CN109839424B - 一种用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法。该方法将在线Nafion除湿系统和2,4‑二硝基苯肼硅胶柱(DNPH)连用，对采样袋中的呼出气样品进行前处理，用于呼出气中正戊烷的直接质谱法检测。在线Nafion除湿系统包括一个Nafion管以及用于吹扫气体流通的套管和吹扫气体；Nafion管的一端与采样袋的出口相连，另一端与DNPH硅胶柱相连，DNPH硅胶柱的另一端与质谱仪器的进样口相连。采样袋中的呼出气样品依次经过Nafion管和DNPH硅胶柱，即分别经过脱水和脱羰基化合物作用后，进入质谱仪器进行分析检测。

Description

一种用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法
技术领域
本发明属于呼出气体在线质谱分析领域，涉及一种对呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法。该方法通过去除呼出气样品的湿度和含羰基化合物，避免了湿度和含羰基化合物对正戊烷检测的干扰，实现了正戊烷的直接质谱法准确检测。
背景技术
人体新陈代谢的部分产物可由血液运送至肺部，通过气体交换进入肺泡而出现在呼出气体中。研究结果表明，呼出气体中的小分子代谢物与机体的代谢和病理相关，一些物质甚至可能成为某种疾病的生物标志物，如酮类化合物与糖尿病相关，二甲基硫等含S化合物反映了肝功能状况。因此对这些小分子代谢物的检测有望成为一种新型临床辅助诊断手段。
呼出气体的检测方法包括经典的色谱-质谱连用，以及日益发展壮大的直接在线质谱技术。色谱法是目前寻找呼出气中新的生物标志物最基本的方法，但是其需要复杂的样品前处理，分析时间长，不适合高通量大数据样本的分析。直接质谱分析法通过对被测样品离子的质荷比(m/z)的测定来进行分析，具有高灵敏度、快速、能同时提供样品的精确分子质量和结构信息等优点。因此，呼出气体的直接质谱检测受到越来越多的重视。
目前临床上已经确认的疾病生物标志物比较少，这可能与复杂的人体代谢相关。正戊烷是少数被确认的生物标志物之一，其含量的高低反应了细胞的氧化压力，是机体炎症反应的重要指标。因而对呼出气体中正戊烷的准确定性定量分析意义重大。然而，呼出气体中的正戊烷不仅浓度低，其本身是一种物理化学性质较为惰性的小分子，各种分析方法检测起来都较困难。1-4如高灵敏的质子转移电离质谱技术无法采用水合质子作为试剂离子，实现对正戊烷的分析检测。其它发展较为成熟的直接质谱技术如选择离子流动管质谱技术，只有采用氧气作为试剂离子时，才有可能检测到呼出气体中的正戊烷，其它试剂离子如一氧化氮试剂离子与正戊烷的反应性很低。然而在高能量的氧气试剂离子作用下，正戊烷分子被打碎，产生多种特征碎片峰，其中主要的碎片峰(C3H7，精确质量数为43.055)与呼出气中丙酮(C2H3O，精确质量数为43.018)的特征峰非常接近。由于呼出气体中正戊烷的含量远远低于丙酮的含量，要想实现正戊烷和丙酮的特征峰分离，难度很大。
其它直接质谱技术如高压光电离诱导的化学电离技术用于呼出气体中正戊烷的分析检测，同样采用氧气作为试剂离子，在高气压的碰撞弛豫作用下，正戊烷的主特征离子由较小质量数的碎片峰(C3H7，精确质量数为43.055)转变为较大质量数的碎片峰(C5H11，精确质量数为71.086)，这在很大程度上降低了丙酮对正戊烷检测的影响。然而，质量数71处仍存在其它含氧化合物干扰的影响，如C4H7O,精确质量为71.050，可能为丁烯醛的特征峰。
因此，如何实现呼出气体中正戊烷直接质谱法检测时的准确定性定量分析，需要有效的在线样品前处理方法，去除含氧化合物，即大部分的呼出气体中的含羰基化合物的干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
在呼出气体进入质谱仪器采样前，对呼出气体中的羰基化合物进行有效消除，同时为了保证在线质谱的高性能工作，需要对呼出气体样品进行除湿。此前处理方法涉及的核心部件包括Nafion在线除湿系统和DNPH硅胶柱。Nafion在线除湿系统用于对呼出气体样品的除湿，DNPH硅胶柱用于去除呼出气样品中的含羰基化合物。Nafion在线除湿系统包括Nafion管，Nafion管外围的套管和套管内的吹扫气体，吹扫气体由套管上的吹扫气体入口进入套管中，将呼出气样品中的水分经吹扫气体出口吹出到大气中。此外，采样袋出口和Nafion管之间，Nafion管和DNPH硅胶柱之间通过硅胶软管密封相连。
采样袋中的呼出气样品在质谱仪器工作时产生的负压的驱动下，经采样袋出口，依次通过Nafion管和DNPH硅胶柱后经质谱仪器的进样口进入仪器进行分析检测。呼出气体样品的流动方向和Nafion在线除湿系统中吹扫气体的流动方向相反，确保了除湿过程的高效在线进行。
本发明的优点
1)该方法操作简单，方便快捷。
2)该方法所用的装置简单，容易搭建。
3)该方法可实现湿度和羰基化合物的快速在线去除。
4)该方法可实现呼出气体中正戊烷的直接质谱法准确检测。
5)该方法可适用性强。
参考文献：
1.
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附图说明
图1为本发明一种用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法的示意图。其中：1-采样袋；a-采样袋出口；2-Nafion管；3-套管；4-DNPH硅胶柱；5-质谱仪器；b-硅胶软管；c-吹扫气体入口；d-吹扫气体出口。
具体实施方式
采样袋的采样袋出口通过Nafion管和DNPH硅胶柱后与质谱仪器的进样口相连；Nafion管外部套设有套管，套管的一端设有吹扫气体入口、另一端设有吹扫气体出口；
采样袋中的呼出气样品在质谱仪器工作时产生的负压的驱动下，经采样袋出口，依次通过Nafion管和DNPH硅胶柱后经质谱仪器的进样口进入仪器进行分析检测。
具体实施案例一：
采样袋直接和质谱仪器的进样口相连，即不对呼出气样品进行任何前处理，采集得到的呼出气样品谱图中，没有检测到正戊烷的信号峰。
具体实施案例二：
采样袋经Nafion在线除湿系统后和质谱仪器的进样口相连，即只对呼出气样品进行除湿处理，采集得到的呼出气样品谱图中，没有检测到正戊烷的信号峰。
具体实施案例三：
采样袋经Nafion在线除湿系统和DNPH硅胶柱后和质谱仪器的进样口相连，即对呼出气样品进行除湿和除羰基化合物处理，采集得到的呼出气样品谱图中，可以检测到正戊烷的信号峰。

