背景
2022年，一张有关法国总统马克龙的办公照片引发热议【图1】。画面中马克龙左手夹着一摞文件，右手则是毫不掩饰地紧握一台电子烟设备。据法国媒体报道，马克龙之前有偶尔抽雪茄的习惯，而如今他也成为了电子烟用户。该产品被证实为来自一家中国公司VOOPOO的旗舰电子烟产品DRAG S。
图1马克龙的办公照片（图片来源于腾讯网https://new.qq.com/rain/a/20230224A05F9H00）
电子烟是用于产生气溶胶供人抽吸的电子传递系统。1963年，美国人赫伯特·吉尔伯特以“无烟气无烟草卷烟”申请了专利，这是最早的电子烟雏形。2003年，中国药剂师韩力发明了第一款现代意义上的电子烟，此后电子烟作为一种新兴雾化产品，在全球飞速发展。根据《2022年电子烟产业出口蓝皮书》，2022年全球电子烟市场规模将超过1080亿美元，当前国内电子烟制造及品牌企业超过1500家，超过7成企业以产品出口海外为主，预计2022年全年电子烟出口总额将达到1867亿人民币。电子烟可以说是中国制造的一张名片，中国深圳生产出了全球90%以上的电子烟，涌现出包括麦克韦尔、悦刻、吉迩等一大批国内外知名科技型雾化企业。
电子烟烟液一般由丙二醇、丙三醇、烟碱和香精香料组成，产品包括烟草、薄荷和水果等多种风味。烟碱是电子烟中最核心的原料，包括天然烟碱和合成烟碱【图2】，天然烟碱是从烟草提取物中分离纯化获得，而合成烟碱是根据有机合成的理论，采用合适的化学试剂作为起始原料，在特定的反应条件下，经过多步的化学反应定向合成而获得。在2016年，进入美国销售的电子烟需要申请PMTA（Premarket Tobacco Application），由于该注册流程耗时耗费巨大，不少新型烟草制品企业企图绕过《联邦食品，药物和化妆品法》对烟草产品定义的监管（只监管含有烟草来源烟碱的产品，合成烟碱不在范围内），该做法一度流行长达数年并饱受争议。2022年3月15日美国总统拜登签署了H.R.2471法案，将《联邦食品、药品和化妆品法》(FD&C)第201节“烟草制品”定义范围从“含有来自烟草的烟碱”扩大至“含有任何来源的烟碱”，赋予FDA对任何烟碱来源的烟草制品的管制权利，其中包括合成烟碱。
图2 烟碱来源（图片来源于https://doi.org/10.1371/journal.pone.0267049.g002）
鉴别电子烟中烟碱是合成烟碱或天然烟碱依然是一大难题。合成烟碱可以为100%合成左旋烟碱、100%合成右旋烟碱、合成消旋烟碱或由合成左旋烟碱异构体及合成烟碱右旋异构体组成的其他任意比例。天然烟草中的烟碱主要是左旋烟碱，新鲜烟草中植物碱中含有93%的左旋烟碱，烟草中几乎检测不到右旋烟碱(约0.2%~0.3%)，但卷烟烟气中的右旋烟碱占总烟碱比例比烟草中略高约为3%，在550℃，左旋烟碱失去手性中心的氢原子，重新与氢原子结合，形成外消旋混合物，右旋烟碱比例约为3%。余晶晶等[1]对20个电子烟烟液及对应的电子烟气溶胶中左旋烟碱和右旋烟碱含量进行分析，结果表明电子烟气溶胶中未检出右旋烟碱，主要是因为电子烟的雾化温度较低，难以发生左旋烟碱转化为右旋烟碱的现象。2022年10月1日国内GB 41700-2022《电子烟》强制性国家标准正式实施，标准规定电子烟雾化物应使用烟草中提取的烟碱，合成烟碱不在使用范围内；而国外大部分国家暂未明确，将合成烟碱纳入烟草产品监管是最有可能的趋势，因此短期内如何鉴别烟碱来源将成为监管机构执法的重要依据之一。
