CN105675745A - 一种定量测量人体散发挥发性有机化合物的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定量测量人体散发挥发性有机化合物的装置及其方法，属于生物标记检测技术领域；该装置包括不锈钢环境舱和不锈钢过渡舱，不锈钢环境舱里安装有风扇、含活性炭的空气净化器和不锈钢椅；环境舱设置有含密封条的不锈钢密封门与不锈钢过渡舱相连通，过渡舱设置有过渡舱密封门与外界连通；还包括一端紧密插入不锈钢环境舱的不锈钢空气引管，与不锈钢空气引管的舱外端相连接的吸附采样管，与吸附采样管的另一端相连的大气采样泵，设置在实验室中的自动热脱附仪和气相色谱仪/质谱仪。采用本发明的装置及方法可以在不影响人的健康与安全的前提下，定量测量不同人体散发的挥发性有机物的浓度和成分。

Description

一种定量测量人体散发挥发性有机化合物的装置及其方法

技术领域

本发明属于生物标记检测技术领域，特别涉及测量整人散发挥发性有机化合物的测量装置和测量方法。

背景技术

有关生物标记的研究认为，人体体味是一种重要的生物信息素，且与遗传因素和免疫反应联系。通过对人体的气味或体液的采集，可以找出某些具有生物标记特征的可挥发性有机化合物(VOCs)分析作为一些疾病的诊断工具或一种刑事侦查工具。在一些人员密度大的环境，如机舱、礼堂、学校、剧院和会议室中，室内人员散发的污染物是主要的室内空气污染源。

想要定量获得人散发可挥发性有机化合物的数据，就必须具备准确优化的测量装置和测量方法。

目前国际上对于人体散发的专利主要集中在三个方面：呼吸散发，局部皮肤散发和生物标记。前两方面主要是通过对呼吸和局部皮肤部位表面散发的挥发性有机物进行定量或者定性测量。这种方式不能代表整个人体的散发强度。

目前已公开的有关人呼吸散发有机化合物的专利的例子,见美国专利US5465728A。这类专利的特点，是可以收集并分析人呼吸产生的可挥发性有机化合物。但是皮肤散发也是人体VOCs散发的重要污染源。

目前还没有定量准确测量出整人散发VOCs散发种类和散发量的方法。

发明内容

本发明的目的是弥补整人散发领域的空白，提供一种定量测量人体散发挥发性有机化合物的装置及其方法，采用本发明的装置及方法可以在不影响人的健康与安全的前提下，使整人散发的可挥发性有机化合物富集取样，以供后续分析研究。

本发明的技术方案为:

一种定量测量人体散发挥发性有机化合物的装置，其特征在于，该装置包括不锈钢环境舱和不锈钢过渡舱，不锈钢环境舱里安装有风扇、含活性炭的空气净化器和不锈钢椅；不锈钢环境舱设置含密封条的不锈钢密封门与不锈钢过渡舱相连通，过渡舱设置有过渡舱密封门与外界连通；还包括一端紧密插入不锈钢环境舱的不锈钢空气引管，与不锈钢空气引管的舱外一端相连接的吸附采样管，与吸附采样管的另一端相连的大气采样泵，设置在实验室中的自动热脱附仪和气相色谱仪/质谱仪；吸附采样管通过大气采样泵驱动，采集到不锈钢环境舱内的样品后，供自动热脱附仪和气相色谱/质谱仪分析。

采用上述装置定量测量人体散发挥发性有机化合物的方法，其特征在于，具体包括以下步骤:

