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傅若农：各个医院用呼出气检测幽门螺旋杆菌的方法“火”了

Kevin

2017/10/30

气相色谱（GC）

编者注：傅若农教授生于1930年，1953年毕业于北京大学化学系，而后一直在北京理工大学(原北京工业学院)从事教学与科研工作。1958年，傅若农教授开始带领学生初步进入吸附柱色谱和气相色谱的探索;1966到1976年文化大革命的后期，傅若农教授在干校劳动的间隙，系统地阅读并翻译了两本气相色谱启蒙书，从此进入其后半生一直从事的事业——色谱研究。傅若农教授是我国老一辈色谱研究专家，见证了我国气相色谱研究的发展，为我国培养了众多色谱研究人才。
第一讲：傅若农讲述[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱技术发展历史及趋势[/url]
第二讲：傅若农：从三家公司[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc产品更迭看气相技术发展[/url]
第三讲：傅若农：从国产[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相产品看国内气相发展脉络及现状[/url]
第四讲：傅若农：[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱固定液的前世今生[/url]
第五讲：傅若农：气-固色谱的魅力
第六讲：傅若农：PLOT[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱柱的诱惑力[/url]
第七讲：傅若农：酒驾判官——顶空[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱的前世今生[/url]
第八讲：傅若农：一扫而光——吹扫捕集-[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱的发展[/url]
第九讲：傅若农：凌空一瞥洞察一切——神通广大的固相微萃取（SPME）
第十讲：傅若农：悬“珠”济世——单液滴微萃取(SDME)的妙用
第十一讲：傅若农：扭转乾坤——神奇的反应顶空[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱分析[/url]
第十二讲：擒魔序曲——脂质组学研究中的样品处理
第十三讲：离子液体柱——脂质组学中分离脂肪酸的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱柱[/url]
第十四讲：脂肪酸[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱分析的故事[/url]
第十五讲：吹口气，知健康——[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc-MS检测呼气疾病标记物　　[/url]
第十六讲：重症早期预警——呼出气用SIFT-MS 实时快速检测
前言用gc/MS或SIFT-MS检测呼出气体的方法有推广的可能　
　　前面我们讲述了用gc/MS或SIFT-MS检测呼出气体的方法，当然这两种方法使用起来比较麻烦，专业性强了一些，但是像现在医院使用的一些检测仪器，如核磁共振不也是非常广泛吗？而且像gc/MS或SIFT-MS都可以设计为专用设备，使用简化操作模式。比如现在十分流行的14C尿素呼气试验检测幽门螺旋杆菌(HP)的方法。幽门螺旋杆菌(HP)的感染与多种上消化道疾病相关，因此临床检查HP的感染对多种上消化道疾病的治疗起着十分积极的指导作用。目前大多数医院检测HP感染的主要方法为快速尿素酶实验及胃粘膜Giemsa染色，但该两种方法为侵入性有创检测手段，对患者有一定的损伤;而14C尿素呼气实验(14C-UBT)为非侵人性无创检测手段，具有简便、快速、可靠等特点，正逐渐被临床应用(四川医学，2006，27 (8)：798))。14C-UBT的原理： HP能生产大量的尿素酶，尿素酶可分解尿素生成氨和二氧化碳，人服用含14C标记的尿素后，可被HP生产的尿素酶分解为14C标记的CO2，并从肺呼出。收集呼气样本，用气体同位素质谱仪检测同位素标记14C的量即可判断是否感染HP。SIFT-MS 更简单，更快速，更实时，更普适。经过临床医生、色谱学者和仪器制造厂家的共同努力是可以把gc/MS或SIFT-MS用于临床检测的。
　　gc/MS或SIFT-MS检测呼出气体的方法的比较
　　我在第15和16篇文章介绍了使用gc/MS和选择性离子流动管质谱(SIFT-MS)分析呼吸气体中疾病标记物的方法。gc/MS是十分成熟可靠的方法，应用极为广泛，为了比较这两种方法，这里介绍新西兰M. J. McEwan等人的研究工作，他们比较了这两种方法分析各种挥发性气体的效果(Rapid Commun Mass Spectrom， 2014, 28： 10-18)。
　　gc/MS是十分成熟的方法，积累了大量成熟技术和色谱及质谱数据，有7万个化合物在极性和非极性色谱柱上保留指数的数据库，以及有21万个化合物的电子轰击源质谱数据库，可以用于化合物的鉴定(NIST/EPA/NIH Mass Spectral Database (NIST11) and NIST Mass Spectral Search Program (version 2.0g). U.S. Dept. of Commerce, Standard Reference Data Program, Gaithersburg, MD, 2011)。当然gc/MS也有一些必备的条件，直接气态进样或液态顶空进样挥发性有机物去掉还是有些困难，很多情况下需要进行预浓缩，顶空进样挥发性有机物主要使用吹扫捕集技术，用惰性气体把有机挥发性物质从水溶液中吹扫出来，再吸附在吸着剂上，经过浓缩，再经过热解析进样分析(就像我们在第15篇文章已经介绍了使用gc/MS 分析人体呼出气体的方法)。SIFT-MS方法实时、直接、快速，不像gc/MS那样成熟，不过比14C-UBT方法更简单一些，无需事前服用含14C标记的尿素。
　　SIFT-MS方法有过一些研究，证明这一方法可以准确、实时、快速地分析挥发性有机化合物(VOCs )，但是没有直接和其他方法进行过比较。McEwan等人详细地比较了SIFT-MS和gc/MS两个方法的检测数据。
1 分析用标样
　　为了有效性使用常规法测定所要分析的25个VOC标样(最通用的方法是US EPA的TO-14A 和 TO-15)，此标样是稀释在氮气中，每个化合物浓度为1ppm，见表1