#1
烟碱毒性及体内代谢
烟碱有剧烈毒性，一支香烟所含的烟碱可毒死一只小白鼠，20支香烟中的烟碱可毒死一头牛，一滴烟碱可杀死三匹马。成人的致死量是50~70毫克。S-烟碱的LD50 为0.38 mg/kg，R-烟碱的LD50 为2.75mg/kg[2]。如果将一支雪茄烟或3支香烟的烟碱注入人的静脉内3~5分钟即可死亡。2013年10月，奥地利格拉茨的Bernd Mayer教授认为烟碱的实际LD50应该比当前的数字大10到20倍（500~1000mg，静脉注射）。
目前，大多数的传统卷烟每支含有 10~15 mg 的烟碱，吸烟者从卷烟中的主流烟气中约吸入0.2~3.5mg烟碱，10%的烟碱自尿液原形排出，大部分通过体内代谢形成其他无毒代谢物，尽管烟碱毒性是多方面的，但人体内不会积累，只要不是大剂量连续不断吸烟，一般不会引起烟碱中毒。如果过量吸入，会引起头晕，大量出汗、呕吐、意识模糊等症状。
大量研究表明[3]，R-烟碱的药理作用与S-烟碱相似，但是活性强度不如S-烟碱。由于共有的理化特性（pKa，芳香性及表面积等），两种烟碱对映异构体将具有相同的基本吸收行为。由于对映异构体在特定组织中具有不同的亲和力，因此预期器官之间分布的差异。R-烟碱对烟碱乙酰胆碱受体的中等亲和力和低毒性，R-烟碱可能是治疗神经退行性疾病和吸烟成瘾的潜在药物。
#2
检测方法
烟碱旋光异构体的分离分析方法主要有气相色谱法(GC) 、气相色谱－质谱联用法(GC-MS)、高效液相色谱－二极管阵列检测器法 (HPLC-DAD)、毛细管电泳法、核磁共振法( NMR)[4]、超合相色谱法等。对于含有R-烟碱异构体的样品，上述方法均能初步检测识别，但对于合成纯S-烟碱则难以识别，加速质谱仪法则在该领域展现出较大潜力。
2.1 高效液相色谱仪法
下一代实验室（Next Generation Labs）是少数几个掌握大规模生产无烟烟碱（TFN）的公司之一，现在致力于合成烟碱“用于大规模生产纯（R，S）-烟碱，以及将其用于烟草戒烟或蒸汽用途。对于消旋异构体，可采用手性柱分离左旋异构体及右旋异构体，高效液相色谱法是最常用的方法之一。余晶晶等[5]采用高效液相色谱仪-二极管阵列检测器分析样品，检测波长为261nm，色谱柱为大赛璐手性柱 CHIRALPAK-IC大赛璐（多糖衍生物硅胶涂敷型手性色谱柱），流动相为正己烷/异丙醇(体积比为95:5，含0. 1%二乙胺)，流速1.0 mL·min-1，等度洗脱，实现电子烟烟液中左旋烟碱和右旋烟碱基线分离【图3】。
图3 烟碱异构体的HPLC色谱图
（图片来源于Enthalpy）
2.2 气相色谱仪及联用法
气相色谱法及气质联用技术在烟碱定性定量检测中有大量的应用，主要取决于采用手性柱色谱柱对烟碱异构体进行分离，Moldoveanu等[6]采用两根Rt-gamma DEXsa手性柱（30m×0.25mm×0.25μm） 实现异构体的分离，总分析时间达85min【图4】，样品中的S-烟碱浓度为250μg/mL和R-烟碱浓度为62.5μg/mL。孙谦等[7]采用多维色谱技术实现两种对映异构体的分离，选择性地将第一根色谱柱上的一个或几个馏分切割到第二根色谱柱上。一般地，第一根色谱柱的极性和第二根差异很大，分离机制差异大。在第一根柱上重叠的组分，在第二根上重叠可能性很小，一般可以获得满意的分离。