(1)测试前2-7天，对舱壁进行彻底清洗，然后敞开不锈钢环境舱和不锈钢过渡舱；

(2)在每次待测个体测试前，将含活性炭的空气净化器移至不锈钢环境舱位置并保持至少半个小时，以消除背景空气中的VOCs；

(3)待测个体通过不锈钢过渡舱进入不锈钢环境舱并进入静坐状态后，打开在不锈钢环境舱上部的风扇以确保良好的空气均匀性，再将不锈钢环境舱密封门关闭；

(4)在待测个体进入不锈钢环境舱期间对舱内的VOCs进行连续的采样；

(5)实验结束后，打开不锈钢环境舱密封门和过渡舱密封门放出待测个体并开启含活性炭的空气净化器为下一次实验做准备；

(6)吸附采样管被带回实验室，使用自动热脱附仪和气相色谱仪/质谱仪按照ASTMStandard规范分析管中吸附的VOCs气体；

(7)气相色谱仪/质谱仪将自动在其数据库中寻找最为相似的化合物质谱图，确定该种化合物为X；

(8)气相色谱仪/质谱仪根据质谱图给出化合物X的相关参数，获得X的峰面积-VOC质量的标准曲线；

(9)根据步骤(4)至步骤(8)，获得在测量时间内气体X积累室内形成的气体浓度随时间的变化曲线；

(10)用步骤(9)中的变化曲线获得X浓度随时间的变化率，用该变化率乘以环境舱的体积，计算已测个体散发可挥发性有机物X的散发率；具体计算公式如下：

$V\frac{dC\left(t\right)}{dt}=ER\left(t\right)-k_{ad}AC\left(t\right)$

t:采样时刻，h；

C(t)：t时刻的X浓度，mg/m³；

k_ad：综合吸附和换气的去除系数，由空仓衰减实验得到，m/h；

A：舱表面积，m²；

V：舱的体积，m³；

ER(t):已测个体对于X的平均散发率，mg/h。

解得当C₀为零时，方程解为：

$C\left(t\right)=\frac{ER\left(t\right)}{k_{ad}A}(1-e^{-\frac{k_{ad}A}{V}t}).$

本发明与现有技术相比具有如下优点:

采用本发明的装置及方法可以在不影响人的健康与安全的前提下，使整人散发的可挥发性有机化合物在环境舱中积累产生，取样富集到Tenax-TA采样管中进行色谱-质谱定量测量不同人体散发的挥发性有机物的浓度和成分，同时可以用来测量不同人体的体味。

附图说明：

图1为本发明定量测量人体散发挥发性有机物的装置示意图。

图1是本发明的装置的结构示意图：图中装置分别为,1环境舱,2风扇,3空气引管,4Tenax-TA采样管,5大气采样泵,6空气净化器,7不锈钢椅子,8含密封条的不锈钢密封门,9不锈钢过渡舱10,过渡舱密封门。

具体实施方式

下面举一个具体的较佳案例结合附图对本发明进行进一步说明：

本发明的一种定量测量人体散发挥发性有机化合物的装置实施例组成如图1所示，包括不锈钢环境舱1和不锈钢过渡舱9，不锈钢环境舱里安装有风扇2、含活性炭的空气净化器6和不锈钢椅7；不锈钢环境舱1设置含密封条的不锈钢密封门8与不锈钢过渡舱9相连通，过渡舱9设置有过渡舱密封门10与外界连通；还包括一端紧密插入不锈钢环境舱1的不锈钢空气引管3，与不锈钢空气引管3的舱外一端相连接的Tenax-TA采样管4，与Tenax-TA采样管4的另一端相连的大气采样泵5，设置在实验室中的自动热脱附仪和气相色谱仪/质谱仪(图中未示出)。Tenax-TA采样管通过大气采样泵驱动，采集到不锈钢环境舱1内的样品后，可供自动热脱附仪(ATD)和气相色谱/质谱仪分析(GC-MS)。

上述测量装置的各设备具体实现方式及功能说明如下：

Tenax-TA采样管:可以采集和储存空气中的挥发性有机化合物.有多种不同的型号.

自动热脱附仪(ATD)和气相色谱/质谱仪分析(GC-MS)：用于气象质谱色谱连用技术，来定性和定量的分析物质中不同有机物的成分和量。

大气采样泵:使用定流量泵,可以实现严格控制小流量低误差采样。

本发明还提出采用上述装置定量测量人体散发挥发性有机化合物的方法实施例，具体包括以下步骤:

步骤(1):测试前2-7天，测量人员用沾有酒精的洁净湿抹布对舱壁进行彻底清洗，然后敞开含密封条的不锈钢密封门8和过渡舱密封门10释放残余的酒精直至对实验无影响；

步骤(2):在每次待测个体测试前，实验人员将含活性炭的空气净化器6移至不锈钢环境舱1位置并保持至少半个小时，以消除背景空气中的VOCs。

步骤(3):待测个体通过不锈钢过渡舱9进入不锈钢环境舱1并进入静坐状态后，实验人员打开在不锈钢环境舱1上部的风扇2以确保良好的空气均匀性，再将不锈钢环境舱密封门8关闭。

步骤(4):在待测个体进入不锈钢环境舱1期间对舱内的VOCs进行连续的采样。例如，在实验开始的第0、第10、第20和第30分钟，分别进行一次采样，在大气采样泵5的驱动下，舱内气体被大气采样泵5以恒定速度通过空气引管3抽吸入环境舱外的Tenax-TA采样管4中。采样速度是0.3L/min，每次采样时间为10分钟，每次采样量为3L。

