CN112924526B - 一种同时在线检测呼出气氨和丙酮的方法 - Google Patents

一种同时在线检测呼出气氨和丙酮的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同时在线检测呼出气氨和丙酮的方法，采用在线的离子迁移谱仪结合半导体制冷装置，样品气流经室温下的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样实现呼出气中氨的准确定量检测；在半导体制冷稳定后，样品气流经低于室温的、处于以稳定温度值的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样实现呼出气中丙酮的准确定量检测；在半导体制冷过程，样品气流经由室温开始降温的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样同时实现呼出气中氨和丙酮的在线检测；半导体制冷装置有效的消除了呼出气中湿度的干扰，提高了呼出气丙酮在线检测的灵敏度，实现了呼出气中ppbv量级呼出气氨和丙酮的同时在线检测。

Description

一种同时在线检测呼出气氨和丙酮的方法
技术领域
本发明基于离子迁移谱技术，结合半导体制冷装置，消除了呼出气中湿度的影响，实现了呼出气氨和丙酮的同时检测，可用于呼出气相关疾病的诊断。
背景技术
离子迁移谱的检测速度快、灵敏度高，但是容易受到其他干扰物的影响检测，如呼出气中的湿度。此外，离子迁移谱很难对多组分化合物进行同时测量，两种化合物通常会发生竞争电离，影响彼此之间的电离效率和准确定量。
黄洪湖等人采用了一种纳米传感器对呼出气中丙酮进行检测，以纳米分子筛材料Ag+ZSM-5作为敏感膜，与压电谐振式质量传感器QCM结合构成，但QCM石英晶片的预处理和制备复杂、时间较长。吴琼和王珂等人虽然也发明了呼出气丙酮的检测装置，但是并没有给出检测的谱图、定量标准曲线和对正常人和潜在患者实际呼出气丙酮检测的对比。
目前文献报道的有关呼出气的检测方法主要有：气相色谱-质谱联用的方法，1995年，Pleil和Lindstrom使用GC-MS定量检测丙酮和异戊二烯。此外，质子转移质谱和选择离子流动管质谱等化学电离质谱仪用于实时检测呼出气丙酮浓度，但是用于检测单一的化合物丙酮，质谱仪器存在着体积大和响应时间长等的问题，不适用于呼出气丙酮的现场快速检测。
为此，发展此半导体制冷的离子迁移谱，目的是消除呼出气中湿度的干扰，实现呼出气中氨和丙酮的同时准确定量检测，以用于呼出气相关疾病的诊断。
发明内容
本发明采用离子迁移谱技术，将半导体制冷装置用于呼出气的除湿，消除呼出气中湿度的干扰，提高样品的电离效率，用于呼出气中氨和丙酮的同时在线检测，消除呼出气湿度的同时，提升了样品检测的灵敏度和两种化合物同时定量测定的准确性。
本发明要解决的技术问题为：消除呼出气中湿度的干扰，实现呼出气氨和丙酮的同时在线检测。
具体内容包括：一种同时在线检测呼出气氨和丙酮的方法，采用以镍源为电离源的离子迁移谱仪，于离子迁移谱仪的样品气进口与样品气气源的连接管路上设有半导体制冷装置；
所述半导体制冷装置为一中空密闭腔体，于腔体侧壁面上设有为其降温的半导体制冷和为其升温的电加热元件；于腔体侧壁面上设有分别与离子迁移谱仪的样品气进口与样品气气源相连的样品气出口和进口；
检测主要分为三个过程：
第一个过程为样品气流经室温下的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样实现呼出气中氨的准确定量检测；
第二个过程为半导体制冷过程，样品气流经由室温开始降温的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样同时实现呼出气中氨和丙酮的在线检测；
第三个过程为半导体制冷稳定后，样品气流经低于室温的、处于一稳定温度值的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样实现呼出气中丙酮的准确定量检测。
采样泵启动，呼出气样品先经二位三通电磁阀的一个端口，流经半导体制冷装置，然后经电离源由离子迁移谱仪位于反应区和迁移区中间的出气口流出。
半导体制冷装置可以制冷到的温度为-40℃。
离子迁移谱仪出气品的采样泵的流量计设置在200-600ml/min，漂气流速设置在100-500ml/min，样品气抽入到迁移管的流速则为50-500 ml/min。
附图说明
图1为该方法涉及的半导体制冷在线检测离子迁移谱仪，其中，1为半导体制冷片，2为半导体制冷装置，3为63Ni电离源，4为BN-Grid离子门，5为导电环，6为栅网，7为漂气气流入口，8为放大器，9为5KV高压电源，10为三通二位电磁阀，11为呼出气样品，12为出气口，13为质量流量计，14为采样泵；
图2为志愿者1的呼出气离子迁移谱图，室温下准确定量检测呼出气中的氨，半导体制冷稳定后准确定量检测呼出气中的丙酮，在半导体制冷过程中实现对呼出气中氨和丙酮的同时在线检测，其中氨的产物离子峰为 NH4 +，迁移时间为2.40ms，约化迁移率为2.54cm2 V-1s-1，丙酮的产物离子峰为(CH3COCH3)2 +，迁移时间为3.23ms，约化迁移率为1.93cm2 V-1s-1；
