大連化學物理研究所研發(fā)用于光電離分析儀器的呼出氣樣品連續(xù)脫水新技術
近日，中國科學院大連化學物理研究所儀器分析化學研究室質(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域的應用提供了技術支撐。 
呼出氣中包含著與人體疾病和生理過程相關的大量生物代謝標志物。光電離質(zhì)譜和離子遷移譜技術憑借其高靈敏度、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，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，并在多家醫(yī)院開展了臨床應用研究。然而，在實際應用中，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的大量生物代謝標志物。光電離質(zhì)譜和離子遷移譜技術憑借其高靈敏度、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，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，并在多家醫(yī)院開展了臨床應用研究。然而，在實際應用中，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%。
為驗證該項技術的實際應用效果，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，驗證了該技術在代謝監(jiān)測、環(huán)境暴露評估等方面的應用潛力。
相關研究以“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》(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，國家自然科學基金等項目的支持。
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