用于口气检测的主动式采样器及与气相色谱联用分析方法与流程

本发明涉及涉及分析化学样品前处理及分析检测领域，尤其是涉及一种用于口气检测的主动式采样器及与气相色谱联用分析方法。

背景技术：

口气是现代社会普遍存在的现象，广泛影响着人们的生活质量，其主要成分为各种挥发性有机化合物，其中挥发性硫化物(vscs)是不悦嗅感产生的重要化合物，检测方法大都采用气相色谱-火焰光度法。vscs挥发性强、含量低，且具有腐蚀性，同时口气基体复杂，水汽含量高，因此口气中痕量vscs高效采样及准确定量分析一直是研究难点。

目前已有的口气采样方式主要为被动式采样方式。被动式采样通常采用集气袋或其他无动力富集装置，收集由口气受试者吹出的口气，用于后续的气相色谱检测。该方法虽然装置简单，但容易收集到肺部及消化道的气体，降低采样的代表性；同时，由于受试者吹气过程很难具有重复性，容易降低后续分析结果的准确性和临床评价的相关性。

主动式采样方式常用于环境、食品等复杂样品挥发性有机物的采集。由于搭载精密流量泵，可以有效控制采样流速，保证采样过程的良好重现性，提高分析结果的精密度及准确性。但是，目前尚未有专门针对口气检测的主动式采样器及相关分析方法研发。

技术实现要素：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种用于口气检测的主动式采样器。该主动式采样器通过优化采样器吹嘴设计、采样器材质、尺寸与流路等因素，最大程度降低采样器死体积及对目标口气化合物的吸附作用，通过优化泵流速、除水剂种类和用量，有效提高口气中目标化合物(例如硫化氢及甲硫醇，甲硫醚)的分析重现性及准确性。本发明中的主动式采样器与后续的气相色谱易于联用，适于较宽浓度范围的口气检测；硫化氢线性范围：0.105-1.05mg/l，甲硫醇线性范围：0.0510-0.510mg/l，甲硫醚线性范围：0.0880-2.64μg/l。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种用于口气检测的主动式采样器与气相色谱联用的分析方法。该方法检测结果精密度高及准确性好。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种用于口气检测的主动式采样器，包括：

中空通气管道、采样器吹嘴、除水隔垫、第一阀门、第二阀门、气密性进样针、富集进样针、双模采样接口的采样腔和采样泵；

所述中空通气管道两端设置有进气口和出气口；

所述采样器吹嘴与进气口连接相通；

所述除水隔垫设置在中空通气管道的靠近进气口侧；

所述采样腔设置在中空通气管道中部；

所述采样腔上设置气密性进样针和富集进样针；

所述采样腔与出气口之间设有第二阀门；

所述出气口与采样泵连接。

优选地，所述的中空通气管道内径为10.0-18.0mm。

优选地，所述采样器吹嘴内设有与脸部适应的硅胶隔垫。

优选地，所述富集进样针为固相微萃取针。

优选地，所述中空通气管道采用聚四氟乙烯材质。

优选地，所述除水隔垫内包括除水剂，所述除水剂选自无水氯化钙、分子筛、活性炭、无水硫酸镁中的一种或多种。

优选地，所述采样腔与气密性进样针和富集进样针的连接处采用耐高温高压的硅胶隔垫。

优选地，所述采样泵采用精密流量采样泵；该采样泵的采样速度为1.2-2.0cm³/s。

为解决上述第二个技术问题，本发明一种用于口气检测的主动式采样器与气相色谱联用的分析方法，包括如下步骤：

1)样品预处理：取待测样品，配置一系列不同浓度的待分析物质的标准气体；

2)样品及标准气体处理：分别将样品及标准气体通过主动式采样器装置使得待测物经过除水装置，在采样器腔体中进行平衡2.5-3.5min；

3)标准曲线的绘制：分别向经步骤2)处理后的一系列不同浓度标准气体的样品取相同量，用气相色谱(简称：gc)检测，读取待分析物质特征保留时间处的峰面积，绘制特征保留时间处的峰面积-待分析物质含量标准曲线；

4)样品浓度的测定：量取与步骤3)中相同体积的待测样品的气体，用气相色谱检测，检测条件与步骤3)相同，读取待分析物质特征保留时间处的峰面积，对照特征保留时间处的峰面积-待分析物质含量标准曲线，得到待测样品中待分析物质的含量。

本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

如无特殊说明，本发明中的各原料均可通过市售购买获得，本发明中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

