呼吸气中挥发性有机物检测方案(热解吸仪)

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IMPACT磐合科仪Scientific Instrument IMPACT磐合科仪 Scientific Instrument 疾病 VOCs标记物筛查：基于 TD- GC- TOF MS呼吸活检分析技术 该研究是介绍了一套分析系统用于快速鉴定呼吸气中挥发性有机物(VOCs)，用于一些疾病的标记物快速筛查。该系统是基于热脱附吸附管采集呼吸气，经热脱附全自动预预缩进样，最后经气相色谱-飞行时间质谱 (GC-TOF MS)分析目标物。该系统具有无创易操作的采样过程，经冷阱浓缩和飞行时间质谱分析，具有灵敏度高，软件操作流程清晰明了，可自动对样品进行差异度比较。 简介 呼吸活检因其在非侵入性诊断一系列生理和病理状况方面的潜力而备受关注。然而，需要检测出呼吸呼中 ppt级的挥发性有机物，其样品前处理过程是非常耗时耗力。 这个挑战现在已被克服，及先通过固体吸附剂吸附呼吸气中的挥发性有机物，再通过热脱附-气相色谱质谱联用系统(TD-GC-MS) 进行分析。通过得到的数据分析呼吸 VOCs 与相关的生理或病理之间的相关性，但要做到这一点，需要能够准确地和精确地鉴别出呼吸气中微量水平的 VOCs。 之前有一些直接进样检测技术已经应用到呼吸气 VOCs 检测中，如质子转移质谱(PTR)和选择性离子流管质谱(SIFT-MS)，这些质谱可进行实时分析和很高的灵敏度。然而，这些技术都不经过气相色谱分离，这就意味着这些质谱技术不能分析同分异构体化合物(具有相同分子量但化学结构不同)，进而不能得到呼吸气中完整的化学指纹信息。由于许多疾病的生物标记物 VOCs仍在被发现中，因此呼吸气样本的分析必须尽可能分析出更多的化合物，以便不遗漏任何有价值的诊断信息。 解决这一问题的一种有效方法是将气相色谱和飞行时间质谱(TOF MS)检测相结合，从而得到在检测实际样品中一次分析可得到完整的化学指纹信息，和化合物全部质谱谱图，可准确识别目标物和未知物，同时可提高检测灵敏度。该应用研究展示了如何在医护站点用吸附管采集呼吸气，然后通过快速，高灵敏的 TD-GC-MS分析，为快速诊断医疗提供了应用前景。有关全二维气相(GCXGC)在呼吸活检中的分离优点，将在另一篇应用文献中阐述。 实验过程 图1中显示整个分析流程。 图1通过 TD -GC-TOF MS 进行呼吸活检分析流程。 采样：通过 Bio-VOCTM I呼吸采样器 (Markes International)采集三名志愿者的呼吸气，每人采集两次，共采集129mL 样品，并同时将采集到呼吸气样品全部转移到呼吸气专用吸附管(MarkesInternational)中。 TD：设备型号：TD100-xrTM(Markes International)： 吸附管解析条件：270℃(8 min)； 解析流速：30mL/min(no split)； 富集聚焦冷阱 ：‘Material emissions’ (Markes International 货号：U-T12ME-2S)； 进样分流：5mL/min. TOFMMS： 设备型号： BenchTOF-SelectTM 质量范围： m/z 40-400。 软件：通过 TOF-DSTTM软件进行仪器控制和数据处理。 具体分析参数可联系磐合科仪。 结果与讨论 1. TD-GC -TOF MS 得到的呼吸信息 图2三名志愿者的呼吸气分析的色谱图，其中乙醇(#7)，异戊二烯((#8)和丙酮(#10)三种化合物响应最高，三名志愿者中共同含有乙醛(#3)，二氯甲烷(#14) 和甲苯(#28)。然而，痕量化合物在这个应用中被特别关注，这是后续数据分析的重点。 2- 10 图2 通过动态背景扣除功能将三名志愿者(A，B， C)的呼吸气色谱图进行背景干扰扣除，进而准确鉴定出主要化合物(全部 化合物清单请见表1) 3乙醛 7乙醇 8异戊二烯 10丙酮12异丙醇14二氯甲烷 15正己烷 24特戊酸甲酯 27吡啶 28甲苯32苯乙烯35苯甲醛 37柠檬烯 402-乙基-1-己醇 41苯酚 43苯乙酮 44薄荷醇 0 5 10 15 20 25 30 35 40 t (min) 上海磐合科学仪器股份有限公司热线咨询：400-021-0898邮箱： marketing@phky.com.cn网址：www.phky.com.cn IMPACT磐合科仪 Scientific Instrument 3.1定性更准确 图3显示了四个化合物通过 BenchTOF TM 得到的质谱图与 NIST 17 谱库检索的结果， BenchTOF 具有出色的光谱质量，与其他飞行时间质谱相比， BenchTOF 无质量歧视(这个在分析二氯二氟甲烷的情况下尤为明显)。 图3从志愿者B的呼吸气分析结果中选取四个化合物质谱图(上面，红色)与 NIST 17 谱库质谱图(底部，蓝色)比较情况。 2.创新的数据分析软件TOF-DS 为了提高样品分析通量同时最大限度提高痕量化合物被检出的数量， TOF-DSTM可在数据采集中进行背景扣除，积分，去卷积和谱库检索。第一步是进行动态背景扣除(DBC)， 去除色谱图中化学干扰，如柱流失，得到干净的色谱图，如图2所示。