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

A diffusion denuder apparatus has been used to investigate the gas-particle partitioning of formaldehyde, acetaldehyde, acrolein and crotonaldehyde in cigarette mainstream smoke (MS), compounds that are of interest owing to their toxicity and near quantitative retention in the body during cigarette smoking. Formaldehyde showed the best performance in denuder experiments with simple aldehyde-air mixtures owing to the relatively fast rate of the heterogeneous reaction formaldehyde(g) + dinitrophenylhydrazine(s) → hydrazone(s). Analysis with the G<sc>ormley</sc>-K<sc>ennedy</sc> equation revealed that formaldehyde denuder removal approached, but did not attain, complete efficiency even under optimized operational conditions. Acetaldehyde, acrolein and crotonaldehyde were trapped with considerably lower efficiency than formaldehyde under the denuder conditions used, and more effective denuder wall coatings would be required to examine gas-particle partitioning of these other carbonyls. The proportion of formaldehyde in the smoke particulate phase initially entering the denuder was > 99%, but loss of formaldehyde from the smoke particles was relatively rapid leading to 35%–61% deposition over the denuder length. The temperature dependence of formaldehyde deposition in the denuder was well predicted using Henry's law constant for aqueous formaldehyde solutions. These observed properties of formaldehyde are primarily due to reversible reactions of formaldehyde with water in cigarette smoke leading to the much less volatile species methanediol, its oligomers and hydrate. These data suggest that cigarette smoke inhalation is likely to expose the deeper-lung generations of smokers to greater relative formaldehyde exposure, and greater genotoxic risk at those generations than might occur through inhalation of formaldehyde vapour alone.
Risk assessments of formaldehyde in cigarette smoke should be updated to recognise this modified risk profile.
</abstract>

A diffusion denuder apparatus has been used to investigate the gas-particle partitioning of formaldehyde, acetaldehyde, acrolein and crotonaldehyde in cigarette mainstream smoke (MS), compounds that are of interest owing to their toxicity and near quantitative retention in the body during cigarette smoking. Formaldehyde showed the best performance in denuder experiments with simple aldehyde-air mixtures owing to the relatively fast rate of the heterogeneous reaction formaldehyde(g) + dinitrophenylhydrazine(s) → hydrazone(s). Analysis with the Gormley-Kennedy equation revealed that formaldehyde denuder removal approached, but did not attain, complete efficiency even under optimized operational conditions. Acetaldehyde, acrolein and crotonaldehyde were trapped with considerably lower efficiency than formaldehyde under the denuder conditions used, and more effective denuder wall coatings would be required to examine gas-particle partitioning of these other carbonyls. The proportion of formaldehyde in the smoke particulate phase initially entering the denuder was > 99%, but loss of formaldehyde from the smoke particles was relatively rapid leading to 35%–61% deposition over the denuder length. The temperature dependence of formaldehyde deposition in the denuder was well predicted using Henry's law constant for aqueous formaldehyde solutions. These observed properties of formaldehyde are primarily due to reversible reactions of formaldehyde with water in cigarette smoke leading to the much less volatile species methanediol, its oligomers and hydrate. These data suggest that cigarette smoke inhalation is likely to expose the deeper-lung generations of smokers to greater relative formaldehyde exposure, and greater genotoxic risk at those generations than might occur through inhalation of formaldehyde vapour alone.
Risk assessments of formaldehyde in cigarette smoke should be updated to recognise this modified risk profile.

