<abstract xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

In order to assess robustness for the reduction of harmful and potentially harmful constituent (HPHC) levels generated by the Tobacco Heating System 2.2 (THS 2.2), a heated tobacco product, we compared the aerosol of this product with mainstream smoke from the 3R4F reference cigarette under different conditions of temperature and humidity. The desired climatic conditions were achieved by using an air-conditioning system coupled with the smoking-machine housing. Two extreme climatic conditions were selected, representing a “Hot and Dry” climate (30 °C and 35% relative humidity RH) and a “Hot and Very Humid” climate (30 °C and 75% RH). In addition, aerosol and smoke were generated using the standard conditions recognized for smoking-machine analyses of tobacco products (22 °C and 60% RH), which were close to the climatic conditions defined for “Subtropical and Mediterranean” environments (25 °C and 60% RH). The experimental conditions were chosen to simulate the use of THS 2.2 and cigarettes under extreme conditions of temperature and humidity. HeatSticks and cigarettes taken from freshly opened packs were subjected to short-term conditioning from two to a few more days under the same experimental conditions. We analyzed 54 HPHCs in THS 2.2 aerosol and 3R4F cigarette smoke, generated in accordance with the Health Canada Intense (HCI) standard, using modified temperature and humidity conditions for sample conditioning and machine-smoking experiments. We used a volume-adjusted approach for comparing HPHC reductions across the different climatic conditions investigated. Although a single puffing regimen was used, the total puff volume recorded for the 3R4F cigarette smoke varied due to the influence of temperature and humidity on combustion rate, which justified the use of a volume-adjusted approach. Volume-adjusted yields were derived from HPHC yields expressed in mass-per-tobacco stick normalized per total puff volume.
The results indicated that, regardless of the considered climatic conditions, the HPHC levels investigated in THS 2.2 aerosol were reduced by at least 90%, on average, when compared with the concentrations in 3R4F cigarette mainstream smoke. This confirmed the robustness in performance for THS 2.2 to deliver reduced levels of HPHCs under the extreme climatic conditions investigated in this study. In order to further characterize the robustness of these reductions, the lowest reduction performance achieved for individual HPHCs across all climatic conditions was used to define the threshold for a robust reduction. The majority of the 54 HPHCs investigated in THS 2.2 aerosol showed more than 90% reduction. Calculations derived from nicotine-adjusted yields also confirmed robust reductions for all investigated HPHCs. The small differences in absolute reduction between the volume- and nicotine-adjusted approaches were predominantly attributed to a combination of the differences in both nominal nicotine deliveries and total puff volumes between THS 2.2 and 3R4F cigarettes; however, this did not influence the determination of robustness. Our findings confirm the value of this approach for assessing the robustness of a product’s performance under different climatic conditions.
</abstract>

In order to assess robustness for the reduction of harmful and potentially harmful constituent (HPHC) levels generated by the Tobacco Heating System 2.2 (THS 2.2), a heated tobacco product, we compared the aerosol of this product with mainstream smoke from the 3R4F reference cigarette under different conditions of temperature and humidity. The desired climatic conditions were achieved by using an air-conditioning system coupled with the smoking-machine housing. Two extreme climatic conditions were selected, representing a “Hot and Dry” climate (30 °C and 35% relative humidity RH) and a “Hot and Very Humid” climate (30 °C and 75% RH). In addition, aerosol and smoke were generated using the standard conditions recognized for smoking-machine analyses of tobacco products (22 °C and 60% RH), which were close to the climatic conditions defined for “Subtropical and Mediterranean” environments (25 °C and 60% RH). The experimental conditions were chosen to simulate the use of THS 2.2 and cigarettes under extreme conditions of temperature and humidity. HeatSticks and cigarettes taken from freshly opened packs were subjected to short-term conditioning from two to a few more days under the same experimental conditions. We analyzed 54 HPHCs in THS 2.2 aerosol and 3R4F cigarette smoke, generated in accordance with the Health Canada Intense (HCI) standard, using modified temperature and humidity conditions for sample conditioning and machine-smoking experiments. We used a volume-adjusted approach for comparing HPHC reductions across the different climatic conditions investigated. Although a single puffing regimen was used, the total puff volume recorded for the 3R4F cigarette smoke varied due to the influence of temperature and humidity on combustion rate, which justified the use of a volume-adjusted approach. Volume-adjusted yields were derived from HPHC yields expressed in mass-per-tobacco stick normalized per total puff volume.
The results indicated that, regardless of the considered climatic conditions, the HPHC levels investigated in THS 2.2 aerosol were reduced by at least 90%, on average, when compared with the concentrations in 3R4F cigarette mainstream smoke. This confirmed the robustness in performance for THS 2.2 to deliver reduced levels of HPHCs under the extreme climatic conditions investigated in this study. In order to further characterize the robustness of these reductions, the lowest reduction performance achieved for individual HPHCs across all climatic conditions was used to define the threshold for a robust reduction. The majority of the 54 HPHCs investigated in THS 2.2 aerosol showed more than 90% reduction. Calculations derived from nicotine-adjusted yields also confirmed robust reductions for all investigated HPHCs. The small differences in absolute reduction between the volume- and nicotine-adjusted approaches were predominantly attributed to a combination of the differences in both nominal nicotine deliveries and total puff volumes between THS 2.2 and 3R4F cigarettes; however, this did not influence the determination of robustness. Our findings confirm the value of this approach for assessing the robustness of a product’s performance under different climatic conditions.