这样就无需手动进行背景扣除，方便了后续的去卷积和谱库检索。图4显示了样品B实时数据处理的结果，以及如何识别共流峰中掩盖的化合物。 图4在图2B的采集过程中拍摄的屏幕截图，显示了呼吸样品的实时去卷积和谱库检索过程，并且将 NIST 匹配度大于800的化合物在色谱图上实时标注出来。 图5将图4中红圈部分放大，显示鉴定出了共流峰含有四个化合物。 4.痕量化合物的鉴别 表1列出了三个样品中确定的选定化合物。除了体内产生的化合物外，也存在可能受到外部的影响(如环境暴露或饮食)的化合物，例如，二甲基硒化物(#16)和丙烯基甲硫醚(#22)可能是食用大蒜的结果，而吡啶是暴露在香烟烟雾中的已知标记物。“呼吸指纹识别”中一个关键挑战是在数据处理过程中识别和消除这些化合物，以便将重点放在与生理或病理条件相关的化合物上。 在所有三个样品中，没有发现很多痕量化合物。例如苯甲醇(#42)只在样品B中检测到，并且其峰面积仅为最大峰面积化合物丙酮(#10)的 0.6%。 TD-GC-TOF MS 提供的这些细节对于想要识别疾病生物标记物的研究人员来说非常重要。 38 桉叶醇 22.462 2.71×10 39 苯甲腈 22.512 1.21×10 40 2-乙基-1-己醇 22.611 6.44×10' 5.35×10 6.12×10 41 苯酚 22.993 8.08×10' 1.54×10° 3.09×10 42 苯甲醇 23.572 2.27×106 — 43 苯乙酮 24.093 3.97×10 3.78×10' 4.42×10' 44 甲醇 26.048 9.12×10 6.12×10 1.09×10' 45 萘 26.540 4.59×106 5.22×10 6.26×106 46 苯并噻唑 27.503 6.23×10° 47 雌二醇 28.045 1.87×10° — 2.67×10° 48 十一醛 28.199 3.01×10° 1.35×10 2.58×10 49 2-甲基萘 28.664 4.72×10° 2.96×10° 50 1-甲基萘 28.996 3.36×10° 3.68×10° 51 乙酸甘油酯 29.097 7.91×106 1.59×10 1.05×10' 52 吲哚 29.609 — 2.68×10' 53 石竹烯 30.424 3.03×10° 6.03×10° 表11呼吸样品中关键化合物清单。 5.呼吸数据比对 TOF-DS 中的 ChromCompareQ模块也可用于呼吸分析，自动比对分析不同样品中已知生物标记物(图6)。ChromCompare提供了基于目标化合物相对丰度的多个数据文件的快速客观比较，显示了一个简单的成对匹配因子矩阵(1到1000之间)，以便于识别趋势。 图6使用 ChromCompare 自动比较呼吸气色谱图，使用直方图(H图)显示两个样本中目标化合物的峰面积。加权可用于增加关键化合物的权重。 IMPACT磐合科仪 Scientific Instrument 以类似建立质谱库的方式，可以为目标化合物创建 ChromCompare 数据库，这意味着可快速对后后采集分析的样本呼吸气进行筛查(图7)。例如，匹配因子代表了新样本与呼吸气的数据库中的健康或不健康患者相似度。 图/7根据(健康和不健康参与者)呼吸气色谱图的 ChromCompare 数据库， 对新采集的样本进行 H图分类，在这种情况下，与存储在数据库中的“健康”参与者有很强相关性。 总结 总之，本研究中使用的 TD-GC-TOF MS 工作流程为常规呼吸气分析提供了以下几点优势： 使用 Bio-VOCTM采样器，可方便快捷地将呼吸气中VOCs 转移到专用吸附管上。因此，这种方法非常适合于大规模的呼吸气研究，在这种研究中，经过培训的人员可能并不总是出现在采集点。 吸附管可以保持样品数周以上，使其能够运输到分析实验室而不会有降解的风险。采用黄铜密封帽可以确保吸附管没有污染物进入或样品损失。 通过专用二级聚焦富集冷阱的 TD100-xrTM进行样品 VOCs 预浓缩，再通过闪蒸快速进样，减少峰展宽，提高检测灵敏度。这有助于识别出可能被忽略的重要痕量生物标记物 通过高灵敏度的 BenchTOF TM 飞行时间质谱 (TOF MS) 可通过一次检测对整个样品进行筛查分析，同时该 TOF MS 可以与 GCXGC 配置兼容，因此在需要时可灵活升级(请参阅我们的另一篇应用文献)。 使用 TOF-DSTM 软件可进行更快速的数据分析，该软件提供全自动实时处理和工作流程功能，如 ChromCompare@模块，可进行批量样本之间比较，查找出不同样本间差异。 热线咨询：海磐合科学仪器股份有限公司网址： www.phky.com.cn邮箱： marketing@phky.com.cn 该研究是介绍了一套分析系统用于快速鉴定呼吸气中挥发性有机物（VOCs），用于一些疾病的标记物快速筛查。该系统是基于热脱附吸附管采集呼吸气，经热脱附全自动预浓缩进样，最后经气相色谱 -飞行时间质谱（GC–TOF MS）分析目标物。该系统具有无创易操作的采样过程，经冷阱浓缩和飞行时间质谱分析，具有灵敏度高，软件操作流程清晰明了，可自动对样品进行差异度比较。