本发明主动式采样器通过优化采样器吹嘴设计、采样器材质、尺寸与流路等因素，最大程度降低采样器死体积及对目标口气化合物的吸附作用，通过优化泵流速、除水剂种类和用量，有效提高口气中目标化合物(例如硫化氢及甲硫醇，甲硫醚)的分析重现性及准确性。本发明采样器设计双模采样接口，可以在快速检测的基础上对更低含量的口气进行富集处理，拓展检测的下限。

附图说明

图1是本发明用于口气检测的主动式采样器结构示意图。

图2是本发明主动式采样器cfd模拟速度矢量图(a、b、c、d为不同尺寸的采样器模型)。

图3是除水剂种类(a)和除水剂用量的优化结果(b)对应图。

图4是硫化氢、甲硫醇和甲硫醚分析的标准曲线及色谱图。硫化氢线性范围：0.105-1.05mg/l，甲硫醇线性范围：0.0510-0.510mg/l，甲硫醚线性范围：0.0880-2.64μg/l。

图5是三位受试者的实际口气检测色谱图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

除非另有说明，本文中所用的所有百分比和比率均以总组合物重量计。除非另有说明，本文提及的所有成分的百分数、比例和含量均基于该成分的实际含量，并不包括在市售产品找那个可以与这些成分组合的溶剂、填料或其它物质。

本文中的术语“包含/包括”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。

本文中的术语“优选地”和它的变体是指在特定环境下能够提供特定有益效果的本发明的实施方案。然而，其它的实施方案在相同或其它的环境下也可以是优选的。此外，一个或多个优选实施方案的详细描述并不表示其它实施方案是无用的，并且不旨在本发明的范畴中排除其它的实施方案。

本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

作为本发明的一个方面，一种用于口气检测的主动式采样器，包括：

中空通气管道9、采样器吹嘴1、除水隔垫2、第一阀门3、第二阀门7、气密性进样针4、富集进样针5、双模采样接口的采样腔6和采样泵8；

所述中空通气9管道两端设置有进气口和出气口；

所述采样器吹嘴1与进气口连接相通；

所述除水隔垫2设置在中空通气管道9的靠近进气口侧；

所述采样腔6设置在中空通气管道9中部；

所述采样腔6上设置气密性进样针4和富集进样针5；本发明采样器设计双模采样接口，可以在快速检测的基础上对更低含量的口气进行富集处理，拓展检测的下限；

所述采样腔6与出气口之间设有第二阀门7；

所述出气口与采样泵8连接。

本发明的采样器有效减少实际样品中基体对挥发性化合物的吸附，通过优化采样器吹嘴、采样器材质、尺寸与流路等因素，最大程度的降低采样器死体积及对挥发性化合物的吸附作用；利用采样泵稳定的气压来输送流体，较好地控制采样流速，保证了良好的采样重复性，实现挥发性化合物与样品基体的分离，改善分析灵敏度及重现性。

根据本发明的某些实施例，所述的中空通气管道9内径为10.0-18.0mm。本发明通过不同尺寸采样器的计算流体动力学(简称：cfd)模拟计算，选择死体积最小的尺寸进行采样器的设计，提高了采样的效率。通过cfd可以计算出特定采样器设计中各流速的呈现百分比，低流速(<0.0005m/s的流速)的呈现百分比(vp)越小，则该采样器设计的死体积越小。如图2所示，采样器a(vp＝20.5％)、采样器b(vp＝7.24％)、采样器c(vp＝9.38％)、采样器d(vp＝7.95％)，其中采样器b的vp最小，说明其在设计的采样器中死体积最小，为优化的设计结果。气流无法流通或是流通速率过慢的区域就是死体积的区域，固低流速所占的百分比越小，死体积越小，即气体置换的效率越高。任何装置都会存在死体积。流速无限小，说明气流接近无法流通的概率越大，死体积也越大，cfd是模拟计算出现这种情况的概率，不是指特定设计中的具体死体积。

根据本发明的某些实施例，所述采样器吹嘴内设有与脸部适应的硅胶隔垫。利于受试者面部肌肉与吹嘴上的硅胶隔垫相贴合。

根据本发明的某些实施例，所述富集进样针5为固相微萃取针。

根据本发明的某些实施例，所述中空通气管道9采用聚四氟乙烯材质。现有技术中，大部分主动采样器采用黄铜、不锈钢或聚乙烯等材料制作，价廉易得，但对挥发性化合物的吸附现象严重，本发明中的主动式采样器装置选择聚四氟乙烯材质，最大程度降低了采样器材质对挥发性化合物的吸附作用。