Robustness of HPHC Reduction in THS 2.2 Aerosol Relative to 3R4F Reference Cigarette Smoke under Extreme Climatic Conditions

<trans-abstract xml:lang="de" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Ziel der vorliegenden Studie war die Überprüfung der Verlässlichkeit der Reduzierung von schädlichen und potenziell schädlichen Bestandteilen (HPHCs) im Aerosol von THS 2.2, einem Tabakerhitzerprodukt, gegenüber dem Hauptstromrauch einer 3R4F-Referenz-Zigarette bei unterschiedlichen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen. Die gewünschten Umgebungsbedingungen wurden mittels eines an das Gehäuse einer Rauchmaschine angeschlossenen Lüftungssystems generiert. Die Studie berücksichtigte ein “heisses und tockenes” Klima (30 °C und 35% RH), ein “heisses und feuchtes” Klima (30 °C und 75% RH), sowie ein “subtropisches und mediterranes” Klima (25 °C und 60% RH). Da letzteres Klima den beim maschinellen Abrauchen von Tabakprodukten standardmässig verwendeten Umgebungsbedingungen (22 °C und 35% RH) sehr ähnlich ist, wurden stattdessen diese verwendet. Um einen möglichst realen Gebrauch von THS 2.2 und 3R4F-Referenz-Zigaretten unter den extremen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitskonditionen zu simulieren, wurden beide Tabakprodukte nach der Entnahme aus den frisch geöffneten Packungen zunächst für eine Dauer von zwei oder wenigen Tagen bei den jeweiligen Umgebungsbedingungen konditioniert. Anschliessend wurden beide Produkte nach Health Canada Intense (HCI) Standardparametern mit modifizierten Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen maschinell abgeraucht und das Aerosol zuletzt auf die Gehalte von 54 HPHCs untersucht.
Es wurden volumennormalisierte Werte für den Vergleich der HPHC-Reduzierung zwischen unterschiedlichen Umgebungsbedingungen herangezogen. Obwohl ein Einzel-Zugverfahren verwendet wurde, variierte das für den 3R4F-Zigarettenrauch erfasste Gesamtzugvolumen, aufgrund des Einflusses von Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf die Verbrennungsrate, was die Verwendung eines volumenbasierten Ansatzes rechtfertigte. Die volumenbasierten Ausbeuten wurden von den HPHC-Ausbeuten abgeleitet, in Masse pro Tabakstick ausgedrückt und auf das Gesamtzugvolumen normalisiert. Unabhängig von den untersuchten Umgebungsbedingungen hat sich gezeigt, dass die im Durchschnitt gemessenen HPHC-Gehalte im THS 2.2-Aerosol mindestens 90% unterhalb der Gehalte im 3R4FHauptstromrauch lagen. Dies bestätigte die Verlässlichkeit der Leistungsfähigkeit von THS 2.2 in der Reduzierung von HPHC-Gehalten unter den in dieser Studie untersuchten extremen Umgebungsbedingungen.
Um die Verlässlichkeit der Reduzierung der einzelnen HPHCs zu charakterisieren, wurde zur Festlegung eines Schwellenwertes für die Verlässlichkeit jenes Ergebnis berücksichtigt, das die geringste Reduzierung unter allen untersuchten Umgebungsbedingungen gezeigt hatte. Die Mehrheit der 54 untersuchten HPHCs im THS 2.2-Aerosol wies eine Reduzierung um mehr als 90% auf. Berechnungen auf der Basis von auf Nikotin normalisierten Werten bestätigten ebenfalls die robuste Reduzierung für alle analysierten HPHCs. Obwohl die absoluten Reduzierungen zwischen volumennormalisierten und auf Nikotin normalsierten Werten eine geringe Differenz aufwiesen, die weitestgehend auf die unterschiedlichen Nikotingehalte und Gesamtzugvolumen im THS 2.2-Aerosol gegenüber dem 3R4FZigarettenrauch zurückgeführt werden konnten, hatte dieser Unterschied keinen Einfluss auf die Reduzierungsverlässlichkeit. Unsere Resultate bestätigen die Aussagekraft des gewählten Ansatzes zur Charakterisierung der Robustheit der Produkteigenschaften unter verschiedenen klimatischen Bedingungen.
</trans-abstract>

