人体呼吸气体的原位电离质谱在线分析研究

Accurate measurement of the composition and content of substances in human breathing gas is of great significance for monitoring the health effects of harmful gas compounds and studying the role of exhaled gases in disease diagnosis. Gaseous substances are easy to volatilize, diffuse and change. Traditional off-line analysis involves many steps, complicated operation and is time-consuming, which could result in the alternation of gas concentration and loss of components. Only on-line analysis of breathing gas can reveal their true composition and dynamic change. This project designs a closed interface and develops a multi-functional on-line sampling method. A new ambient ionization-mass spectrometric method of direct analysis in real time ionization high-resolution mass spectrometry for on-line analysis of fresh breathing gas is developed. This method adopts many advantages of being simple, fast, versatile and accurate. By utilizing a cigarette smoke generation system, the real harmful compounds in smoke entering the human body and the difference between single-mouthful smoke will be explored. Through forming of an on-line sampling mode of human exhaled breath, the differences between healthy people and patients will be analyzed, in order to search for potential disease marker. This study is helpful to understand smoking on health effects and to develop non-invasive screening technology for early detection of diseases. In addition, the establishment of online breathing gas measurement method can greatly simplify the analytical process of gas samples.

准确测量人体呼吸气体中物质的成分和含量，对监测有害气体物质对健康的影响和研究呼出气体在疾病诊断中的作用意义重大。气体体系具有易挥发、易扩散和易变化的特点。传统的离线式分析步骤多，操作繁琐，耗时，会导致气体物质浓度改变和成分丢失。只有对呼吸气体进行在线分析研究，才能真实地反映其成分组成和动态变化。本项目设计封闭式接口，开发多功能在线进样方式，建立以实时直接分析离子源-高分辨率质谱为基础的新鲜呼吸气体成分在线分析的原位电离质谱新方法。该方法具有简单、快速、通用、准确等优点。发展卷烟烟气的产生系统，在线探索进入人体的真正有害烟气成分及单口烟气的差别。形成人体呼出气体的在线进样模式，剖析健康人群和疾病患者呼出气体的不同，寻找潜在疾病标记物。本研究有助于深入理解吸烟对健康的影响和发展呼出气体的疾病早期无创筛查技术。此外，呼吸气体的在线测量方法的建立，可以极大地简化挥发性气体物质的分析流程。

人体呼出气体中挥发性有机化合物的种类和含量与人类健康状况息息相关，且呼出气体作为一种非入侵式的病理检测手段具有良好的医学应用前景。本项目设计了一个封闭式的接口并开发了多功能在线进样方式；建立了以实时直接分析离子源(DART)-高分辨率质谱(MS)为基础的呼出气体在线分析的原位电离质谱新方法。该方法对于分析易挥发性和气态化合物具有明显优势，避免了传统离线方法的繁琐耗时以及会造成气态样品损失的弊端，具有简单、实时、在线，且可以定量的特点。此方法应用于卷烟主流烟气的分析，在几秒内实现单一单口烟气的分析，检测到多种有害成分，并比较了不同物质在单口烟气之间的含量差别。采用多种进样方式在正离子和负离子模式下，对人体呼出气体进行了直接在线分析监测，并对其中的生物标记物进行了定量研究。呼出气体中检测到了醛类、酮类、胺类以及脂肪酸等一系列生物标记物。通过多种数据处理手段，比较了不同时间以及进食不同食物的代谢状态下呼出气体中存在的生物标记物的变化。综上所述，该项目丰富了原位电离质谱对气态化合物的检测分析，并为呼出气体作为潜在疾病监测提供了重复性好，准确度高，分析快速的检测手段，有助于深入理解吸烟对健康的影响和发展呼出气体的疾病早期无创筛查技术。在项目执行期间，共发表了高水平学术论文11篇，其中SCI收录9篇；申请专利（授权和公开）共3项；培养的学生包括在读博士研究生1名，在读硕士研究生1名，已毕业硕士研究生1名。