表1 比较所用标样中的化合物

　　第1组实验
　　利用已经有的SIFT-MS数据库，只要知道相关的离子-分子动力学数据，不用任何校准就可以测定Tedlar样品袋中样品的浓度。为了测定SIFT-MS的响应值，把样品稀释：在样品袋中用1-L气密注射器注入1 L 零空气，用气密注射器把校准用标准气注入到零空气中，稀释气的浓度范围为1ppm(v) 到5ppb(v)。
　　使用表1中的25个标准化合物对gc/MS进行的校准，用气密注射器从标准气钢瓶中吸取一定容积的标样，与含水分的空气一起注入15-L的样品罐，形成一个10ppb浓度的测试样品。从一个含有1ppm浓度的一溴一氯甲烷、4-溴氟苯、氯苯-d5 和1,4-二氟苯的标样中吸取一定量的标样，以相同方式制备一个浓度为50ppb 的内标物，标定gc/MS系统使用US EPA TO-15的方法。吸取0.5 到50 ppb浓度的6个标样进行标定。用质谱评估日间重复性。
　　第2组实验
　　使用表1 中的另外一组17个VOCs，对SIFT-MS 和 gc/MS进行直接比较，这17个化合物见表 2.

表 2 直接比较用的17个化合物

　　从这17个化合物中选择挥发性相近的几个物质，制备3组液体混合物。
　　使用10-μL气密注射器往4个样品罐中液体上面加入不同量的顶空样品。用含湿零空气让样品罐造成 5 psig的正压。然后用SIFT-MS方法进行快速定量测定，确定其符合gc/MS系统所需的线性范围，在0.5 到 50 ppb之间。对SIFT-MS从动力学数据库导出的浓度还要做一些小的修正，使其分析物的浓度在校正混合物标样浓度的10%之内。还要对样品罐内正压力为 5 psig进行修正，因为分析物的压力为大气压力。另外7个化合物不在混合物里面，也用来检测两种仪器的背景信号水平。
　　第3组实验
　　第3组实验是用两组实际样品来比较gc/MS 和 SIFT-MS方法测定的结果，所选两组实际样品，一组是从被染料油污染土壤排出的气体，另一组是来自一个冰毒(甲基苯丙胺)实验室，经过净化的气体。在分析时环境样品或土壤中的蒸汽使用限流孔采样器，以180mL/min，在样品罐剩余压力为127 Torr时完成，充以零空气稀释使之成为正压，稀释因子约为2。
2 SIFT-MS方法和gc/MS测定
　　在此研究中作者们使用便携式Voice200® SIFT-MS 仪器 (Syft Technologies Ltd, Christchurch, New Zealand)(www.syft.com )，在此仪器上可以用湿空气在0.35 Torr下微波放电产生三种反应离子(H3O+, NO+ 和 O2+)，形成的反应离子在流动管前经四极杆质谱过滤，并和氦载气(0.6 Torr)一起进入流动管，这些离子沿着曲线管流动，通过一个锐孔进入流动管末端，这里正好是针孔透镜后面，然后用一个分流涡轮泵把离子泵入下游四极杆质谱，进行质谱选择并计量。为了无遗漏地分析所有的被分析物，每相隔10 ms进行三种反应离子的切换。为了避免样品由于吸附而损失，仪器的进样口进行了钝化处理，进样口与样品罐通过一个经Silonite®钝化的Micro-QT?微型阀(Entech Instruments Inc.)连接，Tedlar样品袋用一段短的聚四氟乙烯管连接。反应离子与样品的反应时间为3.7 s。
　　gc/MS 分析是由R.J. Hill Laboratories Limited.完成的，这一实验室经ISO 17025标准认证，可以进行 US EPA TO-15方法的分析。使用 7890A 气相色谱仪和 5975C MSD进行分析，色谱柱为. HP-1 固定相的 60 m×0.32 mm i.d. 毛细管柱，载气为氦气，流速 36 cm/ s，色谱柱箱起始温度35°，保持4 min,以4°C/min升温到110℃，保持0.1 min，之后以15°C/min升温到220℃保持5 min，总分析时间为36.2 min，4 min后进行质谱数据收集，从m/z 29到160，持续到10 min，另外的分析把质谱范围改变为m/z 34 到270。
3 结果
　　实验 1
　　使用Voice200®分析表 1 所列出的 25个化合物的结果见表3，所测定的结果是利用文献报道的速率系数和相关反应离子反应的转移比例而得到的。对于每个被分析物，可能研究三种不同试剂的离子反应，不过在25个或多个分析物基体中，一些产物离子可能具有相同的质量(异构体)，因此异构体和试剂离子的离子产物不包括在分析结果中。
　　表3的结果表明，用试剂离子测定得到分析物浓度是基于现有数据库的动力学数据，86%结果是在35%的误差之内。一些异常值可能只是由于取样袋被污染造成的。其中一个例子是萘的结果，可能又由于从Tedlar袋吸附造成的损失，导致所有三种试剂离子结果都偏低。另外，丙酮和丁酮的结果偏低，如果用一个渗透管取样，丙酮在校正后的结果，误差在10%的范围内。
　　表3的右边的两列显示检测限(LOD)和定量限(LOQ)。
　　SIFT-MS仪器响应值浓度与标准值的对应关系如图1所示。用零空气稀释产生一系列的不同浓度样品进行测量，浓度在1 ppmv到5 ppbv之间，得到校准曲线，其相关系数≥0.997。典型的关系如图1所示。图1(a)为烃化合物，(b)为的氯化烃。