步骤(5):实验结束后，实验人员打开不锈钢环境舱密封门8和过渡舱密封门10放出待测个体并开启含活性炭的空气净化器6为下一次实验做准备。

步骤(6):Tenax-TA采样管4被带回实验室，使用自动热脱附仪和气相色谱仪/质谱仪按照ASTMStandard规范分析管中吸附的VOCs气体。

步骤(7):气相色谱仪/质谱仪(内存储有分析程序)将自动在其数据库中寻找最为相似的化合物质谱图，确定该种化合物X。

步骤(8):气相色谱仪/质谱仪根据质谱图给出X的相关参数，如可能的VOCs列表，色谱图峰积分面积(Area)等。已知积分面积与采样管富集的化合物的质量成正比，用已知浓度的X的标准液可配制不同浓度的溶液打进自动热脱附仪(ATD)和气相色谱/质谱仪分析仪(GC-MS)，通过质谱色谱连用分析技术，获得X的峰面积-VOC质量的标准曲线。

步骤(9):根据步骤(4)至步骤(8)，获得在测量时间内气体X积累室内形成的气体浓度随时间的变化曲线。

步骤(10):用步骤(9)中的变化曲线可以获得X浓度随时间的变化率，用这个变化率乘以环境舱的体积，计算已测个体散发可挥发性有机物X的散发率。具体计算公式如下：

$V\frac{dC\left(t\right)}{dt}=ER\left(t\right)-k_{ad}AC\left(t\right)$

t:采样时刻，h；

C(t)：t时刻的X浓度，mg/m³；

k_ad：综合吸附和换气的去除系数，由空仓衰减实验得到，m/h；

A：舱表面积，m²；

V：舱的体积，m³；

ER(t):已测个体对于X的平均散发率，mg/h。

当t时刻为且零X浓度为零时，人体散发可挥发性有机物的散发率为：

$C\left(t\right)=\frac{ER\left(t\right)}{k_{ad}A}(1-e^{-\frac{k_{ad}A}{V}t}).$

Claims (2)

1.一种定量测量人体散发挥发性有机化合物的装置，其特征在于，该装置包括不锈钢环境舱和不锈钢过渡舱，不锈钢环境舱里安装有风扇、含活性炭的空气净化器和不锈钢椅；不锈钢环境舱设置含密封条的不锈钢密封门与不锈钢过渡舱相连通，过渡舱设置有过渡舱密封门与外界连通；还包括一端紧密插入不锈钢环境舱的不锈钢空气引管，与不锈钢空气引管的舱外一端相连接的吸附采样管，与吸附采样管的另一端相连的大气采样泵，设置在实验室中的自动热脱附仪和气相色谱仪/质谱仪；吸附采样管通过大气采样泵驱动，采集到不锈钢环境舱内的样品后，供自动热脱附仪和气相色谱/质谱仪分析。

2.一种采用如权利要求1所述装置定量测量人体散发挥发性有机化合物的方法，其特征在于，具体包括以下步骤:

(1)测试前2-7天，对舱壁进行彻底清洗，然后敞开不锈钢环境舱和不锈钢过渡舱；

(2)在每次待测个体测试前，将含活性炭的空气净化器移至不锈钢环境舱位置并保持至少半个小时，以消除背景空气中的VOCs；

(3)待测个体通过不锈钢过渡舱进入不锈钢环境舱并进入静坐状态后，打开在不锈钢环境舱上部的风扇以确保良好的空气均匀性，再将不锈钢环境舱密封门关闭；

(4)在待测个体进入不锈钢环境舱期间对舱内的VOCs进行连续的采样；

(5)实验结束后，打开不锈钢环境舱密封门和过渡舱密封门放出待测个体并开启含活性炭的空气净化器为下一次实验做准备；

(6)吸附采样管被带回实验室，使用自动热脱附仪和气相色谱仪/质谱仪按照ASTMStandard规范分析管中吸附的VOCs气体；

(7)气相色谱仪/质谱仪将自动在其数据库中寻找最为相似的化合物质谱图，确定该种化合物为X；

(8)气相色谱仪/质谱仪根据质谱图给出化合物X的相关参数，获得X的峰面积-VOC质量的标准曲线；

(9)根据步骤(4)至步骤(8)，获得在测量时间内气体X积累室内形成的气体浓度随时间的变化曲线；

(10)用步骤(9)中的变化曲线获得X浓度随时间的变化率，用该变化率乘以环境舱的体积，计算已测个体散发可挥发性有机物X的散发率；具体计算公式如下：

$V\frac{dC\left(t\right)}{dt}=ER\left(t\right)-k_{ad}AC\left(t\right)$

t:采样时刻，h；

C(t)：t时刻的X浓度，mg/m³；

k_ad：综合吸附和换气的去除系数，由空仓衰减实验得到，m/h；

A：舱表面积，m²；

V：舱的体积，m³；

ER(t):已测个体对于X的平均散发率，mg/h。

解得当C₀为零时，方程解为：

$C\left(t\right)=\frac{ER\left(t\right)}{k_{ad}A}(1-e^{-\frac{k_{ad}A}{V}t}).$