图4 烟碱异构体的GC-MS色谱图（图片来源于文献https://www.coresta.org/sites/default/files/abstracts/2017_TSRC86_Moldoveanu.pdf）
2.3 旋光仪法
参照《美国药典-国家处方集》USP43-NF38中烟碱的相关标准，配制烟碱浓度为20 mg/mL的乙醇溶液，采用旋光仪测其旋光度，左旋烟碱的比旋光度为-130° ~ -143°，而《欧洲药典》第9版烟碱相关标准为-140° ~ -152°，消旋烟碱的比旋光度为0，测量时存在一定误差，一般以±10°算正常波动，天然提取烟碱为纯左旋烟碱，通过检测样品中的旋光度可初步判断不同烟碱异构体比例，但无法识别纯合成左旋烟碱与天然烟碱，因为他们具备一样的旋光度。旋光仪法可作为高纯烟碱的纯度和来源的初步鉴定方法之一。
2.4 加速器质谱法
加速器质谱法（AMS）是指加速器与质谱分析相结合的一种核分析技术。将待测样品在加速器的离子源中电离，随后将离子束引出并加速，再借助电荷态、荷质比、能量和原子序数的选择，鉴别被加速的离子并加以记录，实现同位素比值的测定。AMS在地球科学、宇宙化学、环境科学、考古学、海洋科学、生命科学等领域得到了极为广泛的应用。美国BETA实验室在此领域一直居于世界领先地位。国内首台加速器质谱仪由中科院地球环境研究所与西安交通大学于2004年联合筹建，从荷兰高压工程公司引进的3MV Tandetron AMS系统，包括加速器大厅、辅助设备房和样品制备室在内的三层大楼的建筑总面积约2500 m2【图5】。
测试原理是通过测量放射性碳同位素14C得到结果，这是一种天然存在的同位素，具有放射性并在动植物死亡后逐渐衰减至消失，时间约为45000年，半衰期为5730±40年。放射性碳测年最常被考古学家使用。100%生物基碳的测试结果表明100%的碳来自于自然环境中生活的植物或动物；而0%则说明所有的碳均来自于石油化学品、煤或其他化石来源。该方法在鉴定电子烟中天然烟碱和合成烟碱得到了大量应用[8]，天然烟碱一般经烟草提取而来，烟草从采摘到提纯一般不过数年，因此天然烟碱的生物基碳结果为100%【图6】，而合成烟碱一般采用了大量有机试剂，大部分有机试剂从煤炭、石油提取及纯化制得，理论上化石碳结果为100%。实际合成过程中可能使用部分天然提取来源的试剂，故合成烟碱的化石碳一般低于100%。根据此依据，加速器质谱法可作为可辨别天然烟碱和合成烟碱的强有利工具。
图5 西安加速器质谱中心（来源于该仪器官网）
图6 天然烟碱（左）和合成烟碱（右）结果（图片来源于Enthalpy）
3 结语
HPLC法、GC法特别适用于合成消旋烟碱或含有R-烟碱异构体的样品，采用手性柱能识别R-烟碱和S-烟碱的比例。LC-MS法可以检测电子烟烟液中是否含有天然烟碱中的特征杂质，但天然烟碱和合成烟碱中的杂质差异是否存在统计学规律还有待进一步研究，天然杂质含量极低，该方法对仪器灵敏度及检测方法要求较高。加速器质谱法是鉴别烟碱来源最准的方法之一，但鉴别电子烟烟液产品中烟碱来源难度大于高纯烟碱来源的样品，因为其是烟碱与其它香精的混合物，需要将电子烟烟液中的烟碱分离纯化获得高纯样品再进行测试。随着合成烟碱异构体的毒理研究深入，当合成烟碱的生产工艺成本压缩到比提取天然烟碱还低时，可能会迎来合成烟碱大放异彩的一天。
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