一种检测呼出气一氧化氮的滴定离子迁移谱

本技术属于分析化学仪器领域，具体涉及一种检测呼出气no的滴定离子迁移谱。

背景技术：

1、呼出气中的一氧化氮(exhaled no)是由呼吸道支气管和肺泡中的上皮细胞、内皮细胞以及炎性细胞中的no合成酶产生的一种信号分子。它的含量直接与呼吸道的炎症程度相关，可作为呼吸道疾病的非侵入式生物标志物。文献表明，呼出气中过量的no常与慢性阻塞性肺病(copd)、急性肺损伤、初级纤毛运动障碍以及哮喘等在内的不同类型疾病相关系。因此呼出气中no的检测具有重要意义。然而，呼出气中no的含量极低，约ppbv级，且自身化学性质不稳定，极易氧化成二氧化氮(no2)。在呼出气中高湿度条件下，要实现no的检测相当困难。尽管如此，在过去的几十年中，研究者们对其检测方法的开发却从未止步。

2、迄今为止，与臭氧相互作用的化学发光法是公认检测呼出气中no的标准方法。它的原理为no和臭氧反应过程中会发射特定波长的光，依据该光的波长和强度分别进行定性与定量分析。该方法的灵敏度较高，检测限可达1ppb，且响应时间少于1s。但是该方法检测前需利用含钼反应器将呼出气中的氮氧化物(nox)全部还原为no，增加了操作的复杂性、仪器的体积和耗费，使得仪器难以便携移动和小型化。另外，no与臭氧的反应极易受氨气、硫化氢、水汽以及二氧化碳等物质的干扰，会影响检测的准确性。因此，化学发光技术不宜作为临床术中病人呼出气中no的在线检测技术。电化学传感器可利用化学试剂将no的浓度转化为可检测的电信号，是另一种目前被广泛采用的检测技术。它可制成便携小型化仪器，如手持式传感器niox-mino。但它的不足之处仍不可忽视，如灵敏度相对较低，所需反应时间长，30s反应时间内的灵敏度只有5ppb，且电化学试剂的使用寿命有限，每检测100-300次则需要更换。这会增加仪器的使用费用，导致仪器重复性差，不适合长期稳定使用。基于激光技术发展的系列检测方法如可调谐半导体激光吸收光谱(tdlas)和量子级联激光器技术(qcl)最近已被广泛开发并应用于ppb级no的检测。它可在较短的响应时间内针对呼出气no进行高灵敏检测，1s内的检测灵敏度高达0.1ppb。然而高昂的价格、激光光源的衰减以及重现性差等问题使得这些方法只适合实验室内使用，无法应用于实际临床中的检测。

3、离子迁移谱具有灵敏度高、检测速度快，操作简单，易小型化以及成本低等诸多优点，已被广泛应于临床呼出气的检测。然而，呼出气中的水汽含量高达6％，高湿度不仅会降低ims的检测灵敏度，还会产生其他相关的干扰峰出现，使得谱图复杂，不利于待测物的定性和定量分析。因此，利用ims检测呼出气中no的前提就是降低湿度的干扰。至今为止，疏水性的聚二甲基硅氧烷(pdms)膜、mcc技术或气相色谱是备受研究者们青睐的除湿或分离技术。但是这些手段需要较长的分离时间：pdms膜需要约100s的分离反应时间，而gc或mcc的整个检测时间则需要更长的时间，长达600s以上，这些都会限制其在临床检测中的应用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的为提供一种检测呼出气一氧化氮的滴定离子迁移谱，该滴定离子迁移谱采用合适的滴定试剂分子，实现电离-反应区内对样品在化学电离过程进行处理，屏蔽或消除掉呼出气中高达100％相对湿度引起的干扰物对检测的影响，实现呼出气中no的高灵敏检测，并应用于临床手术中的连续在线监测。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种检测呼出气一氧化氮的滴定离子迁移谱，包括呼出气采样装置，离子迁移管，滴定试剂发生装置，数据采集系统，

4、呼出气采样装置包括抽气采样泵1，采样定量瓶2，第一三通二位电磁阀3、第二三通二位电磁阀4、呼出气采样器7、呼出气采样器采样口6，其中，采样定量瓶2为一密闭容器，在其侧壁面上下相对位置分别设置一呼出气入口和一呼出气出口，呼出气入口通过管路与呼出气采样器7的出口相连，在呼出气采样器7的出口相对位置设有呼出气采样器的采样口6；采样定量瓶2侧壁面左右相对位置分别设置一吹扫载气入口和一呼出气样品出口，采样定量瓶2的吹扫载气入口与第二三通二位电磁阀4的第一出口相连，第二三通二位电磁阀4的入口与吹扫载气气源相连，第二三通二位电磁阀4的第二出口通过管路与第一三通二位电磁阀3的第二入口相连，第一三通二位电磁阀3的第一入口与采样定量瓶2的呼出气样品出口相连，第一三通二位电磁阀3的出口与离子迁移管的进样口相连；