图3为志愿者2的呼出气离子迁移谱图，室温下准确定量检测呼出气中的氨，半导体制冷稳定后准确定量检测呼出气中的丙酮，在半导体制冷过程中实现对呼出气中氨和丙酮的同时在线检测，其中氨的产物离子峰为 NH4 +，迁移时间为2.40ms，约化迁移率为2.54cm2 V-1s-1，丙酮的产物离子峰为(CH3COCH3)2 +，迁移时间为3.23ms，约化迁移率为1.93cm2 V-1s-1；
图4为志愿者3的呼出气离子迁移谱图，室温下准确定量检测呼出气中的氨，半导体制冷稳定后准确定量检测呼出气中的丙酮，在半导体制冷过程中实现对呼出气中氨和丙酮的同时在线检测，其中氨的产物离子峰为NH4 +，迁移时间为2.40ms，约化迁移率为2.54cm2V-1s-1，丙酮的产物离子峰为(CH3COCH3)2 +，迁移时间为3.23ms，约化迁移率为1.93cm2 V-1s-1。
具体实施方式
本发明公开了一种同时在线检测呼出气氨和丙酮的方法，利用半导体制冷装置结合实时在线的离子迁移谱仪，对志愿者的呼出气进行分析检测，首先将其志愿者3的呼出气采集在1-3L的泰德拉气袋中，随后采用实时在线的离子迁移谱仪实时采集气袋中的呼出气，其中流量计控制采样的流速，采样流速为50-500ml/min，样品由采样口在采样泵的作用下，经过半导体制冷装置，持续抽入到离子迁移管内，得到呼出气的离子迁移谱图。
实施例1
利用半导体制冷装置结合实时在线的离子迁移谱仪，对志愿者1的呼出气进行分析检测，志愿者1，性别男，年龄55岁，身高175cm，体重60 kg。首先将其志愿者1的呼出气采集在1-3L的泰德拉气袋中，随后采用实时在线的离子迁移谱仪实时采集气袋中的呼出气，通过半导体制冷装置，得到如图2所示的离子迁移谱图，为检测到呼出气中的氨和丙酮。其反应的机理：试剂离子为H3O+，对应的迁移时间为2.70ms，约化迁移率为2.31 cm2 V-1s-1。在室温下，半导体制冷不加热，实时采集呼出气，由于氨的质子亲和势比较大，可以和试剂离子H3O+发生质子转移反应，生成氨的产物离子NH4 +(H2O)n，其迁移时间为2.40ms，约化迁移率为2.54cm2 V-1s-1，可以较准确对呼出气中氨进行定性和定量检测。随后，半导体开始制冷，由于制冷会除掉呼出气中的水，同时由于氨的水溶性比较大，氨也会被除掉，所以待制冷稳定后检测到的主要为呼出气中的丙酮，其产物离子为 (CH3COCH3)2H+，迁移时间为3.23ms，约化迁移率为1.93cm2 V-1s-1，此时可以实现对呼出气中的丙酮进行准确定性定量检测。在半导体制冷的过程中，得到如图4所示的离子迁移谱图，可以实现对呼出气中的氨和丙酮进行同时检测。
实时例2
利用半导体制冷装置结合实时在线的离子迁移谱仪，对志愿者2的呼出气进行分析检测，志愿者2，性别男，年龄35岁，身高172cm，体重60kg。首先将其志愿者2的呼出气采集在1-3L的泰德拉气袋中，随后采用实时在线的离子迁移谱仪实时采集气袋中的呼出气，通过半导体制冷装置，得到如图3所示的离子迁移谱图，为检测到呼出气中的氨和丙酮。其反应的机理：试剂离子为H3O+，对应的迁移时间为2.70ms，约化迁移率为2.31cm2 V-1s-1。在室温下，半导体制冷不加热，实时采集呼出气，由于氨的质子亲和势比较大，可以和试剂离子H3O+发生质子转移反应，生成氨的产物离子 NH4 +(H2O)n，其迁移时间为2.40ms，约化迁移率为2.54cm2 V-1s-1，可以较准确对呼出气中氨进行定性和定量检测。随后，半导体开始制冷，由于制冷会除掉呼出气中的水，同时由于氨的水溶性比较大，氨也会被除掉，所以待制冷稳定后检测到的主要为呼出气中的丙酮，其产物离子为 (CH3COCH3)2H+，迁移时间为3.23ms，约化迁移率为1.93cm2 V-1s-1，此时可以实现对呼出气中的丙酮进行准确定性定量检测。在半导体制冷的过程中，得到如图3所示的离子迁移谱图，可以实现对呼出气中的氨和丙酮进行同时检测。
实时例3
利用半导体制冷装置结合实时在线的离子迁移谱仪，对志愿者3的呼出气进行分析检测，志愿者3，性别女，年龄28岁，身高165cm，体重50 kg，首先将其志愿者3的呼出气采集在1-3L的泰德拉气袋中，随后采用实时在线的离子迁移谱仪实时采集气袋中的呼出气，通过半导体制冷装置，得到如图4所示的离子迁移谱图，为检测到呼出气中的氨和丙酮。其反应的机理：试剂离子为H3O+，对应的迁移时间为2.70ms，约化迁移率为2.31 cm2 V-1s-1。在室温下，半导体制冷不加热，实时采集呼出气，此时呼出气中的氨和试剂离子反应，生成氨的产物离子NH4 +(H2O)n，其迁移时间为2.40 ms，约化迁移率为2.54cm2 V-1s-1，可以较准确的检测出呼出气中氨的含量。随后，半导体开始制冷，待制冷稳定后检测到的主要为呼出气中的丙酮，其产物离子为(CH3COCH3)2H+，迁移时间为3.23ms，约化迁移率为1.93cm2 V-1 s-1，此时可以实现对呼出气中的丙酮进行准确定量。在半导体制冷的过程中，得到如图4所示的离子迁移谱图，可以实现对呼出气中的氨和丙酮进行同时检测。

