分析测试学报

    人体呼出气中含有一定数目的亚微米气溶胶颗粒物(0.001~4.644个/mL),其来源主要是呼吸过程产生的内源性颗粒物和人体吸入的外源性颗粒物。内源性颗粒物的化学成分与呼吸道壁内衬液(Respiratory tract lining fluids,RTLFs)的成分有关,包括含氮的活性物质(如硝酸盐)、花生四烯酸、蛋白质等。外源性颗粒物与人体所处的暴露环境有关,如铅加工行业工人的呼出颗粒物中检出了钾、铅等元素。人体呼出颗粒物(Exhaled breath particles,EBPs)的粒径和化学成分信息可用于疾病诊断、环境暴露评价等研究。目前EBPs检测方法中,或只能检测数浓度、粒径分布;或通过检测呼出气冷凝液间接检测EPBs成分,但EBPs的成分可能在收集、分离过程中发生变化。

    单颗粒气溶胶质谱(Single particle aerosol mass spectrometer,SPAMS)是一种基于质谱技术、可同时检测单个颗粒物的粒径和化学成分的实时质谱分析技术,一般由进样系统、测径系统、电离系统和质量分析系统4部分组成。暨南大学大气环境安全与污染控制研究所李雪研究员与国内外多所大学相关研究机构合作,初步考察了SPAMS检测人体EBPs粒径分布和化学成分的可行性,尝试解析EBPs的粒径分布和化学成分中的信息。采用鼻吸、嘴呼的方式,呼吸数次后,将呼出气收集在3-L Tedlar气袋内。采样过程中,用铝箔包裹气袋并加热,加热温度为40 ℃,避免呼出气中的水汽凝结在气袋内壁。样品采集后立即进行分析。采用Nafion管连接气袋出气口和SPAMS进样口,进样流速100 mL/min。采用与仪器配套的数据分析软件SPAMS_ANALYZE_V1.8.4.1对数据进行分析。根据测径激光测定的飞行时间,通过软件计算获得颗粒的空气动力学直径;根据质谱检测到的碎片离子的质荷比,通过软件计算得到各离子的元素组成,并与文献报道的碎片离子进行比对,确认碎片离子的元素组成。

    结果表明,健康成人的EBPs数浓度为227~1043 个/L,获取具统计意义的粒径分布所需的EBPs检出限为2500个颗粒物,粒径范围为200~1000 nm,峰值出现在460 nm。与环境空气颗粒物的粒径分布相比,EBPs更多分布在200~300 nm和440~660 nm,从化学成分来看,这两段粒径范围内的EBPs含有更多的碳元素,不易在体内发生吸湿增长,提高了被呼出的概率。EBPs的化学成分可能反映内源性颗粒物和外源性颗粒物组成,如HSO4-、PO3-、CN-、CNO-和CxHyOz+x = 1~3,y = 1~7,z = 1~3)可能与内源性颗粒物中的蛋白含量、磷酸酯酰甘油等成分有关,碳簇峰C3-、C4-、C+、C3+、C3H+和C4+推测与外源性颗粒物中的碳元素有关。

    本研究获国家自然科学基金项目(91543117)资助,相关成果发表于《分析测试学报》2018年8期906~912页。

 

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2018.08.006

【引用本文】:金丹丹,Anthony S. Wexler,陈文年,刘荔,周振,李雪. 基于单颗粒气溶胶质谱的人体呼出颗粒物粒径分布与化学成分的分析方法研究[J].分析测试学报,2018,37(8):906-912.

【Cite this article】: Jin Dan-dan,Anthony S. Wexler,CHAN Man-nin,Liu Li,Zhou Zhen,Li Xue. Characterization of Size Distribution and Chemical Composition of Exhaled Particles by Using Single Particle Aerosol Mass Spectrometry[J]. Journal of Instrumental Analysis, 2018,37(8):906-912.

 

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发布日期:2018/9/7