一种在线检测呼出气丙酮的方法技术

本发明专利技术公开了一种在线检测呼出气丙酮的方法，采用在线半导体制冷除湿的预处理方法，有效的消除了呼出气中湿度对光电离离子迁移谱检测丙酮的干扰,提高了光电离离子迁移谱检测呼出气丙酮的灵敏度。具体步骤包括：制备相对湿度100％RH丙酮标准气，依次引入到半导体制冷装置中进行在线除湿，然后采样泵连续采样进行检测，获得100％RH丙酮的标准曲线；将样品引入到半导体制冷装置中进行在线除湿，然后光电离进行检测，获得待测呼出气样品的离子迁移谱谱图；将离子迁移谱谱图比较，计算出待测呼出气样品中丙酮的实际浓度。本发明专利技术方法可以提供一种快速、无创、准确的方法，通过检测到的呼出气中丙酮浓度来有效筛查和诊断糖尿病患者。出气中丙酮浓度来有效筛查和诊断糖尿病患者。出气中丙酮浓度来有效筛查和诊断糖尿病患者。

【技术实现步骤摘要】
一种在线检测呼出气丙酮的方法


[0001]本专利技术属于疾病诊断领域，涉及一种筛查和诊断潜在糖尿病患者的检测技术，具体地，本专利技术涉及一种光电离离子迁移谱在线检测呼出气丙酮的方法。

技术介绍

[0002]人体新陈代谢的某些产物可以通过血液循环运送至肺部，通过气体交换后进入呼出气中。呼出气中的组分按来源不同可分为内源性和外源性两大类，浓度均为pptv-ppmv量级。由于呼出气中一些内源性化合物是人体疾病的潜在标志物，近年来呼出气检测作为一种新型的、无创的临床诊断方法已受到了广泛的关注。研究表明，人体呼出气中丙酮含量的大小与是否患有糖尿病有关，所以在线检测呼出气丙酮对于人体疾病诊断具有重要的意义。
[0003]呼出气丙酮的检测是一种十分有效且前景广阔的诊断工具，可作为跟踪某些疾病治疗阶段的标志物，作为一种无创的检测手段将有力地代替血液以及尿液样品来达到定量检测体内丙酮的目的，具有重要的临床意义。目前，定量检测呼出气中丙酮含量已经广泛应用于糖尿病和肺癌等疾病以及饥饿和生酮饮食等进食行为的研究。
[0004]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专利技术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。
[0005]目前文献报道的有关呼出气丙酮的检测方法主要有：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。
[0006]离子迁移谱具有检测速度快、灵敏度高等特点非常适用于呼出气样品的在线检测。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有检测技术存在的不足问题，提出了一种无创、在线筛查和诊断呼出气样品的方法，实现了呼出气中丙酮的在线检测。
[0008]本专利技术要解决的技术问题为：呼出气中高湿度的干扰以及呼出气中低浓度ppbv量级丙酮的高灵敏度检测，为了实现消除呼出气中湿度的干扰，提高呼出气中丙酮的检测灵敏度，本专利技术提供了一种在线检测呼出气中丙酮的方法，采用半导体在线制冷除湿，实现呼出气中丙酮的高灵敏在线检测。具体内容包括：
[0009]采用光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；
[0010]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；
[0011]包括半导体在线制冷除湿采样过程和加热反吹过程：
[0012]在半导体在线制冷除湿负压采样过程中，采样泵开始采样，并通过流量计控制采样的流速，呼出气丙酮样品依次经过第一三通二位电磁阀进入到半导体制冷装置中，半导体制冷装置一侧的半导体制冷片制冷，在此半导体制冷过程中，制冷除掉呼出气中的水(降低湿度)，只有呼出气中的丙酮和其它非水分子进入到离子迁移谱中，完成检测；
[0013]加热反吹过程中，采样泵停止工作，同时第一三通二位电磁阀切换，半导体制冷停止，半导体制冷装置另外一侧的加热片加热半导体制冷装置，此时离子迁移谱的气体进入到半导体制冷装置中，将腔体中的湿气反吹出去，经第一二位三通电磁阀的第三个口流出。
[0014]采样的半导体制冷装置相对二侧分别设置有半导体制冷片和电加热片，半导体制冷过程中，半导体制冷的温度为-40到-10℃，半导体制冷的时间为10-30s；加热反吹过程中，加热片加热的温度为100到200℃，加热的时间为10-30s。
[0015]离子迁移谱仪左侧反应区靠近灯头的侧壁面上为样品的进气口，依次和半导体制冷装置、电磁阀、呼出气样品气气源相连；漂气口由右侧迁移区的尾端进入到离子迁移管内部对呼出气样品中的中性分子进行吹扫，最后由位于左侧反应区和右侧迁移区中间靠近反应区的侧壁面上的出气口流出，并在此出气口的位置上依次连接流量计和采样泵。
[0016]离子迁移谱仪使用的电离源为射频灯，采样的实验条件为：迁移区的电场强度为300-500V/cm，迁移管温度为60-150℃，采样泵之前的流量计设置在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50-500ml/min。