Claims (5)

1.一种用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法，其特征在于：
采样袋(1)的采样袋出口(a)通过Nafion管(2)和DNPH硅胶柱(4)后与质谱仪器(5)的进样口相连；Nafion管(2)外部套设有套管(3)，套管(3)的一端设有吹扫气体入口(c)、另一端设有吹扫气体出口(d)；
采样袋(1)中的呼出气样品在质谱仪器工作时产生的负压的驱动下，经采样袋出口(a)，依次通过Nafion管(2)和DNPH硅胶柱(4)后经质谱仪器(5)的进样口进入仪器进行分析检测。
2.根据权利要求1所述的用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法，其特征在于：
Nafion管(2)外部套设有一个套管(3)，套管(3)的两个开口端分别与Nafion管(2)外壁面或两个开口端密闭连接，套管(3)上设有吹扫气体入口(c)和吹扫气体出口(d)；Nafion管(2)，套管(3)以及套管(3)内的吹扫气体，构成了Nafion在线除湿系统。
3.根据权利要求1或2所述的用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法，其特征在于：
呼出气体样品的流动方向和Nafion在线除湿系统中吹扫气体的流动方向相反。
4.根据权利要求1或2所述的用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法，其特征在于：
Nafion在线除湿系统用于对呼出气体样品的除湿；DNPH硅胶柱用于去除呼出气体样品中含羰基的化合物。
5.根据权利要求1所述的用于呼出气中正戊烷直接质谱法检测的前处理方法，其特征在于：
采样袋出口(a)和Nafion管(2)之间，Nafion管(2)和DNPH硅胶柱(4)之间通过硅胶软管(b)密封相连。
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