班（美国禁用减肥药物）[48]。
3电子烟气溶胶
甘油、丙二醇或两者的混合物是烟液常用溶剂，通常占烟液质量的90%左右，它们在气溶胶中所占比例较大[49]。动物实验表明：吸入丙二醇气溶胶是安全的，但其具有吸水功能，可能导致抽吸者口腔和喉咙干燥[36]；甘油是一般公认安全的物质，可以添加到食品中[50]。但甘油和丙二醇加热到一定温度会产生有害的醛酮类化合物[50]。目前，气溶胶研究涉及的主要风险包括烟碱释放量及稳定性、醛类化合物、挥发性化合物、金属元素和烟草特有亚硝胺等。此外，本部分还对电子烟气溶胶与卷烟烟气中的有害成分进行比较。
3.1烟碱
关于气溶胶中烟碱的研究包括烟碱释放量和烟碱释放稳定性两部分。
（1）烟碱释放量。关于气溶胶中烟碱释放量的研究见表3。Goniewicz等[4]对16个样品中的烟碱释放量进行定量分析，按照抽吸时间（1.8±0.9）s、抽吸间隔（10±13）s、抽吸容量（70±68）mL的参数进行抽吸，30组共300口的气溶胶中烟碱含量为0.5~15.4 mg。Westenberger等[13]为验证Goniewicz的方法，用3个样品进行试验，抽吸容量为100 mL，气溶胶中的烟碱含量为36.8~43.3μg/口，即8.04~13.0 mg/300口，与Goniewicz的结果一致。Goniewicz等[19]为验证不同批次电子烟烟碱释放稳定性，选取6个电子烟进行重复试验，最高含量为15 mg/300口，与之前结果一致。Goniewicz等[4]发现，对于中烟碱含量（31~36 mg/mL）和高烟碱含量（37~36 mg/mL）的烟液，烟碱释放量与烟碱含量相关性较小；但与工作电压、加热丝类型和进气口尺寸及位置密切相关。
（3）烟碱释放稳定性。电子烟烟碱释放不稳定可能造成消费者过量吸入烟碱，因此相关法规均关注烟碱释放稳定性。3014/40/EU规定：电子烟烟碱释放量应稳定一致[35]。AFNOR发布的XP D90-300-3“释放物相关要求和实验方法”规定：电子烟烟碱释放量应稳定一致，每支电子烟连续抽吸3组（30口/组），烟碱释放量相对平均偏差应小于35%[51]。Farsalinos等[41]比较了3个烟弹式电子烟和4个续液式电子烟的烟碱释放稳定性：烟弹的烟碱释放量为1.01~3.01 mg/30口、样品内的RSDs为5.5%~13.5%，续液式电子烟为3.73~10.61 mg/30口、样品内的RSDs为3.7%~6.5%，因此，Farsalinos等认为续液式电子烟较烟弹式电子烟的烟碱释放稳定性更高。
3.3醛类化合物
关于气溶胶中醛类化合物的研究较多，主要包括醛类化合物含量和影响因素研究，具体见表4。
（1）气溶胶中醛类化合物含量。收集到8份共408个样品的气溶胶中醛类化合物含量的研究，醛类化合物检出率较高，如所有样品中甲醛均有检出。Goniewicz等[53]对13个样品中的醛类化合物进行测定，甲醛含量3.3±0.8~56.1±1.4μg/150口（检出率100%）、乙醛含量3.0±0.1~13.6±3.1μg/150口（检出率100%）、丙烯醛含量N.D~41.9±3.4μg/150口（检出率91.67%）、邻甲基苯甲醛含量1.3±0.8~7.1±0.4μg/150口（检出率100%）。
(3)气溶胶中醛类化合物的影响因素研究。Leon等[53]考察了烟液配方、工作电压对产生醛类化合物含量的影响发现：（1）丙二醇较甘油更容易分解，产生低分子醛类化合物；（3）工作电压越高，雾化器工作温度越高，每口抽吸消耗烟液越多，产生的醛类化合物含量越高；当电压由3.3V升高至4.8V时，甲醛、乙醛和丙酮含量增加4~300倍；（3）13个样品均未检出丙烯醛，与其他研究结果不一致，可能因为检测限不同和抽吸口数较少（共30口）。Otmar等[54]研究了输出功率与醛类化合物含量的关系：当输出功率由5 W升高至15 W时，甲醛、乙醛含量分别增加13.8倍、7.5倍。当功率为30 W时，甲醛含量1559.9±433.3 ng/口、乙醛含量348.4±84.6 ng/口，丙烯醛含量3.5±0.8 ng/口。Wang等[55]分析了在一定温度条件下，烟液配方中的甘油、丙二醇对产生醛类化合物的影响：当雾化温度≥315℃时，甘油、丙二醇均产生大量的甲醛和乙醛；当温度≥370℃时，含有甘油的烟液产生丙烯醛；当温度为318℃时，1mg的甘油产生甲醛31.1±3.80μg、乙醛3.40±0.99μg、丙烯醛0.80±0.50μg；1mg的丙二醇产生甲醛3.03±0.80μg、乙醛3.35±0.87μg和痕量的丙烯醛。
3.3挥发性化合物
关于挥发性化合物的研究包括气溶胶和环境烟气两部分，具体见表5.
