ELIQUIDES & VAPEURS

Pour identifier la correspondance entre ce qui est présent dans le liquide et ce qui est présent dans sa vapeur, tant sur le plan qualitatif que quantitatif, il fallait trouver une méthode d'analyse qui permette de codifier la chimie et la physique du vapotage.

QUE SE PASSE-T-IL AVEC LES ELIQUIDES LORSQU'ILS SE TRANSFORMENT EN VAPEUR

Les activités menées ces derniers mois pour l'analyse des eliquides, grâce à l'utilisation d'une instrumentation de pointe utilisée dans l'analyse de la santé, nous ont conduits à une compréhension approfondie des liquides d'inhalation, ou plutôt de la vapeur qu'ils produisent lors du vapotage. Le projet que nous avions mis en place à la fin du printemps 2016 voulait en effet non seulement identifier les émissions de certaines substances surveillées dans la perspective de la législation européenne TPD, mais surtout comprendre comment et ce qui se passe dans la transition de phase entre le liquide et sa vapeur. Pour identifier la correspondance entre ce qui est présent dans le liquide et ce qui est présent dans sa vapeur, tant sur le plan qualitatif que quantitatif, il fallait trouver une méthode d'analyse qui permette de codifier la chimie et la physique du vapotage.

Après les premières évaluations, nous avons préféré éviter les systèmes SPME car nous ne pouvions pas les considérer comme physiquement similaires au vaping que nous connaissons et utilisons. En effet, la condition dynamique de la production de vapeur, tant du point de vue du flux que de la façon dont les vaporisateurs sont activés, ne nous a pas permis d'identifier dans ces techniques quasi-statiques les conditions expérimentales réalistes que nous voulions reconstituer. Les phases d'adsorption et de désabsorption dans la matrice solide ont ensuite rendu la mesure pas tout à fait fiable.

Au contraire, le système que nous avons développé utilise un système masse-masse qui, avec à sa tête un système d'électrospray, permet d'ioniser la vapeur à la pression atmosphérique (API - Atmospheric Pressure Ionization)en envoyant le flux saturé d'ions dans l' HPLC et en identifiant tous les éléments (composés) présents et en les quantifiant également.

Pour ce faire, nous avons utilisé un atomiseur à une seule coil piloté par un circuit DNA 75 en contrôle de température, gérant et contrôlant avec Escribe les bouffées simulant la " vape ", un calcul de dimensionnement de la pompe à vide nécessaire pour envoyer la vapeur dans la chambre d'ionisation nous a permis de simuler une aspiration de type humain et surtout d'obtenir une répétabilité et une déterminabilité des tests.

La durée des bouffées a été optimisée avec l'entrée d'air extérieur également (qui reproduit la condition de l'effet Venturi par rapport à l'entrée d'air humide prélevé dans un environnement à température et humidité contrôlées) afin d'éviter l'obscurcissement du système dû à l'excès de vapeur, qui dans les premiers moments expérimentaux ne nous a pas permis de faire fonctionner correctement le système en raison de la haute sensibilité de la machine. Le problème de la dilution des analytes est en effet généralement l'un des éléments les plus délicats à mettre au point dans la définition des méthodes de chromatographie en phase gazeuse.

Le travail effectué en synergie par Nutrogenomics et l'EIB a été absolument fantastique. Les résultats obtenus ont également suscité l'intérêt de Bruker qui est le fabricant du système SACI/ESI modifié dans un sens propriétaire et qui fait déjà l'objet d'un brevet antérieur par l'ISB.

La méthode de départ était la technologie brevetée SANIST pour les applications d'analyse biologique et chimique dans le domaine de la santé (Brevets n° 7,368,728 ; Brevets n° 8,232,520) et déjà en service à l'Istituto dei Tumori et dans d'autres établissements hospitaliers comme l'hôpital de Desio.

C'était une prémisse nécessaire, maintenant je vais essayer d'expliquer ce travail mieux et de manière pratique.