Ziel der vorliegenden Studie war die Überprüfung der Verlässlichkeit der Reduzierung von schädlichen und potenziell schädlichen Bestandteilen (HPHCs) im Aerosol von THS 2.2, einem Tabakerhitzerprodukt, gegenüber dem Hauptstromrauch einer 3R4F-Referenz-Zigarette bei unterschiedlichen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen. Die gewünschten Umgebungsbedingungen wurden mittels eines an das Gehäuse einer Rauchmaschine angeschlossenen Lüftungssystems generiert. Die Studie berücksichtigte ein “heisses und tockenes” Klima (30 °C und 35% RH), ein “heisses und feuchtes” Klima (30 °C und 75% RH), sowie ein “subtropisches und mediterranes” Klima (25 °C und 60% RH). Da letzteres Klima den beim maschinellen Abrauchen von Tabakprodukten standardmässig verwendeten Umgebungsbedingungen (22 °C und 35% RH) sehr ähnlich ist, wurden stattdessen diese verwendet. Um einen möglichst realen Gebrauch von THS 2.2 und 3R4F-Referenz-Zigaretten unter den extremen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitskonditionen zu simulieren, wurden beide Tabakprodukte nach der Entnahme aus den frisch geöffneten Packungen zunächst für eine Dauer von zwei oder wenigen Tagen bei den jeweiligen Umgebungsbedingungen konditioniert. Anschliessend wurden beide Produkte nach Health Canada Intense (HCI) Standardparametern mit modifizierten Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbedingungen maschinell abgeraucht und das Aerosol zuletzt auf die Gehalte von 54 HPHCs untersucht.
Es wurden volumennormalisierte Werte für den Vergleich der HPHC-Reduzierung zwischen unterschiedlichen Umgebungsbedingungen herangezogen. Obwohl ein Einzel-Zugverfahren verwendet wurde, variierte das für den 3R4F-Zigarettenrauch erfasste Gesamtzugvolumen, aufgrund des Einflusses von Temperatur und Luftfeuchtigkeit auf die Verbrennungsrate, was die Verwendung eines volumenbasierten Ansatzes rechtfertigte. Die volumenbasierten Ausbeuten wurden von den HPHC-Ausbeuten abgeleitet, in Masse pro Tabakstick ausgedrückt und auf das Gesamtzugvolumen normalisiert. Unabhängig von den untersuchten Umgebungsbedingungen hat sich gezeigt, dass die im Durchschnitt gemessenen HPHC-Gehalte im THS 2.2-Aerosol mindestens 90% unterhalb der Gehalte im 3R4FHauptstromrauch lagen. Dies bestätigte die Verlässlichkeit der Leistungsfähigkeit von THS 2.2 in der Reduzierung von HPHC-Gehalten unter den in dieser Studie untersuchten extremen Umgebungsbedingungen.
Um die Verlässlichkeit der Reduzierung der einzelnen HPHCs zu charakterisieren, wurde zur Festlegung eines Schwellenwertes für die Verlässlichkeit jenes Ergebnis berücksichtigt, das die geringste Reduzierung unter allen untersuchten Umgebungsbedingungen gezeigt hatte. Die Mehrheit der 54 untersuchten HPHCs im THS 2.2-Aerosol wies eine Reduzierung um mehr als 90% auf. Berechnungen auf der Basis von auf Nikotin normalisierten Werten bestätigten ebenfalls die robuste Reduzierung für alle analysierten HPHCs. Obwohl die absoluten Reduzierungen zwischen volumennormalisierten und auf Nikotin normalsierten Werten eine geringe Differenz aufwiesen, die weitestgehend auf die unterschiedlichen Nikotingehalte und Gesamtzugvolumen im THS 2.2-Aerosol gegenüber dem 3R4FZigarettenrauch zurückgeführt werden konnten, hatte dieser Unterschied keinen Einfluss auf die Reduzierungsverlässlichkeit. Unsere Resultate bestätigen die Aussagekraft des gewählten Ansatzes zur Charakterisierung der Robustheit der Produkteigenschaften unter verschiedenen klimatischen Bedingungen.

