一种用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于呼出气中末端气体的采集，特别涉及一种采用质谱化学电离方式进行测定的采样装置。
【背景技术】
[0002]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。呼出气体检测作为一种了解人体生理代谢过程和监测人体疾病状况的方法具有重要的意义，受到人们越来越多的重视。与常规的血液检测方法相比，呼出气检测的最大优点是对人体无损伤，操作过程方便快捷。
[0003]可靠的采样方法是分析成功的重要保证。人体呼出气体的浓度一般在ppb级别，含量很低。因此，呼出气采集的关键在于尽量使样品不被稀释，不受到环境中气体的干扰。人体肺泡中的气体浓度与自身代谢过程直接相关，采样时应尽可能采集到肺泡气体。在人体每一次呼出气体的过程中，开始呼出的气体会被从肺到采样装置间的死体积稀释，导致呼出气体浓度下降；随着呼出过程的进行，收集到的气体浓度逐渐接近肺泡浓度并达到平衡。为了减小死体积的稀释效应，可以只收集呼出气的后半部分体积，即末端气体，以此得到接近真实肺泡浓度的气体。这就要求通过对采样装置进行合理地结构设计和实验操作以采集到人体末端呼出气。
[0004]呼出气末端气体中挥发性有机物的检测方法包括色谱法、质谱法、光谱法、传感器技术等。其中质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比(m/z)的测定来进行分析的一种重要分析手段，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。采用质谱分析法测定呼出气中的挥发性有机物，可以直接获得其分子量信息，实现定性和定量分析。
[0005]传统的离线检测必须经过样品采集、前处理和分离检测等多个步骤，呼出气末端气体成分非常复杂且含量很低，样品在保存、运输的过程中极易造成丢失或变质。因此呼出气体的实时在线监测不断发展，尤其以有机物在线监测质谱技术为代表的检测技术受到人们越来越多的重视。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置。
[0007]—种用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置:
[0008]包括吹气管、载气进气口、三通阀、装置密封阀门A和装置密封阀门B、采样瓶、质谱进样口六部分；
[0009]吹气管是连接在采样瓶一端的一段供被测试者吹气的管路；装置密封阀门A、装置密封阀门B分别连接在采样瓶的两端；三通阀位于装置密封阀门A的一端，其三通阀另外两个出口分别连接吹气管和载气进气口 ；质谱进样口位于采样瓶的上端。
[0010]吹气管内径为2-3mm、长度为5_8cm，对呼出气中待测挥发性有机物无特异性吸附。
[0011 ] 被测试者吹气前，通过载气进气口，载气将采样瓶内背景空气吹走，减少背景空气中可能存在的物质对测定的干扰；被测试者吹气采样时，通过载气进气口，载气将采样瓶内采集到的末端呼出气载带进入质谱仪进行测定。
[0012]采样时，装置两端的密封阀门A，密封阀门B打开，测试者对着吹气管吹气，待测试者一次呼气完全，即呼出气初始和中段气体流出后，立即将两端密封阀门A、密封阀门B关上，此时采样瓶内采集到的即为末端呼出气。
[0013]采样瓶的有效体积为20_100mL，当被测试者采用正常呼气方式，一次呼气完全时，采样瓶采集到的是被测试者的末端呼出气。
[0014]样品气在载气载带下直接进入采样瓶上端的质谱进样口，进行实时分析。
[0015]本发明的有益效果在于:
[0016]—、米样瓶体积20_100mL,可以保证瓶内米集到的是末端呼出气。
[0017]二、通过控制阀门的开、关，即可方便实现呼出气末端气的采集。
[0018]三、相对普通采样袋而言，采样瓶内杂质少且采样瓶本身对呼出气中待测各种有机物几乎无吸附，因采集装置吸附所造成的待测物的损失降到最低。
[0019]四、吹气管内径和长度适宜，死体积小，对呼出气中待测挥发性有机物无特异性吸附。
[0020]五、质谱进样口直接插在采样瓶内，采集到的样品可被质谱实时分析。
[0021]六、整套装置集采样和进样于一体，操作简单，方便快捷。
【附图说明】
[0022]图1为本发明用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置。
[0023]其中，1-吹气管；2-载气进气口 ；3_三通阀；4-密封阀门A ;5_密封阀门B ;6_采样瓶；7_质谱进样口。
[0024]图2为本发明用于呼出气中末端挥发性有机物检测的质谱分析数据。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示:I为吹气管，即被测试者吹气口 ；2为载气进气口 ；3为三通阀；4为密封阀门A ；5为密封阀门B ；6为采样瓶；7为质谱进样口。
