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大连化学物理研究所研发用于光电离分析仪器的呼出气样品连续脱水新技术
2025-04-15 08:39:13来源：中国科学院大连化学物理研究所 阅读量：15169 评论
近日，中国科学院大连化学物理研究所仪器分析化学研究室质谱与快速检测研究中心(102组群)花磊研究员和李海洋研究员团队研发了基于双热电冷阱切换技术的在线脱水装置，实现了对呼出气高湿度样品的在线连续脱水，解决了高湿度样品对光电离检测灵敏度和稳定性影响的问题，为光电离分析仪器在呼出气分析领域的应用提供了技术支撑。
呼出气中包含着与人体疾病和生理过程相关的大量生物代谢标志物。光电离质谱和离子迁移谱技术凭借其高灵敏度、高选择性和宽化合物分析范围等优势，已成为呼出气分析的重要工具。花磊和李海洋团队前期基于光电离技术，已经研发了呼出气的非靶向(Anal. Chem.，2016)与靶向(J. Pharm. Anal.，2023；Sens. Actuators, B，2025)分析技术，并在多家医院开展了临床应用研究。然而，在实际应用中，呼出气中的高湿度会干扰分析化合物的光电离过程，显著降低分析仪器的检测性能。
基于热电制冷的低温脱水技术虽然是呼出气样品脱水处理的有效工具，但在长时间低温脱水过程中，冷凝水的积累会阻碍其连续在线监测与高通量测量。为此，本工作中，团队研制了一种基于双冷阱切换的微型热电制冷连续脱水装置。该装置可以长时间连续地将呼出气的饱和湿度降低到4.3%的相对湿度水平，而且这一脱水效果不会随入口湿度的变化而改变。此外，团队还提出了过冷补偿时序方案，消除了冷阱切换过程所引起的湿度波动，实现了出口湿度的稳定输出，经测试，湿度波动的相对标准偏差仅为8.2%。
为验证该项技术的实际应用效果，团队将该脱水装置与光电离离子迁移谱联用，实现了对呼出气中丙酮长达八小时以上的连续代谢监测，并观察到了有氧运动后呼出气中丙酮浓度的持续增加现象。团队还将该装置与光电离质谱联用，实现了对呼出气中氯代烃等弱极性化合物的有效检出，验证了该技术在代谢监测、环境暴露评估等方面的应用潜力。
相关研究以“Miniature Thermoelectric Cooler for Long-Term Stable Dehydration for On-Site Breath Analysis by Direct Inlet Photoionization Ion Mobility Spectrometry and Mass Spectrometry”为题，于近日发表在《分析化学》(Analytical Chemistry)上。该工作的第一作者是我所博士研究生张之昊。该工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金等项目的支持。
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