Лабораторная деятельность по определению никотина в жидкостях для электронных сигарет с использованием газовой хроматографии-масс-спектрометрии Todd Pagano1,*, Morgan R. Bida1, Risa J. Robinson2

Лабораторная деятельность по определению никотина в жидкостях для электронных сигарет с использованием газовой хроматографии-масс-спектрометрии
Todd Pagano1,*, Morgan R. Bida1, Risa J. Robinson2
Аннотация В последние годы распространенность и популярность электронных сигарет (ЭК) заметно возросла, а также быстро увеличился большой рынок их никотиновых растворов многоразового использования (жидкости для электронных сигарет). Эти жидкости для электронных сигарет содержат никотин, вызывающий привыкание и потенциально опасный стимулятор, но часто фактическое содержание никотина значительно отличается от маркировки производителей, отчасти из-за отсутствия правил для этих продуктов. Лабораторная деятельность для студентов бакалавриата была разработана для непосредственного тестирования электронных жидкостей на содержание никотина с использованием газовой хроматографии в сочетании с масс-спектрометрией (ГХ-МС) в качестве средства обучения работе с приборами студентов бакалавриата с использованием аутентичного, реального примера. Мероприятие знакомит с теорией и принципом работы ГХ-МС, стандартом / пробоподготовкой, калибровочными кривыми, внутренними стандартами, выбранным режимом ионного мониторинга работы МС и валидацией метода. Лабораторный эксперимент предназначен для студентов, обучающихся на курсах количественного анализа (таких как аналитическая химия или инструментальный анализ), но его части также подходят для курсов химии более низкого уровня или даже для тех, которые предназначены для смежных специалистов в области здравоохранения или других специальностей. Учитывая нынешнюю популярность ЭК, это занятие может предоставить учебной программе по химии своевременное, реальное и современное приложение, в котором изучается важнейшее содержание курса. Студенты также могут извлечь пользу из внутреннего обсуждения EC, правил и связанных социальных аспектов курения и электронного курения, что может служить вторичным результатом обучения.
1. Введение
За последние несколько лет потребление электронных сигарет (ЭК) увеличилось среди потребителей в США, и в настоящее время в Интернете и в розничных магазинах доступно более 460 брендов [1-3]. ЭК обычно доступны в многоразовой или одноразовой форме. Одноразовые ЭК содержат фитиль, который пропитан раствором, содержащим никотин (электронная жидкость), и не предназначен для повторного заполнения, в то время как многоразовые ЭК имеют резервуар для электронной жидкости и сконструированы таким образом, что их можно заряжать и повторно использовать после пополнения электронной жидкости. -жидкость [4]. С увеличением использования ЭК вырос большой рынок их расходных материалов, и, в частности, существует множество жидкостей для электронных сигарет с разными концентрациями никотина и более 7700 уникальных вкусов [3]. Популярность электронных систем доставки никотина (иногда называемых `` ENDS '') частично объясняется тем, как эти продукты продаются, где компании рекламируют электронные сигареты, а также электронные кальяны, электронные сигары и электронные трубки, а также потенциально безопасные альтернативы традиционному курению табака и надежный метод терапии для прекращения курения [4], [5]. Детальный взгляд на статистику использования ЭК показывает, что использование ЭК и осведомленность о них также растет среди людей студенческого возраста (20-24 года) и младших подростков и подростков (14-20 лет), что указывает на необходимость просвещения по вопросам эти продукты на уровне средней, старшей школы и колледжа [6-8]. Несмотря на растущую популярность и использование этих продуктов, не существует нормативных положений, конкретно касающихся ЕС и их электронных жидкостей. Это особенно очевидно в отсутствии подтверждения заявлений производителя о содержании никотина и доставке. В ЭК исследования показали большие расхождения в количестве никотина в электронной жидкости, заявленном производителем, по сравнению с никотином, обнаруженным прямым химическим анализом [5], [9]. Кроме того, было обнаружено, что доставка никотина потребителю или «эффективность передачи никотина» сильно различается между различными марками / устройствами ЭК [5], [10].
Газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ-МС) - это мощный метод разделения и идентификации соединений, основанный на внутренних различиях в их химических свойствах, и особенно полезный метод определения содержания никотина в электронных жидкостях. У студентов бакалавриата воздействие ГХ-МС часто происходит позже, на последнем этапе обучения, обычно на втором или третьем курсе. Раннее знакомство с этими методами полезно для студентов бакалавриата, потому что данные, относящиеся к ГХ-МС, особенно МС, могут быть использованы в обсуждениях в классе после их первоначального ознакомления, потенциально улучшая общее понимание их учебных программ по химии [11]. Наша лаборатория недавно предложила метод определения никотина в продуктах ЭК с использованием ГХ-МС [5]. Мы модифицировали этот метод для использования в качестве лабораторного эксперимента для студентов бакалавриата по курсу инструментального анализа. Цель этого упражнения - обучить студентов ГХ-МС и связанным методам протокола с использованием электронных жидкостей из ЭК в качестве реального примера. Мы ожидаем, что это мероприятие также повысит осведомленность студентов об ЭК, особенно о расхождениях между заявлениями производителей и измеренным содержанием никотина и доставкой. Эта деятельность «по необходимости знать» использует преимущества современной проблемы, которая может иметь отношение к студентам колледжа, потенциально повышая их мотивацию к изучению ГХ-МС и сопутствующих методов, а также их готовность участвовать в химической лаборатории [12 ], [13]. Этот лабораторный эксперимент лучше всего подходит для курсов аналитической химии, инструментального анализа или химического разделения и хроматографии. На этом занятии изучаются теория и принцип работы ГХ-МС, подготовка стандартов / образцов, калибровочные кривые, внутренние стандарты и выбранный режим ионного мониторинга работы МС. Расширение деятельности, которая также описана здесь, может заключаться в валидации метода и определении аналитических показателей качества (пределы обнаружения, пределы количественного определения и т. Д.). Для достижения этого уровня студентов и обучения некоторым из тех же концепций были разработаны другие виды лабораторной деятельности по качеству [11], [14], [15]. Части этого упражнения также могут быть использованы в общих / вводных химических лабораториях, на курсах химии для смежных программ здравоохранения и даже на курсах химии для специальностей, не связанных с наукой, если, например, инструктор запускает GC-MS для студентов, но имеет студентов рассчитать концентрацию никотина в электронной жидкости по калибровочной кривой. Эта деятельность включает в себя довольно простую процедуру, которая дает четкие и надежные результаты. Кроме того, учащимся может быть интересно узнать, как концентрации никотина, указанные в заявках производителей, отличаются от фактических измеренных количеств.