Gas-Particle Partitioning of Formaldehyde in Mainstream Cigarette Smoke

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

Zur Untersuchung der Verteilung von Formaldehyd, Acetaldehyd, Acrolein und Crotonaldehyd auf Gas- und Partikel-Phase des Zigaretten-Hauptstromrauchs (MS) wurde ein Diffusionsabscheider (Denuder) verwendet. Die untersuchten Aldehyde sind aufgrund ihrer Toxizität und ihrer nahezu quantitativen Retention im Atemtrakt des Rauchers von Interesse. Bei der Austestung des Denuders mittels einfacher Aldehyd-Luftmischungen zeigte Formaldehyd – bedingt durch die relativ schnelle Reaktionsgeschwindigkeit der heterogenen Reaktion des gasförmigen Formaldehyds mit dem Feststoff 2,4-Dinitrophenylhydrazin zur Bildung des entsprechenden ‘festen’ Dinitrophenylhydrazons – im Vergleich mit den anderen Aldehyden die stärkste Retention. Eine Analyse mit Hilfe der G<sc>ormley</sc>-K<sc>ennedy</sc>-Gleichung ergab, dass die Abscheidung von Formaldehyd im Denuder selbst unter optimierten Bedingungen nahezu vollständig war. Acetaldehyd, Acrolein und Crotonaldehyd wurden bei den gewählten Bedingungen im Denuder mit deutlich geringerer Effizienz als Formaldehyd abgeschieden. Zur Untersuchung der Gasphase-Partikel-Verteilung bei diesen anderen Carbonylen wäre eine deutlich wirkungsvollere Wandbeschichtung des Denuders erforderlich. Während der Anteil an Formaldehyd in der Partikelphase des Rauchs bei Eintritt in den Denuder höher als 99% war, führte die relativ schnelle Reduktion des Formaldehyds in den Rauchpartikeln zu einer Abscheidung von 35%–61% proportional der Länge des Denuders. Die Temperaturabhängigkeit der Formaldehyd-Deposition im Denuder wurde nach dem Henry'schen Gestz mittels der Konstante, gegeben für Formaldehyd in wässrigen Lösungen, abgeschätzt. Diese beobachteten Eigenschaften des Formaldehyds sind hauptsächlich durch reversible Reaktionen des Formaldehyds mit Wasser bedingt, die zu Verbindungen mit deutlich geringerer Flüchtigkeit, wie Methandiol sowie dessen Oligomere und Hydrate, führen. Aus den erhaltenen Daten kann man schließen, dass die Inhalation von Zigarettenrauch eine relativ höhere Belastung tieferer Bereiche der Lunge des Rauchers mit Form-aldehyd herbeiführt und damit zu einem höheren genotoxischen Risiko führt, als eine, die durch die Inhalation gasförmigen Formaldehyds alleine gegeben ist.
Um dieser veränderten Risikoabschätzung Rechnung zu tragen, sollten die Risikobewertungen für Formaldehyd in Zigarettenrauch aktualisiert werden.
</trans-abstract>

Zur Untersuchung der Verteilung von Formaldehyd, Acetaldehyd, Acrolein und Crotonaldehyd auf Gas- und Partikel-Phase des Zigaretten-Hauptstromrauchs (MS) wurde ein Diffusionsabscheider (Denuder) verwendet. Die untersuchten Aldehyde sind aufgrund ihrer Toxizität und ihrer nahezu quantitativen Retention im Atemtrakt des Rauchers von Interesse. Bei der Austestung des Denuders mittels einfacher Aldehyd-Luftmischungen zeigte Formaldehyd – bedingt durch die relativ schnelle Reaktionsgeschwindigkeit der heterogenen Reaktion des gasförmigen Formaldehyds mit dem Feststoff 2,4-Dinitrophenylhydrazin zur Bildung des entsprechenden ‘festen’ Dinitrophenylhydrazons – im Vergleich mit den anderen Aldehyden die stärkste Retention. Eine Analyse mit Hilfe der Gormley-Kennedy-Gleichung ergab, dass die Abscheidung von Formaldehyd im Denuder selbst unter optimierten Bedingungen nahezu vollständig war. Acetaldehyd, Acrolein und Crotonaldehyd wurden bei den gewählten Bedingungen im Denuder mit deutlich geringerer Effizienz als Formaldehyd abgeschieden. Zur Untersuchung der Gasphase-Partikel-Verteilung bei diesen anderen Carbonylen wäre eine deutlich wirkungsvollere Wandbeschichtung des Denuders erforderlich. Während der Anteil an Formaldehyd in der Partikelphase des Rauchs bei Eintritt in den Denuder höher als 99% war, führte die relativ schnelle Reduktion des Formaldehyds in den Rauchpartikeln zu einer Abscheidung von 35%–61% proportional der Länge des Denuders. Die Temperaturabhängigkeit der Formaldehyd-Deposition im Denuder wurde nach dem Henry'schen Gestz mittels der Konstante, gegeben für Formaldehyd in wässrigen Lösungen, abgeschätzt. Diese beobachteten Eigenschaften des Formaldehyds sind hauptsächlich durch reversible Reaktionen des Formaldehyds mit Wasser bedingt, die zu Verbindungen mit deutlich geringerer Flüchtigkeit, wie Methandiol sowie dessen Oligomere und Hydrate, führen. Aus den erhaltenen Daten kann man schließen, dass die Inhalation von Zigarettenrauch eine relativ höhere Belastung tieferer Bereiche der Lunge des Rauchers mit Form-aldehyd herbeiführt und damit zu einem höheren genotoxischen Risiko führt, als eine, die durch die Inhalation gasförmigen Formaldehyds alleine gegeben ist.
Um dieser veränderten Risikoabschätzung Rechnung zu tragen, sollten die Risikobewertungen für Formaldehyd in Zigarettenrauch aktualisiert werden.