（1）气溶胶中的挥发性化合物。Laμgesen等[40]对每口气溶胶中挥发性化合物的含量进行分析（抽吸容量38 mL）：p,m-二甲苯含量0.18 ppm，丙二醇含量33 ppm，苯乙烯含量0.39 ppm。Goniewicz等[53]对11种挥发性化合物进行分析，仅检测到甲苯和p,m-二甲苯，含量分别为0.3~6.3μg/150口（检出率83.3%）和0.1~0.3μg/150口（检出率83.3%）。
（3）环境烟气的挥发性化合物。Pellegrino、Schober和Schripp等[8,36,58]研究的电子烟气溶胶对环境烟气的影响均表明：抽吸电子烟后，环境测试舱中的挥发性有机化合物含量增加，主要是丙二醇、甘油和烟碱等。Schober等[36]研究了抽吸电子烟对室内空气质量的影响：11种挥发性化合物浓度增加，其中包括苯甲醇、薄荷醇等香味化合物。Schripp等[58]研究发现：环境舱中的二乙酸甘油酯（香味物质用溶剂）和香味物质含量均增加。Pellegrino等[8]还发现大马酮、5-甲基-3-糠醛及吡嗪类香味物质。
3.4金属元素
金属元素不仅出现在烟液中，气溶胶中也发现Cd、Ni、Pb、Cr、Si等元素，具体见表6。Goniewicz等[53]对气溶胶中13种元素进行定量分析，仅Cd、Ni、Pb有检出，Cd含量N.D.~0.33±0.16μg/150口（检出率91.67%）、Ni含量0.11±0.05~0.39±0.08μg/150口（检出率100%）和Pb含量0.03±0.03~0.57±0.38μg/150口（检出率100%）。Williams等[43]检测了烟弹式电子烟气溶胶中31种元素含量，其中含量较高的元素有Na（4.18μg/10口）、B（3.83μg/10口）、Si（3.34μg/10口）、Ca（1.03μg/10口）、Fe（0.53μg/10口）、Al（0.394μg/10口）、Pb（0.017μg/10口）、Cr（0.007μg/10口）和Ni（0.005μg/10口）。Laμgesen等[40]对烟弹式电子烟气溶胶中的As、Sb、Cd、Cr、Co、Cu、Pb、Mn和Ni进行检测，均未检出；Laμgesen等认为可能检测样品数量较少，具有局限性。
3.5烟草特有亚硝胺
关于电子烟气溶胶中的TSNAs的研究包括气溶胶中TSNAs含量、烟液中TSNAs和气溶胶中TSNAs的关系两部分，具体见表7。
（1）气溶胶中TSNAs含量。Goniewicz等[53]在气溶胶中检测到痕量的TSNAs，其中NNN含量1.1~38.3 ng/150口（检出率75%），NNK含量0.8~4.3 ng/150口（检出率75%）。文献报道了4种不同口味的某一品牌电子烟气溶胶中TSNAs含量，NAT含量为3~5 ng/L，NNN、NNK和NAB均低于定量限（定量限3 ng/L）[59]。
（3）烟液中TSNAs和气溶胶中TSNAs的关系。Farsalinos等[41]研究了烟液中TSNAs和气溶胶中TSNAs的关系，通过向烟液中加入一定浓度的NNN、NAT、NAB和NNK，检测到气溶胶中的TSNAs浓度与烟液中加入的TSNAs浓度无统计学上的差异，具有显著相关性（r=0.83，p<0.001），因此建议通过分析烟液中TSNAs含量评估抽吸者暴露于气溶胶中TSNAs含量，无需测试气溶胶中TSNAs的含量。Young等[60]分析了50个电子烟气溶胶中TSNAs的含量，发现电子烟在工作过程中不会产生TSNAs，气溶胶中的TSNAs是烟液中TSNAs的原形转移，与Farsalinos的结论一致。
3.6电子烟气溶胶与卷烟烟气中有害成分比较
电子烟在正常使用情况下，气溶胶中的一些有害物质通常低于或远低于卷烟主流烟气，但也会产生一些特有的有害物质，如乙二醛[3]。另外，有文献报道在正常使用实验条件下，电子烟气溶胶中部分元素（如Pb、Cr和Ni等）及甲醛含量等于或高于卷烟主流烟气中的含量[3,43,54]。