5、离子迁移管包括分别于左、右二端相对设置的光电离源和法拉第盘14，以及位于光电离源和法拉第盘14之间的离子门，光电离源与离子门之间的区域为离子分子反应区8，离子门与法拉第盘14之间的区域为迁移区9，法拉第盘14通过放大器15与数据采集系统相连；

6、于离子迁移管左侧端靠近光电离源处设有一进样口，于离子迁移管上壁面靠近光电离源侧设有一滴定试剂分子入口，于离子迁移管上壁面靠近离子门一侧设有一出气口16，出气口16通过抽气泵与大气相接；

7、于离子迁移管右侧端法拉第盘14的上面设置一漂气入口12，漂气入口12通过管路与漂气气源相连；

8、滴定试剂发生装置包括一密闭容器和一试剂瓶，试剂瓶顶部有一开口，开口处配有带通孔的硅胶瓶盖，于试剂瓶内装填有滴定试剂分子，试剂瓶置于密闭容器内；密闭容器的顶部设有两个接口，分别通过管路与离子迁移管的滴定试剂分子入口和载气气源相连。

9、滴定试剂发生装置的密闭容器底部外侧设有电加热器件，所述的电加热器件为加热膜、电阻丝或加热棒。

10、所述光电离源为63ni电离源(555mbq)，电加热器件加热的温度为30-60℃。

11、所用的滴定试剂分子为可以和水分子反应而不和o2-分子反应的试剂分子，如分析纯级别的对苯醌(pbq,99％)。

12、滴定试剂分子的电子亲和势高于负离子模式下的o2-试剂离子的电子亲和势，低于待测物no的产物离子no2-的电子亲和势(ea：2.28ev)。

13、吹扫载气、滴定试剂分子吹扫载气和漂气均为依次经过硅胶、活性炭和13x分子筛净化后的干净空气。

14、一种检测呼出气一氧化氮的滴定离子迁移谱在提高呼出气一氧化氮(no)检测灵敏度中的应用，滴定离子迁移谱的工作模式为负离子模式。

15、具体检测过程为：

16、1)采样过程，保持第一三通二位电磁阀与第二入口相通，第二三通二位电磁阀与第二出口相通，启动抽气采样泵，测试者先深吸一口净化后的干净空气然后对着呼出气采样器采样口进行呼气，在采样泵的作用下，呼出气样品进入采样定量瓶中，同时另一路吹扫载气经第二三通二位电磁阀的第二出口、第一三通二位电磁阀的第二入口和出口进入迁移谱管，以保证迁移管干净和管内气压的稳定；

17、2)进样检测过程，切换第一三通二位电磁阀与第一入口相通，第二三通二位电磁阀与第一出口相通，采样定量瓶中的呼出气样品在吹扫载气的载带作用下进入离子迁移管，并与滴定试剂分子发生反应，并获得呼出气中一氧化氮(no)的迁移谱图。

18、检测过程中，离子迁移管的检测条件为：步骤1)采样过程中，抽气采样泵抽气的流速为500-1000ml min-1，步骤2)进样检测过程中，迁移管的电场强度为：200-450v cm-1，迁移管的温度在30-80℃，进入离子迁移谱反应区内滴定试剂分子的浓度1-3ppm，吹扫载气的流速200-500ml min-1，漂气的流速在500-850ml/min，离子迁移管进样流速200-500ml min-1。

19、所述滴定试剂分子的浓度可通过调节硅胶瓶盖上孔的大小并利用称重法计算得到，具体操作方式为通过恒定流速的干净空气进行吹扫，与试剂瓶内扩散出来的气态滴定试剂分子相互混合，经过一定时间后，采用称重法获得试剂瓶的失重量。公式如下所示：

20、其中c为配得的滴定试剂分子的浓度(ppbv)，m为滴定试剂分子的摩尔质量(g mol-1)，f为滴定试剂分子吹扫载气的流速(l min-1)，t为吹扫载气的吹扫时间，m为在t这段时间内试剂瓶的失重量(g)，t为试剂瓶加热温度(k)。最终，通过调节f可得不同浓度的滴定试剂分子气态样品。

21、与现有技术相比，本实用新型的优点为：离子迁移谱具有灵敏度高、检测速度快、操作简单、易小型化以及成本低等诸多优点，非常适合于临床呼出气的检测。利用pbq成功滴定并转化湿度相关的干扰峰，不需要复杂的样品前处理，在线消除呼出气中湿度的干扰，实现了呼出气no的准确定性识别和检测。