　　实验 2 SIFT-MS 和 gc/MS 方法测试挥发性混合物的比较
　　样品罐中目标挥发物(从低浓度到中等浓度ppb/v)用SIFT-MS和gc/MS进行测试，列于表4。斜体的VOCs代表背景含量浓度，测试每个仪器和方法，但不在混合物中。总之，对17个VOCs两种方法是相符合的。偏差大于30%的只有高苯乙烯(SIFT-MS比gc/MS的结果高)，丙酮和二硫化物在所有混合物样品中SIFT-MS的结果低于gc/MS。这些问题有待进一步研究。

表 4 SIFT-MS和gc/MS 测试结果

　　a 这些化合物不包括在混合物中，用于仪器背景信号的检测。
　　b C2-烷基苯包括乙苯和三个二甲苯位置异构体用于SIFT-MS的研究，这一实验只把乙苯加到混合物中。
　　c C3-烷基苯包括所有异构体用于SIFT-MS的研究，这一实验只把1,3,5-三甲苯加到混合物中。
　　d gc/MS没有测定乙腈
　　实验3：对4个实际样品的测定
　　4个实际样品测试结果的比较列于表5。第一个样品来自一个被燃油罐污染的土壤，样品取自油罐周围燃料流过和渗漏的地方。其中的挥发性有机化合物的比较结果在第1栏中，第2栏表示来自油流过污染土壤上方空气中的分析物浓度样，第3栏是来自土壤样品的分析结果。第二个样品是来自一个冰毒实验室中空气样品的分析结果。
　　结果说明对非污染样品如空气样品，所测定结果两种方法是很一致的，被污染的样品(土壤气体)中小分子的芳烃(苯，甲苯，C2-烷基苯)的结果很一致。但是在土壤样品中的另外一些化合物结果一致性差，结果不一致是因为土壤饱和吸收烃类化合物所致，这些烃类化合物造成SIFT-MS产物离子重叠，在这种情况下，SIFT-MS在样品化合物组分多时会受到干扰。而在冰毒实验室中空气样品的分析结果却很一致。
　　表 5 实际样品测试结果的比较

　　a C2-烷基苯包括乙苯和三个二甲苯位置异构体用于SIFT-MS的研究， gc/MS 可测定这些异构体
　　b C3-烷基苯包括所有异构体用于SIFT-MS的研究，gc/MS 可测定这些异构体
　　c 没有gc/MS的数据，因为2-甲基丁烷有干扰。
　　d gc/MS没有数据
结论
　　在一个符合USA EPA TO15要求的实验室进行SIFT-MS 和gc/MS方法的比较， SIFT-MS方法进行标准气体样品的测定，尽管没用这些样品实现对仪器进行校准，使用了文献中的动力学数据，对大多数化合物还是符合要求的。比较了17个化合物的测定，说明SIFT-MS方法可以取代gc/MS方法。对四个实际样品的比较，说明 SIFT-MS可用于实际样品的分析。
　　SIFT-MS方法是一个实时、快速分析痕迹量(ppt/v)的方法，无需事先进行样品吸附-解析，分离步骤。
后记
　　既然各个医院都用呼出气快速检测幽门螺旋杆菌的方法来诊断胃病(胃癌)，说明用呼出气快速筛查疾病是一种很好的方法，而且使用了同位素质谱技术。那么SIFT-MS检验疾病的方法也是可行的，SIFT-MS无需使用同位素检测试剂。如果医学、化学、仪器专家共同努力进一步发展这一方法还是有希望用于医疗检测的。

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zyl3367898

第1楼2017/10/30

应助达人

试验很全面，学习了。

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PAEs

第2楼2017/10/31

应助达人

谢谢李总分享，涨姿势啦

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雨木霖

第3楼2017/10/31

我在医院测过幽门螺杆菌，C14呼气是不假，但是测定时候用的并不是GC-MS啊

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zyl3367898

第4楼2017/11/02

应助达人

用什么仪器测？

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