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

Un dénudeur à diffusion fut utilisé pour l’analyse de la séparation gaz-particules du formaldéhyde, de l’acétaldéhyde, de l’acroléine et du crotonaldéhyde dans la fumée principale de cigarette, autant de composés piquant l’intérêt en raison de leur toxicité et leur rétention presque quantitative dans l’organisme durant le fumage de cigarettes. Le formaldéhyde présenta la meilleure performance durant les expérimentations menées à l’aide du dénudeur, avec des mélanges aldéhyde/air simples, imputables au taux relativement rapide de réaction hétérogène formaldéhyde (g) + dinitrophenylhydrazine(s) → hydrazone(s). L’analyse grâce à l’équation G<sc>ormley</sc>-K<sc>ennedy</sc> révéla que le piégeage du formaldéhyde dans le dénudeur se rapprochait, sans l’atteindre, de l’efficacité complète, même dans des conditions opérationnelles optimisées. L’acétaldéhyde, l’acroléine et le crotonaldéhyde furent piégés à un niveau d’efficacité considérablement inférieur par rapport au formaldéhyde dans les conditions d’utilisation du dénudeur et des revêtements plus efficaces à l’intérieur du dénudeur seraient requis pour examiner la séparation gaz-particules de ces autres carbonyles. La proportion de formaldéhyde dans la phase particulaire de la fumée pénétrant initialement dans le dénudeur fut supérieure à 99% mais la perte de formaldéhyde dans les particules de fumées fut relativement rapide, provoquant un dépôt de 35%–61% sur la longueur du dénudeur. La dépendance vis-à-vis de la température du dépôt du formaldéhyde dans le dénudeur put être prédite avec précision grâce à la constante de la loi de Henry pour les solutions de formaldéhyde en phase aqueuse. Ces propriétés observées du formaldéhyde sont avant tout imputables aux réactions réversibles du formaldéhyde, sachant que l’eau présente dans la fumée de cigarette cause la formation de composés bien moins volatiles tels que le méthanédiol, ses oligomères et son hydrate. Ces données laissent à penser que l’inhalation de la fumée de cigarette est susceptible d’exposer les générations de fumeurs qui inhalent plus en profondeur aux méfaits relatifs plus grands du formaldéhyde et à un plus grand risque génotoxique que ne le ferait la seule inhalation de vapeur de formaldéhyde.
Les évaluations du risque associé au formaldéhyde présent dans la fumée de cigarette devraient être actualisées afin de reconnaître ce profil de risque modifié. [Beitr. Tabakforsch.
</trans-abstract>