<trans-abstract xml:lang="fr" xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml">

Dans le but d’évaluer la robustesse au niveau réduction des niveaux de constituants nocifs et potentiellement nocifs (HPHC en anglais), l’aérosol du THS 2.2, un produit de tabac chauffé, a été comparé avec la fumée principale de la cigarette de référence 3R4F, ceci sous diverses conditions de température et d’humidité. Un système de climatisation couplé à l’enceinte de la machine à fumer a été utilisé afin d’atteindre les conditions ambiantes souhaitées. Deux zones climatiques ont été étudiées comme climat chaud et sec (30 °C et 35% RH), climat chaud et très humide (30 °C et 75% RH) et une troisième zone climatique simulée comme climat subtropical et méditerranéen (25 °C et 60% RH). Cette troisième condition étant très proche des conditions ambiantes indiquées dans les normes reconnues pour les analyses réalisées à partir de machines à fumer analytiques (22 °C et 60% RH), a été substituée par cette dernière. Nous avons défini les conditions expérimentales pour simuler l’utilisation du THS 2.2 et de la cigarette de référence 3R4F dans des conditions de température et d’humidité extrêmes après que les sticks de produits soient sortis des emballages fraîchement ouverts et soumis à un bref conditionnement d’au moins deux jours à quelques jours supplémentaires dans les mêmes conditions expérimentales. Cinquante-quatre HPHCs ont été analysés dans l’aérosol THS 2.2 et la fumée de cigarette 3R4F générées selon la norme Heath Canada Intense (HCI) dont seules les conditions de température et d’humidité ont été modifiées pour le conditionnement des échantillons et les fumages analytiques. Un ajustement des taux par le volume a été utilisé dans la présente étude pour comparer la réduction des HPHCs dans différentes conditions ambiantes. Même si un seul régime de bouffées a été considéré, le volume total de bouffées n’était pas constant pour la cigarette 3R4F, en raison de l’influence de la température et de l’humidité sur le taux de combustion, ce qui justifiait l’approche de l’ajustement par le volume. Le niveau des HPHCs ajusté par le volume découle de la masse des HPHCs exprimée par stick de tabac et normalisée par le volume total de bouffées. Nous avons comparé les réductions de concentrations moyennes d’HPHCs (rendements ajustés par le volume) entre les conditions climatiques étudiées. Les résultats ont indiqué qu’indépendamment des conditions climatiques considérées les niveaux moyens des HPHCs étudiés dans les aérosols THS 2.2 ont été réduits d’au moins 90% par rapport aux concentrations générées dans la fumée principale des cigarettes 3R4F. Ceci confirme la performance robuste du THS 2.2 à réduire les taux de HPHCs dans les conditions climatiques extrêmes explorées dans cette étude. Afin de caractériser individuellement la robustesse pour chaque HPHC, la performance de réduction la plus basse observée parmi toutes les conditions climatiques testées a été utilisée pour définir le seuil limite de robustesse de réduction. La majorité des 54 HPHCs étudiés dans les aérosols THS 2.2 ont montré une réduction de plus de 90%. Les calculs effectués à partir des rendements ajustés par la nicotine ont également confirmé la bonne robustesse de réduction sur l’ensemble des HPHCs étudiés. Une légère différence de réduction absolue entre l’ajustement par la nicotine et l’ajustement par le volume a été attribuée principalement à l’influence conjuguée des niveaux respectifs de nicotine et du nombre total de bouffées entre l’aérosol THS 2.2 et la fumée de cigarette 3R4F, toutefois sans remettre en cause l’appréciation de la robustesse. Nos résultats confirment la pertinence de cette approche pour évaluer la robustesse de performance d’un produit dans diverses conditions ambiantes.
</trans-abstract>

