大連化學(xué)物理研究所研發(fā)用于光電離分析儀器的呼出氣樣品連續(xù)脫水新技術(shù)
近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儀器分析化學(xué)研究室質(zhì)譜與快速檢測研究中心(102組群)花磊研究員和李海洋研究員團隊研發(fā)了基于雙熱電冷阱切換技術(shù)的在線脫水裝置，實現(xiàn)了對呼出氣高濕度樣品的在線連續(xù)脫水，解決了高濕度樣品對光電離檢測靈敏度和穩(wěn)定性影響的問題，為光電離分析儀器在呼出氣分析領(lǐng)域的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。 
呼出氣中包含著與人體疾病和生理過程相關(guān)的大量生物代謝標志物。光電離質(zhì)譜和離子遷移譜技術(shù)憑借其高靈敏度、高選擇性和寬化合物分析范圍等優(yōu)勢，已成為呼出氣分析的重要工具。花磊和李海洋團隊前期基于光電離技術(shù)，已經(jīng)研發(fā)了呼出氣的非靶向(Anal. Chem.，2016)與靶向(J. Pharm. Anal.，2023；Sens. Actuators, B，2025)分析技術(shù)，并在多家醫(yī)院開展了臨床應(yīng)用研究。然而，在實際應(yīng)用中，呼出氣中的高濕度會干擾分析化合物的光電離過程，顯著降低分析儀器的檢測性能。
呼出氣中包含著與人體疾病和生理過程相關(guān)的大量生物代謝標志物。光電離質(zhì)譜和離子遷移譜技術(shù)憑借其高靈敏度、高選擇性和寬化合物分析范圍等優(yōu)勢，已成為呼出氣分析的重要工具。花磊和李海洋團隊前期基于光電離技術(shù)，已經(jīng)研發(fā)了呼出氣的非靶向(Anal. Chem.，2016)與靶向(J. Pharm. Anal.，2023；Sens. Actuators, B，2025)分析技術(shù)，并在多家醫(yī)院開展了臨床應(yīng)用研究。然而，在實際應(yīng)用中，呼出氣中的高濕度會干擾分析化合物的光電離過程，顯著降低分析儀器的檢測性能。
基于熱電制冷的低溫脫水技術(shù)雖然是呼出氣樣品脫水處理的有效工具，但在長時間低溫脫水過程中，冷凝水的積累會阻礙其連續(xù)在線監(jiān)測與高通量測量。為此，本工作中，團隊研制了一種基于雙冷阱切換的微型熱電制冷連續(xù)脫水裝置。該裝置可以長時間連續(xù)地將呼出氣的飽和濕度降低到4.3%的相對濕度水平，而且這一脫水效果不會隨入口濕度的變化而改變。此外，團隊還提出了過冷補償時序方案，消除了冷阱切換過程所引起的濕度波動，實現(xiàn)了出口濕度的穩(wěn)定輸出，經(jīng)測試，濕度波動的相對標準偏差僅為8.2%。
為驗證該項技術(shù)的實際應(yīng)用效果，團隊將該脫水裝置與光電離離子遷移譜聯(lián)用，實現(xiàn)了對呼出氣中丙酮長達八小時以上的連續(xù)代謝監(jiān)測，并觀察到了有氧運動后呼出氣中丙酮濃度的持續(xù)增加現(xiàn)象。團隊還將該裝置與光電離質(zhì)譜聯(lián)用，實現(xiàn)了對呼出氣中氯代烴等弱極性化合物的有效檢出，驗證了該技術(shù)在代謝監(jiān)測、環(huán)境暴露評估等方面的應(yīng)用潛力。
相關(guān)研究以“Miniature Thermoelectric Cooler for Long-Term Stable Dehydration for On-Site Breath Analysis by Direct Inlet Photoionization Ion Mobility Spectrometry and Mass Spectrometry”為題，于近日發(fā)表在《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)上。該工作的第一作者是我所博士研究生張之昊。該工作得到了國家重點研發(fā)計劃，國家自然科學(xué)基金等項目的支持。
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