Un dénudeur à diffusion fut utilisé pour l’analyse de la séparation gaz-particules du formaldéhyde, de l’acétaldéhyde, de l’acroléine et du crotonaldéhyde dans la fumée principale de cigarette, autant de composés piquant l’intérêt en raison de leur toxicité et leur rétention presque quantitative dans l’organisme durant le fumage de cigarettes. Le formaldéhyde présenta la meilleure performance durant les expérimentations menées à l’aide du dénudeur, avec des mélanges aldéhyde/air simples, imputables au taux relativement rapide de réaction hétérogène formaldéhyde (g) + dinitrophenylhydrazine(s) → hydrazone(s). L’analyse grâce à l’équation Gormley-Kennedy révéla que le piégeage du formaldéhyde dans le dénudeur se rapprochait, sans l’atteindre, de l’efficacité complète, même dans des conditions opérationnelles optimisées. L’acétaldéhyde, l’acroléine et le crotonaldéhyde furent piégés à un niveau d’efficacité considérablement inférieur par rapport au formaldéhyde dans les conditions d’utilisation du dénudeur et des revêtements plus efficaces à l’intérieur du dénudeur seraient requis pour examiner la séparation gaz-particules de ces autres carbonyles. La proportion de formaldéhyde dans la phase particulaire de la fumée pénétrant initialement dans le dénudeur fut supérieure à 99% mais la perte de formaldéhyde dans les particules de fumées fut relativement rapide, provoquant un dépôt de 35%–61% sur la longueur du dénudeur. La dépendance vis-à-vis de la température du dépôt du formaldéhyde dans le dénudeur put être prédite avec précision grâce à la constante de la loi de Henry pour les solutions de formaldéhyde en phase aqueuse. Ces propriétés observées du formaldéhyde sont avant tout imputables aux réactions réversibles du formaldéhyde, sachant que l’eau présente dans la fumée de cigarette cause la formation de composés bien moins volatiles tels que le méthanédiol, ses oligomères et son hydrate. Ces données laissent à penser que l’inhalation de la fumée de cigarette est susceptible d’exposer les générations de fumeurs qui inhalent plus en profondeur aux méfaits relatifs plus grands du formaldéhyde et à un plus grand risque génotoxique que ne le ferait la seule inhalation de vapeur de formaldéhyde.
Les évaluations du risque associé au formaldéhyde présent dans la fumée de cigarette devraient être actualisées afin de reconnaître ce profil de risque modifié. [Beitr. Tabakforsch.

Contributions to Tobacco & Nicotine Research

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

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A diffusion denuder apparatus has been used to investigate the gas-particle partitioning of formaldehyde, acetaldehyde, acrolein and crotonaldehyde in...

Gas-Particle Partitioning of Formaldehyde in Mainstream Cigarette Smoke

Publié en ligne: 23 mai 2020

Pages: 2 - 20

Reçu: 11 nov. 2019

Accepté: 20 févr. 2020

DOI: https://doi.org/10.2478/cttr-2020-0002

Mots clés
Mainstream cigarette smoke, formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, crotonaldehyde, nicotine, gas-particle partitioning, diffusion denuder, 2,4-dinitrophenylhydrazine

© 2020 Edward John et al., published by Sciendo

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

Gas-Particle Partitioning of Formaldehyde in Mainstream Cigarette Smoke

Publié en ligne: 23 mai 2020

Pages: 2 - 20

Reçu: 11 nov. 2019

Accepté: 20 févr. 2020

DOI: https://doi.org/10.2478/cttr-2020-0002

Mots clésMainstream cigarette smoke, formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, crotonaldehyde, nicotine, gas-particle partitioning, diffusion denuder, 2,4-dinitrophenylhydrazine

© 2020 Edward John et al., published by Sciendo

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

Mots clés
Mainstream cigarette smoke, formaldehyde, acetaldehyde, acrolein, crotonaldehyde, nicotine, gas-particle partitioning, diffusion denuder, 2,4-dinitrophenylhydrazine