Development and Characterisation of a Smoking Behaviour Measurement System

• Published in: Beiträge zur Tabakforschung international Vol. 26; no. 5; pp. 219 - 231
• Main Authors: Vas, Carl A., Yurteri, Caner Ü., Dickens, Colin J., Prasad, Krishna
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: De Gruyter Open 01.03.2015
• Subjects: optical obscuration; puffing topography; respiratory topography; Smoking behaviour system
• ISSN: 1612-9237; 1612-9237
• DOI: 10.1515/cttr-2015-0010

Respiratory deposition from smoking articles is influenced by particle or droplet properties (such as diameter), puffing parameters (such as draw effort or pressure drop, flow rate, duration), mouth losses, and post-puff inhalation dynamics (determined by inhalation depth, volume and breath hold duration). The Smoking Behaviour System (SBS) described herein is a novel system with regard to its capability to measure flow and duration characteristics of typical smoking cycles, which may consist of puffing, mouth hold, post-puff inhalation, breath hold and exhalation. It combines two analysers: the first measures the puffing topography and optical obscuration from puffed aerosol, while the second measures the respiratory topography and optical obscuration from exhaled aerosol. The puffing and respiratory analysers were calibrated and operated between flow rates of 0-7 L.min and 0-50 L.min , respectively, as typically encountered during the human smoking cycle. The volumes measured by the puffing and respiratory analysers met the design specification and tolerance limits of ± 2% and ± 5%, respectively. The optical obscuration measurements showed no statistical difference among the three units tested or in day-to-day variation, verifying the robustness of the SBS for use in optical measurements of smoke when combined with topography measurements. In conclusion, the SBS is a validated technology that provides a means to measure the real-time flow and duration profile of puffing, mouth hold, post-puff inhalation, breath hold Die respiratorische Ablagerung aus Tabakwaren wird beeinflusst durch die Eigenschaften der Teilchen oder Tröpfchen (wie Durchmesser), Zugparameter (wie Zugaufwand oder Zugwiderstand, Flussrate, Dauer), Mundverluste und Inhalationsdynamik nach dem Zug (ermittelt durch Inhalationstiefe, -volumen und Atemanhaltezeit). Das hier beschriebene Smoking Behaviour System (SBS) ist ein neues System hinsichtlich seiner Fähigkeit zur Messung von Fluss- und Dauereigenschaften typischer Rauchzyklen, die aus Ziehen, Im-Mund-Halten, Einatmen nach dem Zug, Atemanhalten und Ausatmen bestehen können. Dabei werden zwei Analysegeräte kombiniert. Das erste misst die Zugtopographie und optische Verdunklung durch eingeatmetes Aerosol, während das zweite die Atemtopographie und optische Verdunkelung durch ausgeatmetes Aerosol misst. Die Zug- und Atem-Analysegeräte wurden kalibriert und jeweils mit Flussraten von 0-7 L/min und 0-50 L/min betrieben, wie es typischerweise beim menschlichen Rauchzyklus der Fall ist. Die durch die Zug- und Atem- Analysegeräte gemessenen Volumina erfüllten die Designspezifikation und Toleranzgrenzen von ± 2% bzw. ± 5%. Die Messungen der optischen Verdunkelung ergaben keinen statistischen Unterschied zwischen den drei getesteten Einheiten oder der täglichen Variation. Dadurch wurde die Robustheit des SBS zur Verwendung in optischen Rauchmessungen in Kombination mit Topographiemessungen nachgewiesen. Fazit: Das SBS ist eine validierte Technologie, die eine Möglichkeit zur Messung der Echtzeitströmung und des Dauerprofils der Topographie beim Ziehen, Im-Mund-Halten, Einatmen nach dem Zug, Atemanhalten und Ausatmen bietet, wodurch der gesamte Rauchzyklus mit einer 25-Hz-Auflösung erfasst wurde. Des Weiteren unterscheidet sich das SBS von typischen Zugoder Atemprofilern darin, dass es eine Echtzeitmessung der optischen Verdunkelung durch eingeatmetes und ausgeatmetes Aerosol und damit eine indirekte Quantifizierung des Teers aus eingeatmetem Zigarettenrauch und ausgeatmetem Rauch bietet. [Beitr. Tabakforsch. Int. 26 (2015) 219-231] Les dépôts sur les voies respiratoires laissés par les articles de tabac sont conditionnés par les propriétés des particules ou des gouttelettes (telles que le diamètre), les paramètres des bouffées (tels que l’effort de tirage ou la perte de charge, la vitesse de filtration, la durée), les pertes en bouche et la dynamique d’inhalation post-bouffée (déterminée par la profondeur d’inhalation, le volume d’inhalation et la durée de l’apnée). Le système de comportement tabagique (SBS) décrit dans le présent article est un système inédit en raison de sa capacité à mesurer les caractéristiques de filtration et de durée de cycles tabagiques typiques, qui peuvent se composer d’une bouffée, une retenue intrabuccale, une inhalation post-bouffée, une apnée et une expiration. Le présent système combine deux analyseurs : Le premier mesure la topographie des bouffées et l’obscurcissement optique causé par l’aérosol ingéré par bouffée tandis que le second mesure la topographie respiratoire et l’obscurcissement optique causé par l’aérosol expiré. Les analyseurs de respiration et de bouffée furent calibrés et utilisés à des vitesses de filtration oscillant respectivement entre 0-7 L.min et 0-50 L.min et similaires à celles typiquement observées durant le cycle tabagique humain. Les volumes mesurés par les analyseurs de respiration et de bouffée furent conformes aux spécifications de conception et aux seuils de tolérance fixés respectivement à ± 2% et ± 5%. Les mesures de l’obscurcissement optique ne révélèrent ni différence statistique entre les trois unités testées ni variation au jour le jour, confirmant la fiabilité du SBS pour les mesures optiques de la fumée lorsqu'il est combiné avec des mesures topographiques. En conclusion, le SBS est une technologie validée qui propose un outil capable de mesurer le profil de durée et de vitesse de filtration en temps réel de la topographie de la bouffée, de la retenue intrabuccale, de l’inhalation post-bouffée, de l’apnée et de l’expiration et donc de faire une capture du cycle tabagique complet à une résolution de 25 Hz. Par ailleurs, le SBS se distingue des outils traditionnels de profilage de la respiration et de la bouffée en apportant des mesures en temps réel de l’obscurcissement optique lors de la bouffée et de l’expiration de l’aérosol et donc une quantification indirecte du goudron contenu dans la fumée de cigarette inhalée en bouffée et de la fumée expirée. [Beitr. Tabakforsch. Int. 26 (2015) 219-231]