Qualitative and Quantitative Analysis of Electronic Cigarette Liquids using Gas Chromatography Orbitrap Mass Spectrometry

Význam tématu

Elektronické cigarety představují rychle rostoucí segment trhu s nikotinovými produkty a obsah jejich kapalin (e-liquidů) zahrnuje široké spektrum aromatických sloučenin, rozpouštědel a dalších přísad, jejichž dlouhodobé účinky na lidské zdraví nejsou dosud plně známy. Vysoce přesná identifikace a kvantifikace těchto složek je klíčová pro hodnocení rizik, regulaci a zajištění kvality výrobků.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo demonstrovat využití vysokorozlišovacího GC–Orbitrap MS (Exactive GC Orbitrap) pro cílenou i necílenou analýzu e-liquidů. Studie se zaměřila na detekci známých škodlivých a potenciálně škodlivých složek (HPHCs dle FDA) a na kvantitativní stanovení nikotinu s využitím optimalizované metodiky GC a SPME Arrow extrakce a měkké ionizace.

Použitá metodika

Metoda zahrnovala:

• SPME Arrow extrakci zředěných vzorků vody pro necílenou analýzu a split/splitless kapalný zásun pro stanovení nikotinu.
• Chromatografii na TRACE 1310 GC s TG-WAXMS kapilárním sloupcem a autosamplérem TriPlus RSH.
• Detekci pomocí Exactive GC Orbitrap MS s režimy elektronové ionizace (EI) a chemické ionizace (CI) pro potvrzení molekulárních iontů.
• Optimalizaci parametrů extrakce, chromatografie a hmotnostního analyzátoru pro dosažení hmotnostní přesnosti < 0,5 ppm a rozlišení 60 000.

Použitá instrumentace

• Exactive GC Orbitrap GC-MS (Thermo Scientific)
• TRACE 1310 Gas Chromatograph a TG-WAXMS kapilární kolona
• TriPlus RSH autosampler
• SPME Arrow (statický režim)
• Software TraceFinder pro řízení přístroje, dekonvoluci a shodu s knihovnami

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza e-liquidů pomocí necíleného screeningového pracovního postupu odhalila jak známé složky z FDA seznamu HPHCs, tak neznámé látky pomocí dekonvoluce spekter a knihovních vyhledávání. Klíčové nálezy:

• Úspěšné identifikace aromatických sloučenin (např. p-cymen) i při nízkých hladinách.
• Doplněná potvrzení pomocí CI (pozitivní i negativní režim), poskytující vyšší selektivitu a jistotu identifikace.
• Pro kvantifikaci nikotinu lineární rozsah 46–13792 ng/mL, R2 = 0,9991, < 1 ppm přesnost hmotnosti a reprodukovatelnost < 3 % RSD.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká selektivita a citlivost GC–Orbitrap MS umožňuje spolehlivé zjištění známých i neočekávaných složek v e-liquidech.
• Automatizovaná dekonvoluce a rozsáhlé knihovny zkracují dobu analýzy a zvyšují kvalitu identifikace.
• Měkká ionizace pomocí CI doplňuje EI pro potvrzení molekulární struktury látek bez potřeby drahých standardů.
• Simplifikovaná příprava vzorků (SPME Arrow) zvyšuje efektivitu laboratorní práce.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření využití vysoce rozlišovací hmotové spektrometrie v oblasti kontroly kvality a regulace výparů z elektronických cigaret. Další trendy:

• Integrace pokročilých databází a strojového učení pro automatickou identifikaci nových sloučenin.
• Vývoj nových ionizačních technik pro lepší charakterizaci termolabilních komponent.
• Rozšíření aplikací na analýzu aerosolových částic a chlorovaných či perfluorovaných přísad.
• Zavedení on-line a miniaturizovaných řešení pro rychlé nasazení v terénních podmínkách.

Závěr

Studie potvrdila, že kombinace SPME Arrow s GC–Orbitrap MS nabízející vysoké rozlišení a přesnost hmotnosti, doplněná o režimy EI a CI, představuje robustní a univerzální platformu pro kvali a kvantitativní analýzu e-liquidů. Tento přístup splňuje požadavky regulačních orgánů a zvyšuje spolehlivost výsledků.

Reference

• Barrington-Trimis JL; Samet JM; McConnell R. Flavorings in electronic cigarettes: an unrecognized respiratory health hazard. JAMA. 2014;312(24):2493–2494.
• U.S. FDA. Harmful and Potentially Harmful Constituents in Tobacco Products and Tobacco Smoke: Established List. 2018.
• U.S. FDA. Guidance for Industry: Reporting HPHCs in Tobacco Products Under Section 904(a)(3) of the FD&C Act. Draft Guidance. 2012.
• U.S. FDA. Guidance for Industry: Premarket Tobacco Product Applications for ENDS Under Section 910. Draft Guidance. 2018.
• European Commission. The Tobacco Products Directive (2014/14/EU). Official Journal of the EU; 2016.
• World Health Organization. WHO Framework Convention on Tobacco Control. 2003.
• Medicines and Healthcare products Regulatory Agency. E-cigarettes: regulations for consumer products. UK GOV; 2018.
• Kremser A; Jochmann MA; Schmidt TC. Systematic comparison of static and dynamic headspace sampling techniques for gas chromatography. Anal Bioanal Chem. 2016;408:943–952.