Toxikologie von E-Zigaretten E-Liquids auf schädliche Zersetzungsprodukte testen

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Fraunhofer Institut für Toxikologie u. Experimentelle Medizin (ITEM)

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Die Verbrauchersicherheit von E-Zigaretten hängt vom verwendeten E-Liquid sowie der Verdampfungstemperatur ab. Eine neue Methode soll kontrollierte Testungen über den gesamten relevanten Temperaturbereich ermöglichen und so die Risikobewertung der E-Liquids verbessern.

E-Zigaretten sind längst vielerorts erhältlich – ob in Supermärkten, an Kiosken oder an Tankstellen. Die Auswahl ist groß und umfasst zahlreiche Modelle, Aromen, Geschmacksrichtungen und Liquids. Was für den Verbraucher zunächst vorteilhaft scheint, hat allerdings auch eine Kehrseite, denn diese Vielfalt erschwert die allgemeine Bewertung des Gesundheitsrisikos von E-Zigaretten. Die darin verwendeten Liquids dürfen nach der Tabakerzeugnisverordnung zwar weder in erhitzter noch in unerhitzter Form ein Risiko für die menschliche Gesundheit darstellen, für viele Inhaltsstoffe ist jedoch gar nicht bekannt, wie sie sich beim Erhitzen verhalten.

Durch das Verdampfen der Liquids könnten für die Gesundheit problematische Komponenten entstehen – insbesondere dann, wenn Substanzen enthalten sind, die zwar bei oraler oder inhalativer Aufnahme als unproblematisch gelten, durch Erwärmung jedoch in andere, toxikologisch bedenkliche Stoffe zerfallen. Noch nicht ausreichend untersucht sind einige Zusatzstoffe und Lebensmittelaromen, die den Geschmack von E-Zigaretten verbessern sollen, die sich ansonsten aus den Hauptbestandteilen Glycerin, Propylenglykol und Nikotin zusammensetzen. „Nikotin ist temperaturstabil, beim Erhitzen auf 500 Grad bleibt es als Molekül erhalten“, sagt Dr. Stefanie Scheffler, Wissenschaftlerin Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM in Hannover. „Anders verhält es sich mit anderen Zusatzstoffen. Ein Beispiel dafür ist das Süßungsmittel Sucralose, das auch in E-Liquids eingesetzt wird. Sucralose ist thermolabil, zerfällt schon bei 120 Grad und bildet Stoffe, die als krebserregend gelten. Daher verzichten immer mehr Hersteller von E-Liquids auf den Süßstoff.“ Die Chemikerin und ihr Team haben es sich zum Ziel gesetzt, die Verbrauchersicherheit von E-Zigaretten zu verbessern.

Weiten Temperaturbereich im Test abdecken

Mit Evape haben die Forschenden nun ein patentiertes System entwickelt, in dem sich E-Liquids im gesamten relevanten Temperaturbereich testen lassen. Dies war bislang nicht möglich, ist jedoch sehr wichtig, weil bei toxikologischen Risikobewertungen berücksichtigt werden muss, dass die Temperatur in E-Zigaretten je nach Modell und integriertem Akku stark variiert. Daher können bei verschiedenen E-Zigaretten unterschiedliche Spalt- bzw. thermische Zersetzungsprodukte entstehen.

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Hersteller müssen zwar toxikologische Daten der Flüssigkeiten sowie ihrer Emissionen offenlegen, doch da diese mithilfe unterschiedlicher kommerziell erhältlicher E-Zigaretten mit diversen Temperaturprofilen erzeugt werden, sind die Ergebnisse bislang nicht universell gültig und vergleichbar. Zielführend wäre es, die verwendeten Inhaltsstoffe entlang des gesamten relevanten Temperaturbereichs von 150 bis 350 Grad testen zu lassen. Derzeit existiert jedoch kein Testsystem, das dieses umfangreiche Test-Szenario ermöglicht und den gesamten Temperaturbereich abdeckt.

Verdampfung unter kontrollierten Bedingungen

Mit Evape wollen die Forschenden am Fraunhofer ITEM diese Lücke schließen: Das portable Laborgerät, das sich an Standard-Analysegeräte anschließen lässt, gewährleistet die Verdampfung unter kontrollierten Bedingungen, sodass die Ergebnisse unabhängig von der verwendeten E-Zigarette und somit vergleichbar sind.

Die Testung verschiedener kommerziell erhältlicher E-Liquids bei variierenden Temperaturen findet unter reellen Bedingungen statt: Das E-Liquid wird schlagartig verdampft, wobei es normaler Umgebungsluft ausgesetzt ist. Eine kontinuierliche Echtzeitmessung der Temperatur stellt sicher, dass eine Überhitzung während des Testens vermieden wird. „Wir tragen kleine Mengen des Liquids auf eine heiße Heizoberfläche auf, wobei es sofort verdampft wird“, erklärt Scheffler den Prozess. „Den Dampf saugen wir ab, überführen ihn in die Analysegeräte und prüfen, welche Substanzen sich im Dampf befinden. Diese können mit den analysierten Stoffen vor dem Verdampfen verglichen werden, um eine Aussage über deren Thermostabilität zu erhalten.“ Erste Ergebnisse belegen, dass das Spektrum der gefundenen Stoffe temperaturabhängig ist.

Qualität und Sicherheit von E-Liquids verbessern

Das neue Testverfahren bietet Herstellern bereits vor der Produktion der E-Liquids die Möglichkeit, potenziell gefährliche Substanzen auszuschließen. Es versetzt sie in die Lage, schnell und effektiv toxikologische Profile für E-Liquids zu erfassen, diese für bestimmte Temperaturbereiche einzuschränken bzw. freizugeben und durch kontinuierliche Echtzeitmessungen der Temperatur alle unter realistischen Bedingungen entstehenden Emissionen zu identifizieren. Darüber hinaus soll das Testsystem Kontrollbehörden künftig bei der Überwachung der auf dem Markt bereitgestellten E-Zigaretten-Liquids unterstützen. „Wir wollen Evape künftig auslizensieren und Laboratorien, Überwachungsbehörden und der Industrie zur Verfügung stellen. Wir streben den Einsatz von Evape als Referenzgerät an, sodass E-Liquids erst nach der Qualitätskontrolle mit unserem Testsystem auf den Markt kommen“, gibt Scheffler einen Ausblick.

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