Dans le but d’évaluer la robustesse au niveau réduction des niveaux de constituants nocifs et potentiellement nocifs (HPHC en anglais), l’aérosol du THS 2.2, un produit de tabac chauffé, a été comparé avec la fumée principale de la cigarette de référence 3R4F, ceci sous diverses conditions de température et d’humidité. Un système de climatisation couplé à l’enceinte de la machine à fumer a été utilisé afin d’atteindre les conditions ambiantes souhaitées. Deux zones climatiques ont été étudiées comme climat chaud et sec (30 °C et 35% RH), climat chaud et très humide (30 °C et 75% RH) et une troisième zone climatique simulée comme climat subtropical et méditerranéen (25 °C et 60% RH). Cette troisième condition étant très proche des conditions ambiantes indiquées dans les normes reconnues pour les analyses réalisées à partir de machines à fumer analytiques (22 °C et 60% RH), a été substituée par cette dernière. Nous avons défini les conditions expérimentales pour simuler l’utilisation du THS 2.2 et de la cigarette de référence 3R4F dans des conditions de température et d’humidité extrêmes après que les sticks de produits soient sortis des emballages fraîchement ouverts et soumis à un bref conditionnement d’au moins deux jours à quelques jours supplémentaires dans les mêmes conditions expérimentales. Cinquante-quatre HPHCs ont été analysés dans l’aérosol THS 2.2 et la fumée de cigarette 3R4F générées selon la norme Heath Canada Intense (HCI) dont seules les conditions de température et d’humidité ont été modifiées pour le conditionnement des échantillons et les fumages analytiques. Un ajustement des taux par le volume a été utilisé dans la présente étude pour comparer la réduction des HPHCs dans différentes conditions ambiantes. Même si un seul régime de bouffées a été considéré, le volume total de bouffées n’était pas constant pour la cigarette 3R4F, en raison de l’influence de la température et de l’humidité sur le taux de combustion, ce qui justifiait l’approche de l’ajustement par le volume. Le niveau des HPHCs ajusté par le volume découle de la masse des HPHCs exprimée par stick de tabac et normalisée par le volume total de bouffées. Nous avons comparé les réductions de concentrations moyennes d’HPHCs (rendements ajustés par le volume) entre les conditions climatiques étudiées. Les résultats ont indiqué qu’indépendamment des conditions climatiques considérées les niveaux moyens des HPHCs étudiés dans les aérosols THS 2.2 ont été réduits d’au moins 90% par rapport aux concentrations générées dans la fumée principale des cigarettes 3R4F. Ceci confirme la performance robuste du THS 2.2 à réduire les taux de HPHCs dans les conditions climatiques extrêmes explorées dans cette étude. Afin de caractériser individuellement la robustesse pour chaque HPHC, la performance de réduction la plus basse observée parmi toutes les conditions climatiques testées a été utilisée pour définir le seuil limite de robustesse de réduction. La majorité des 54 HPHCs étudiés dans les aérosols THS 2.2 ont montré une réduction de plus de 90%. Les calculs effectués à partir des rendements ajustés par la nicotine ont également confirmé la bonne robustesse de réduction sur l’ensemble des HPHCs étudiés. Une légère différence de réduction absolue entre l’ajustement par la nicotine et l’ajustement par le volume a été attribuée principalement à l’influence conjuguée des niveaux respectifs de nicotine et du nombre total de bouffées entre l’aérosol THS 2.2 et la fumée de cigarette 3R4F, toutefois sans remettre en cause l’appréciation de la robustesse. Nos résultats confirment la pertinence de cette approche pour évaluer la robustesse de performance d’un produit dans diverses conditions ambiantes.

Contributions to Tobacco & Nicotine Research

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

In order to assess robustness for the reduction of harmful and potentially harmful constituent (HPHC) levels generated by the Tobacco Heating System 2.2 (THS...

Robustness of HPHC Reduction in THS 2.2 Aerosol Relative to 3R4F Reference Cigarette Smoke under Extreme Climatic Conditions

Published Online: Jul 17, 2021

Page range: 109 - 126

Received: Dec 04, 2020

Accepted: Mar 30, 2021

DOI: https://doi.org/10.2478/cttr-2021-0008

Keywords
Tobacco Heating System, THS 2.2, reduced-risk product, harmful and potentially harmful constituent, HPHC aerosol chemistry

© 2021 Laurent Poget et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Robustness of HPHC Reduction in THS 2.2 Aerosol Relative to 3R4F Reference Cigarette Smoke under Extreme Climatic Conditions

Published Online: Jul 17, 2021

Page range: 109 - 126

Received: Dec 04, 2020

Accepted: Mar 30, 2021

DOI: https://doi.org/10.2478/cttr-2021-0008

KeywordsTobacco Heating System, THS 2.2, reduced-risk product, harmful and potentially harmful constituent, HPHC aerosol chemistry

© 2021 Laurent Poget et al., published by Sciendo

This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Keywords
Tobacco Heating System, THS 2.2, reduced-risk product, harmful and potentially harmful constituent, HPHC aerosol chemistry