Claims (1)

1.一种同时在线检测呼出气氨和丙酮的方法，其特征在于：
采用以镍源为电离源的离子迁移谱仪，于离子迁移谱仪的呼出气进口与呼出气气源的连接管路上设有半导体制冷装置；
所述半导体制冷装置为一中空密闭腔体，于腔体侧壁面上设有为其降温的半导体制冷元件和为其升温的电加热元件；于腔体侧壁面上设有分别与离子迁移谱仪的呼出气进口和与呼出气气源相连的呼出气出口和进口；
检测主要分为三个过程：
第一个过程为呼出气流经室温下的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样实现呼出气中氨的准确定量检测；
第二个过程为半导体制冷过程，呼出气流经由室温开始降温的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样同时实现呼出气中氨和丙酮的在线检测；
第三个过程为半导体制冷稳定后，呼出气流经低于室温的、处于一稳定温度值的半导体制冷装置，离子迁移谱仪连续采样实现呼出气中丙酮的准确定量检测；
采样泵启动，呼出气样品先经二位三通电磁阀的一个端口，流经半导体制冷装置，然后经电离源由离子迁移谱仪位于反应区和迁移区中间的出气口流出；半导体制冷装置可以制冷到的温度为-40 oC；
离子迁移谱仪出气品的采样泵的流量计设置在200-600 ml/min，漂气流速设置在100-500 ml/min，呼出气抽入到迁移管的流速则为50-500 ml/min。
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