自制二次电喷雾电离源耦合高分辨质谱研究呼出气成分

摘要

呼出气含肺泡气及死腔气，肺泡气成分与血液代谢组密切相关。二次电喷雾电离质谱(Secondary electrospray ionizationmass spectrometer，SESI-MS)可在常温常压环境下实时在线检测呼出气成分，但质谱检出信号除来自呼出气成分外，还包含背景干扰物，如室内空气、管路释放成分以及仪器背景等，严重干扰呼出气(特别是肺泡气)成分研究。因此，本论文以高分辨质谱(High resolution MS，HRMS)为检测手段，在自制SESI源内通入纯净氮气(N2)、二氧化碳(CO2)和零级空气(Zero air)，初步探究源内气体氛围对呼出气中丙酮(Acetone)、吲哚(Indole)和背景成分中邻苯二甲酸酐(Phthalic anhydride，PA)、邻苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate，DP)检出绝对强度和信噪比的影响。进一步，创新性采用正矩阵分解分析受体模型(Positive matrix factorization，PMF)解析SESI-HRMS检出信号的来源。　　结论：　　(1)在SESI源内通入3种纯净气体，能显著提高呼出气中丙酮和吲哚的信号强度和信噪比，通入N2后效果最优，推测是由于N2是惰性气体，而CO2或Zeroair中氧原子具有电负性，可能对带电微滴表面电荷分布产生影响，进而影响电离效率。上述结果可为SESI-HRMS检测呼出气方法优化，提供重要依据。　　(2)PMF分析基于“时间-荷质比(m/z)”二维矩阵，发现检出信号主要有三种来源。根据每种来源对应的特征时间序列图和来源贡献质谱指纹图，确认这三种来源分别代表死腔气、肺泡气和室内空气，首次证明了PMF用于处理基于SESI-HRMS的呼出气实时监测数据的可行性与优势，并有望应用于其他直接质谱分析技术检测结果。

目录

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第1章 绪 论

1.1 人体呼出气及其研究意义

1.1.1 呼出气的组成

1.1.2内源性VOCs与外源性VOCs

1.2 二次电喷雾电离质谱技术概述

1.2.1 SESI-MS检测呼出气成分影响因素研究：进样系统和SESI源

1.2.2 SESI-MS检测呼出气成分影响因素研究：质谱检测器

1.2.3 SESI-HRMS数据分析

1.3 正矩阵因子分解法

1.4本论文的研究内容、立题意义、研究目的和技术路线

第2章 实验部分

2.1 实验材料

2.2 实验仪器

2.2.1自制半封闭式二次电喷雾电离超高分辨质谱（SESI-HRMS）

2.2.2其他实验仪器

2.3 实验设计

2.3.1 人体呼出气实时在线采集条件

2.3.2 SESI-HRMS实时在线检测呼出气样品

2.4 数据处理分析方法

2.4.1 靶标分析

2.4.2 非靶标分析

第3章 高分辨质谱研究SESI源内气体氛围对电喷雾电离呼出气的影响

3.1 定性分析

3.2 SESI源内气体氛围对呼出VOCs的影响

3.3 SESI源内气体氛围对室内空气中典型VOCs的影响

3.4 结论

第4章 正矩阵因子分解法数据处理策略

4.1 呼出气数据预处理

4.2 PMF分析结果

4.3 不同来源典型物质分析

4.4小结

第5章 结论与展望

5.1 重要结论

5.2 特色与创新

5.3 不足与展望

参考文献

附录：攻读硕士研究生期间科研成果

致谢