[0026]被测试者吹气前，采样瓶两端的阀门全部打开，载气以一定的流速从进气口 2进入，吹扫2-3分钟后，采样瓶内背景空气全被吹走，采背景图；被测试者深呼吸后，随即对着洁净的吹气管I吹气，当其感觉呼气结束时，呼出气初始和中段气体已经被吹出采样瓶6，立即将两端密封阀门A4、密封阀门B5关闭，此时采样瓶6内收集到即为末端呼出气；载气载带着采集到的末端气通过质谱进样口 7进入质谱仪，可以利用质谱的采集软件进行数据米集分析。
[0027]图2:首先将测定装置搭建好，连接好载气气路，本实验用氧气作为载气；其次调试实验用的飞行时间质谱仪至最佳工作状态；最后开始实验:第一步被测试者吹气前，将采样瓶两端的阀门全部打开，氧气以lOOml/min的流速从进气口 2进入，吹扫2分钟后，用仪器自带的P7888数据采集软件采背景图，连续采集3次，记录数据；第二步被测试者对着吹气管I吹气，当其感觉呼气结束时，呼出气初始和中段气体已被吹出采样瓶，此时立即将两端阀门关闭；用仪器自带的P7888数据采集软件开始采集样品谱图，连续采集3次，记录数据。将所有数据导入Origin软件进行数据处理:取背景平均值和样品平均值，扣除背景后作图，即得图2。从图2中，可以看到，用本方法成功测得了末端气体中ppb级别的丙酮、异戊二烯、甲醇、乙醇。
【主权项】
1.一种用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置，其特征在于: 包括吹气管(I)、载气进气口(2)、三通阀(3)、装置密封阀门A (4)和装置密封阀门B(5)、采样瓶(6)、质谱进样口(7)六部分； 吹气管(I)是连接在采样瓶(6) —端的一段供被测试者吹气的管路；装置密封阀门A(4)、装置密封阀门B (5)分别连接在采样瓶(6)的两端；三通阀(3)位于装置密封阀门A(4)的一端，其三通阀(3)另外两个出口分别连接吹气管(I)和载气进气口(2);质谱进样口(7)位于米样瓶(6)的上端。
2.根据权利要求1所述的用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置，其特征在于: 吹气管(I)内径为2-3mm、长度为5-8cm，对呼出气中待测挥发性有机物无特异性吸附。
3.根据权利要求1所述的用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置，其特征在于: 被测试者吹气前，通过载气进气口(2)，载气将采样瓶(6)内背景空气吹走，减少背景空气中可能存在的物质对测定的干扰；被测试者吹气采样时，通过载气进气口(2)，载气将采样瓶(6 )内采集到的末端呼出气载带进入质谱仪进行测定。
4.根据权利要求1所述的用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置，其特征在于: 采样时，装置两端的密封阀门A (4)，密封阀门B (5)打开，测试者对着吹气管(I)吹气，待测试者一次呼气完全，即呼出气初始和中段气体流出后，立即将两端密封阀门A (4)、密封阀门B (5)关上，此时采样瓶(6)内采集到的即为末端呼出气。
5.根据权利要求1所述的用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置，其特征在于: 采样瓶(6)的有效体积为20-100mL，当被测试者采用正常呼气方式，一次呼气完全时，采样瓶(6)采集到的是被测试者的末端呼出气。
6.根据权利要求1所述的用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置，其特征在于: 样品气在载气载带下直接进入采样瓶(6)上端的质谱进样口(7)，进行实时分析。
【专利摘要】本发明设计了一种用于呼出气中挥发性有机物检测的末端气体采样装置。该装置的主体是一个体积为20-100mL的采样瓶。采样瓶两端各有一个进气口和出气口，且分别接有阀门；采样瓶中间开有一小孔，作为质谱的进样口。采样时，装置两端的阀门打开，测试者对着采样瓶一端的一段可拆卸的吹气管吹气，待一次呼气完全，即初始和中段气体流出后，立即将两端阀门关上，20-100mL的体积对应采集到的是末端气。该装置避免了初始和中段气体对测量的干扰，有利于末端气的检测；本装置集采样和进样于一体，采集到的样品经过载气携带，可以被质谱实时分析；因此，本装置非常适合末端呼出气中挥发性有机物的检测。
【IPC分类】G01N27-62, G01N1-22
【公开号】CN104713750
【申请号】CN201310691210
【发明人】李海洋, 王艳, 侯可勇, 陈平, 彭丽英, 蒋吉春, 刘巍, 蒋丹丹
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月13日