根据本发明的某些实施例，所述除水隔垫2内包括除水剂，所述除水剂选自无水氯化钙、分子筛、活性炭、无水硫酸镁中的一种或多种。本发明采样器通过优化尺寸与流路，设置除水隔垫并优化了除水剂的种类和用量，使得挥发性样品可以更好的与基体相分离，可根据不同的实际样品选择不同的材料与样品基体进行分离。

根据本发明的某些实施例，所述采样腔与气密性进样针和富集进样针的连接处采用耐高温高压的硅胶隔垫，使得气密性符合实验要求。

根据本发明的某些实施例，所述采样泵8采用精密流量采样泵；该采样泵的采样速度为1.2-2.0cm³/s；采用精密流量采样泵可最大程度保证采样流速的稳定性，有效提高了采样的重复性。也即利用采样泵准确控制流速，主动扩散比自由扩散具有更好的可控制性，从而较好保持采样的一致性。

作为本发明的另一个方面，本发明一种用于口气检测的主动式采样器与气相色谱联用的分析方法，包括如下步骤：

1)样品预处理：取待测样品，配置一系列不同浓度的待分析物质的标准气体；

2)样品及标准气体处理：分别将样品及标准气体通过主动式采样器装置使得待测物经过除水装置，在采样器腔体中进行平衡2.5-3.5min；

3)标准曲线的绘制：分别向经步骤2)处理后的一系列不同浓度标准气体的样品取相同量，用气相色谱(简称：gc)检测，读取待分析物质特征保留时间处的峰面积，绘制特征保留时间处的峰面积-待分析物质含量标准曲线；

4)样品浓度的测定：量取与步骤3)中相同体积的待测样品的气体，用气相色谱检测，检测条件与步骤3)相同，读取待分析物质特征保留时间处的峰面积，对照特征保留时间处的峰面积-待分析物质含量标准曲线，得到待测样品中待分析物质的含量。

实施例1

本实施例详细说明采用主动式采样器-气相色谱联用分析方法检测口气中硫化氢、甲硫醇和甲硫醚的应用实例。在本实施例中，所述除水装置内置有3.0g的无水氯化钙固体。

具体的，一种用于口气检测的主动式采样器与气相色谱联用的分析方法，包括以下几个步骤：

(1)样品预处理：取口气样品；配置一系列不同浓度的硫化物、甲硫醇和甲硫醚标准气体。

(2)样品及标准气体处理：分别将样品及标准气体通过主动式采样器装置使得待测物与基体分离，通过除水装置，在采样器腔体中平衡后进行气密针进样。分别量取250μl含有一系列不同浓度的口气标准样品注入气相色谱进样口进行分析。口气采样48s，样品平衡3min，待测。

(3)标准曲线的绘制：分别量取250μl的经步骤(2)处理的一系列不同浓度的口气标准气体，用气相色谱检测，并读取2.7min、3.7min和4.7min保留时间处的峰面积，绘制2.7min、3.7min和4.7min保留时间处的峰面积-硫化物含量标准曲线。所述气相色谱仪为agilent7890b，进样口温度200℃，分流比1:1，检测器温度230℃，柱流量3ml/min。程序升温：50℃保持1min，以20℃/min升至180℃。

(4)样品浓度的测定：量取250μl步骤(2)中的样品，注入气相色谱进样口后，用气相色谱检测，检测条件与步骤(3)相同，读取2.7min、3.7min和4.7min保留时间处的峰面积，对照2.7min、3.7min和4.7min保留时间处的峰面积-硫化物含量标准曲线，得到口气样品中的硫化物含量。

参见图3，其是主动式采样器-气相色谱联用分析口气中硫化物含量的色谱及标准曲线。图4为气相色谱检测的主动式采样器装置分析实际口气的色谱，从图中可计算得出，3位受试者口气样品中均检出硫化氢及甲硫醇，甲硫醚未检出。其中，受试者2及受试者3口气中硫化氢含量分别为218μg/l、185μg/l，甲硫醇含量分别为77.0μg/l、75.0μg/l。受试者1口气中硫化氢及甲硫醇含量低于方法检出限。

综上，本发明中的主动式采样器设计简洁、采样稳定性好，操作简单，与后续的气相色谱易于联用，适于较宽浓度范围的口气检测；硫化氢线性范围：0.105-1.05mg/l，甲硫醇线性范围：0.0510-0.510mg/l，甲硫醚线性范围：0.0880-2.64μg/l。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。