Il convient tout d'abord de souligner que les analytes soumis aux tests, étant donné qu'il s'agit d'une situation généralement répandue, peuvent, avant même la fragmentation qui se produit dans la source, se séparer en ions en raison du processus de vaporisation, en raison de principes chimiques et physiques conservateurs, conduit à l'identification d'ions dont la masse moléculaire est la somme de la molécule dont ils sont issus, compte tenu de l'énergie administrée, ce qui est absolument normal que cela se produise lors d'une analyse GC/MS, mais le fait le plus intéressant est qu'une partie de la fragmentation en ions que nous avons découverte est également due à leur vaporisation, c'est-à-dire à l'énergie fournie par le système de vapotage. En fait, certaines molécules qui étaient certainement présentes dans le liquide n'étaient plus présentes sous leur forme originale dans la vapeur, mais seuls leurs ions fragmentés pouvaient être trouvés. La figure montre un exemple de ce qui arrive à la nicotine :

Nous avons analysé d'autres analytes, par exemple la mélatonine, en découvrant dans ce cas qu'il n'était pas possible de la faire "voler", sauf en utilisant un support avec plus de VG, mais toujours en quantités très modestes et sous une forme ionique légèrement réduite qui ne correspondait pas précisément à la molécule à identifier.

À titre d'exemple, imaginez un récipient dans lequel un support, de l'eau, une base neutre ou un solvant, est immergé avec de nombreuses boules colorées de matériaux différents représentant les molécules (arômes, nicotine, autres composés...) présentes dans un mélange à vaper. Il y aura des "boules" plus légères qui pourront "voler" portées par le porteur, d'autres qui resteront là où elles sont et d'autres encore qui se briseront en fragments qui pourront "voler". Un transporteur différent donnera des résultats différents. C'est pourquoi il n'est nullement certain que ce que l'on trouve dans le liquide se retrouvera tel quel dans la vapeur, et encore moins que ce que l'on sait être présent dans une solution à un titre donné se vaporisera complètement et de manière congruente avec la quantité elle-même présente dans le liquide. Les conditions de vapotage, le support (la base utilisée) influencent considérablement les résultats et ceux-ci sont également imprévisibles. On parle souvent des substances toxiques présentes dans les liquides d'inhalation mais on s'arrête souvent à l'analyse du liquide du seul point de vue de la préparation chimique, la TPD a justement mis l'accent sur ce que nous inhalons réellement, c'est-à-dire la vapeur dans le mélange de composés qui la compose.

Le rappel qui précède vise en particulier de tels articles, même de publication récente, qui ont mis en évidence des affirmations généralistes non étayées par des arguments scientifiques adéquats ; il va de soi que la presse ne juge souvent pas utile d'approfondir les arguments, volontairement ou non, avant de rendre l'information publique. La validation de la source et des méthodes devrait être le premier élément pour fournir des informations correctes et ne pas provoquer un alarmisme instrumental.

Aujourd'hui, en effet, les méthodes d'analyse des liquides d'inhalation, bien qu'elles ne soient pas encore encadrées par des normes ISO spécifiques, peuvent être réalisées en cohérence avec la physique du vaping et pas seulement avec la chimie analytique.

Sur la base de la sensibilité et de la méthode d'analyse construite, nous avons ensuite défini des niveaux de cut-off instrumentaux qui tiennent compte à la fois de l'étalon interne de la machine utilisée et du système de vapotage, permettant d'écarter les analytes présents en dessous des seuils définis, sachant que leur écart-type est évalué proportionnellement aux seuils précités et peut donc modifier positivement ou négativement la valeur absolue de la concentration de l'analyte considéré. Ces composés disséminés dans la vapeur peuvent certainement être présents à des seuils infimes dans la phase liquide, mais à quoi cela nous sert-il de le savoir si ce n'est pour la culture scientifique ? Les eliquides sont inhalés, pas bus.

Les seuils de coupure ont été évalués en tenant compte de certains éléments de nature à la fois technologique et physique :

• le volume d'air inspiré et la concentration réelle par inhalation de l'analyte considéré ;
• étalon interne sélectionné pour le fonctionnement du système masse/masse ;
• la signification des valeurs échantillonnées ;

Les analyses des émissions de vapeurs produites par les liquides BlendFEEL et notifiées au portail EU-ECG sont disponibles ici.

Cette approche, et la méthode qui en découle, nous pousse à réaliser avec enthousiasme des études et des vérifications sur les mélanges utilisés pour les bases, par exemple pour évaluer le développement de l'acroléine en fonction du pourcentage de VG présent et du mode d'utilisation du système. Le module Escribe utilisé pour piloter la coil s'est avéré très utile, il semblait avoir été conçu spécifiquement à cet effet, et le fait de connaître la quantité d'énergie administrée et l'interaction moléculaire dans des espaces confinés et réduits et son effet nous a permis d'ouvrir d'autres scénarios dont nous vous parlerons prochainement.