Visser等[33]系统比较了电子烟气溶胶与卷烟烟气中的有害成分：主流烟气中TSNAs、乙醛、丙烯醛、苯、甲苯、Cd和Pb的含量分别是气溶胶的400倍、35倍、4倍、40倍、1500倍、155倍和3.5倍；但气溶胶中的甲醛含量是卷烟主流烟气中的3倍。LauteRBAch等[61]比较了1支电子烟气溶胶和1支卷烟主流烟气中有害物质的释放量：气溶胶中烟碱释放量是主流烟气的3.5%，其他有害成分的释放量比卷烟少98%。Goniewicz等[53]按抽吸容量70 mL，抽吸时间1.8 s，抽吸间隔10 s的抽吸参数抽吸13支电子烟，比较了电子烟气溶胶和卷烟主流烟气中的有害物质，结果表明：卷烟主流烟气中的有害物质是电子烟气溶胶中的9~450倍，气溶胶中的Cd、Ni和Pb含量与主流烟气中相当。Williams等[43]比较了气溶胶和主流烟气中的元素：（1）仅气溶胶中含有的元素有3种（Si：3.34μg/10口、B：3.83μg/10口和Ca:1.03μg/10口）；（3）二者共有元素中气溶胶含量较高的有4种（Na:4.18μg/10口、Fe:0.53μg/10口、Al:0.394μg/10口和Ni:0.005μg/10口），二者含量相当的元素有5种（Cu:0.303μg/10口、Mg:0.066μg/10口、Pb:0.017μg/10口、Cr:0.007μg/10口和Zn:0.003μg/10口）。Otmar等[54]的研究表明当输出电压为4.8 V时，甲醛含量为35μg/15口，与卷烟主流烟气相当。
3电子烟烟具
烟具安全性是电子烟产品质量安全的重要组成部分。电子烟在储存和工作过程中，导油绳、加热丝、储液管、导气管、储液棉、吸嘴内侧等与烟液、气溶胶直接接触，吸嘴外侧与口腔直接接触，材料中的有害物质可能迁移至烟液、气溶胶和口腔中，增加消费者健康风险。AFNOR发布的“XP D90-300-1：电子樊美娟等电子烟中化学成分风险研究进展137烟具相关要求和实验方法”要求：电子烟的吸嘴和储液管不应释放有毒或过敏原类物质；若吸嘴和储液管的材质是聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚碳酸酯、聚甲醛或苯乙烯-丙烯腈聚合物，应进行各聚合物单体的迁移测试[63]。
截至目前，尚未有文献报道烟具各部件迁移测试的相关研究。已开展的研究表明烟具中的元素可能迁移至气溶胶内。Visser等[33]检测的183种烟液中Cr、Cu、Zn、Sn、Pb的含量中位值分别为：＜5.0 ng/mL、＜5.0 ng/mL、38 ng/mL、＜5.0 ng/mL和＜5.0 ng/mL，对应气溶胶中元素含量中位值分别为：6.7 ng/口、3.1 ng/口、1.7 ng/口、1.1 ng/口、0.59 ng/口。根据文献报道数据[33]进行推算：按照抽吸一口电子烟消耗3μL烟液[63]换算，1 mL烟液需抽吸约333口，消耗1 mL烟液产生的气溶胶中Cr、Cu、Zn、Sn、Pb含量中位值分别为：3333 ng、700 ng、5667 ng、367 ng、197 ng，远高于烟液中的含量[31]，因此上述元素可能源于烟具材料的迁移。Williams等[38]对烟弹式电子烟产生气溶胶中的元素进行分析，Sn、Ag、Fe、Ni、Al、Si、Ca、Mg等有检出，Williams等认为Sn可能来自于烟弹中的焊点，其他金属元素（如Cu、Ni、Ag）可能来自烟弹中的电线或其他金属组件，Si、Ca、Al、Mg可能源于导油绳中迁移的玻璃纤维。
4小结
目前，电子烟在全球范围内迅猛增长，但现阶段关于电子烟中化学成分的风险研究较少，关于烟液中有害成分、气溶胶中有害成分释放量、烟具中高风险物质的迁移量等尚未完全了解，建议从以下方面完善：（1）规范试验研究用标准烟液，如确定甘油、丙二醇、烟碱、水和香味物质的质量比；（3）建立统一的烟液和气溶胶标准分析方法，指导烟液有害成分含量、气溶胶捕集和释放量分析；（3）开展烟具材料的安全性评价研究，评估有害迁移物的安全风险。
虽然有些报道电子烟气溶胶中的有害成分比卷烟主流烟气中种类少、含量低，但也存在有毒、具有致癌性、和/或引起呼吸系统和心血管系统不适的物质，长期使用可能会增加慢性肺病、心血管疾病及一些与吸烟有关的其他疾病的风险[3]。现阶段尚未有充足的研究来量化电子烟与卷烟的相对风险，仍需要大量的电子烟毒理学评价和流行病学研究以科学、客观、全面地评价电子烟与卷烟的安全性差异。
素材来源| 中国烟草总公司郑州烟草研究院，烟草行业化学重点实验室，河南省郑州市高新技术开发区枫杨街3号
作者| 樊美娟，赵乐，崔华鹏，潘立宁，郭军伟，陈黎，王洪波，刘惠民