[0017](1)制备浓度10-1000ppbv丙酮100％RH的标准气，并将3个以上不同浓度的丙酮标准气分别采样到半导体制冷装置中依次进行在线除湿，然后负压采样到离子迁移谱中进行检测，获得不同浓度100％RH丙酮标准气的离子迁移谱谱图，采用离子迁移谱检测到的100％RH丙酮产物离子峰的强度与对应的100％RH丙酮浓度做线性拟合得到100％RH丙酮的标准曲线；
[0018](2)采集志愿者的呼出气于1-3L的Tedlar气袋中，采用负压采样将呼出气样品依次经过半导体制冷除湿进入到离子迁移谱中，获得待测呼出气样品的离子迁移谱谱图；将待测呼出气样品的离子迁移谱图和丙酮标准气的离子迁移谱图比较，根据100％RH丙酮的标准曲线计算出待测呼出气样品中的丙酮的实际含量。
[0019]制备100％RH丙酮标准气的具体方法为：
[0020]首先，将3ml液态的丙酮密封于5mL的棕色瓶内，采用1mL一次性注射器的针头于瓶盖的硅橡胶垫上扎若干小孔，随后，将试剂瓶放入一个恒温35℃的不锈钢保温瓶内，用恒定50mL min-1
的干净空气进行吹扫，与试剂瓶内扩散出来的气态丙酮分子相互混合；经过一段时间后，采用称重法或者试剂瓶的失重量，按照下面公示计算得到丙酮气态样品的浓度；
[0021]其中，C为配得的丙酮气态样品的浓度(ppbv),M为丙酮分子的摩尔质量(58.08g mol-1
)，f为吹扫气的流速(L min-1
),t为吹扫气的吹扫时间，m为在t这段时间内试剂瓶的失重量(g)，T为恒温的温度35℃；最终，通过调节f可得到不同浓度的丙酮气态样品。为了得到不同浓度的100％RH的丙酮气体，丙酮母气用经过100％RH的湿度发生瓶的干净空气进行稀释。
[0022][0023]在浓度范围10-1000ppbv的丙酮标准气内选取10组以上，每组做五个以上平行实验检测；采用离子迁移谱谱图中的迁移时间对丙酮定性，确定检测出的丙酮，以丙酮产物离子峰的信号强度进行定量，绘制呼出气丙酮浓度对应丙酮响应产物离子峰强度的标准曲线。
[0024]本专利技术的技术创新在于：
[0025]1、本专利技术适合于呼出气样品，且呼出气样品不需要复杂的前处理，可直接通过负压采样于半导体制冷装置中进入到离子迁移谱进行检测。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线检测呼出气丙酮的方法，其特征在于：采用光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；包括半导体在线制冷除湿采样过程和加热反吹过程：在半导体在线制冷除湿负压采样过程中，采样泵开始采样，并通过流量计控制采样的流速，呼出气丙酮样品依次经过第一三通二位电磁阀进入到半导体制冷装置中，半导体制冷装置一侧的半导体制冷片制冷，在此半导体制冷过程中，制冷除掉呼出气中的水(降低湿度)，只有呼出气中的丙酮和其它非水分子进入到离子迁移谱中，完成检测；加热反吹过程中，采样泵停止工作，同时第一三通二位电磁阀切换，半导体制冷停止，半导体制冷装置另外一侧的加热片加热半导体制冷装置，此时离子迁移谱的气体进入到半导体制冷装置中，将腔体中的湿气反吹出去，经第一二位三通电磁阀的第三个口流出。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采样的半导体制冷装置相对二侧分别设置有半导体制冷片和电加热片，半导体制冷过程中，半导体制冷的温度为-40到-10℃，半导体制冷的时间为10-30s；加热反吹过程中，加热片加热的温度为100到200℃，加热的时间为10-30s。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：离子迁移谱仪左侧反应区靠近灯头的侧壁面上为样品的进气口，依次和半导体制冷装置、电磁阀、呼出气样品气气源相连；漂气口由右侧迁移区的尾端进入到离子迁移管内部对呼出气样品中的中性分子进行吹扫，最后由位于左侧反应区和右侧迁移区中间靠近反应区的侧壁面上的出气口流出，并在此出气口的位置上依次连接流量计和采样泵。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：离子迁移谱仪使用的电离源为射频灯，采样的实验条件为：迁移区的电场强度为300-500V/cm，迁移管温度为60-150℃，采样泵之前的流量计设置在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50-500ml/min。5.根据权利要求1-4任一所述的在线检...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋丹丹，李海洋，李杭，徐一仟，厉梅，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：