“世界衛生組織研究指出，全球每年有 800 萬人因空氣污染死亡，其中 430 萬是由家庭來源的空氣污染導致。”

家庭空氣污染

在人們的日常生活環境中，家庭空氣污染物正逐漸成為一個嚴重威脅到健康的環境問題。像烹飪產生的煙霧、吸煙、香水以及建筑材料釋放的物質等，這些看似微不足道的污染源，在長期暴露的情況下，卻可能引發嚴重的健康問題。

隨著人們對于健康越來越重視，呼吸分析技術迅速發展。呼吸分析作為評估人體暴露于室內污染物狀況的一種手段，具有自己的優勢。它采樣快速且無創，呼出氣中包含的化合物可作為標記物，用于評估暴露時長和污染物體內濃度。越來越多的企業也開始布局這一市場！

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呼吸分析方法研究并沒有想象的順利

關鍵挑戰

然而，呼吸樣本中化合物在氣體和液滴間的分布問題，成為呼吸分析方法的關鍵挑戰。

此前多數呼吸樣本研究聚焦于疾病階段生物標志物的識別，對利用呼吸生物標志物快速測定人體因吸入暴露的潛在有害化合物水平關注較少。并且，現有研究大多局限于呼吸樣本中氣溶膠 / 冷凝相或氣相的單獨研究，缺乏綜合全面的研究方法。

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研究方法

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氣體混合物制備

通過直接將純液體分析物注入玻璃球制備氣體混合物。先對1L玻璃球進行清洗、干燥、抽真空處理，再注入1μL各分析物并加熱，之后充入氮氣平衡壓力。利用氣密注射器將標準氣體混合物從1L玻璃球轉移至 125mL 玻璃球，獲取所需濃度。

2

萃取操作

使用 DVB/CAR SPME fiber纖維頭和 H-PAN/DVB/CAR NTD 進行萃取。NTD 填充 5mm 的 DVB 和 5mm 的 CAR，并在兩端夾有 2mm 的過濾塞。萃取時，SPME 纖維在混合物中放置預設時間，NTD 則通過泵以 20mL/min 的流速抽取樣品。

3

呼吸樣本采集

志愿者為滑鐵盧大學的實驗室成員和工作人員，呼吸采樣協議經滑鐵盧大學倫理批準（#42853）。采樣時，志愿者向采樣管呼氣，初始呼出氣進入丟棄袋 1（粉色路徑 1），以去除口腔殘留空氣；之后呼出氣打開單向閥進入采樣管，再被壓入丟棄袋 2（綠色路徑 2）。采樣管可在每次采樣后用清潔氮氣沖洗 30min 重復使用。

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相關測試

1

過濾效率評估

利用掃描遷移率粒徑譜儀（SMPS）評估 NTD 的過濾效率，將 H-PAN/DVB/CAR NTD 插入 SMPS，通過插入前后儀器顆粒計數的差異確定過濾效率。由于 SMPS 所需流速較高，測試時插入 6 根平行針。

2

確定最佳采樣時間：

考慮氣體 / 液滴在采樣裝置中的穩定性以及 SPME 的平衡時間。通過向自制采樣管中加入氣體混合物，用 SPME 纖維進行 1min 萃取，在 30min 內多次采樣監測揮發性成分信號穩定性；以丙酮為目標化合物，用 NTD 在不同時間點萃取呼吸樣本，研究氣溶膠液滴穩定性；通過讓 SPME 纖維在氣體混合物中暴露不同時間，確定平衡時間。

3

突破體積（BTV）研究：

BTV 指 NTD 達到飽和或平衡時的采樣體積。將研究的 DVB/CAR NTD 與一個商用針串聯，增加樣品體積至 250mL，監測串聯針中化合物信號，若未檢測到化合物，則認為未達到 BTV。

4

方法驗證

制備不同濃度的氣體混合物，添加不同體積的儲備混合物和潮濕空氣進行加標實驗，對 DVB/CAR NTD 和 DVB/CAR SPME 方法進行驗證和校準。研究日內和日間相對標準偏差（RSD）考察重復性，根據文獻確定線性動態范圍（LDR），利用信噪比分別為 3 和 10 確定檢測限（LOD）和定量限（LOQ）。

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實際樣品分析

呼吸分析采樣過程

讓志愿者暴露于木桿香、驅蚊蠟燭、普通無香蠟燭的煙霧，以及空氣清新劑噴霧、香霧的環境中，采集呼吸樣本。

志愿者在暴露前至少 3 小時禁食并漱口，采樣管預先用氮氣清洗，采集暴露前對照樣本。暴露環境按特定方式設置，如點燃香或蠟燭，保持一定距離，暴露時間根據具體情況設定。部分采樣時，在暴露后收集呼吸樣本時，在采樣口安裝過濾器以研究呼吸液滴的影響，部分志愿者在暴露 1 小時后重復采樣。同時，使用 DVB/CAR SPME 裝置檢測志愿者吸入空氣的污染物濃度。

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研究結果

1

過濾效率

NTD 的過濾效率經 SMPS 分析，結果顯示其過濾效率超過 99%。研究中的液滴尺寸范圍在 5 - 225nm，理論上過濾效率低，但在實際樣品基質中，NTD 仍能達到相似或更好的過濾效果。

2

BTV 研究

增加采樣體積至 250mL，監測串聯針中分析物信號，結果表明在達到 250mL 之前未達到 BTV，這意味著在呼吸采樣（采樣體積 100mL）過程中不會達到 BTV。

3

萃取時間相關研究

氣體混合物穩定性：通過 SPME 在注入后立即及 30min 內每 5min 進行 1min 萃取，監測氣體混合物穩定性。結果如圖 4 所示，揮發性和非揮發性化合物在 15min 內保持穩定，之后穩定性下降，較重化合物下降更快，主要原因是化合物在采樣管壁沉積。

呼吸液滴穩定性：以丙酮為標記物，用 NTD 萃取含丙酮的呼吸樣本。結果如圖 5 所示，呼吸液滴在采樣后 10min 內可認為是穩定的。

SPME 平衡時間：研究發現多數化合物用 DVB/CAR SPME 達到平衡的時間約為 15min，疏水性更強、分配常數更高的化合物則需要 30min。綜合考慮，選擇 5min 的預平衡萃取時間為最佳。

采樣后 15 分鐘內通過針捕集裝置（NTD）檢測到的呼吸樣本中丙酮的相對信號

4

方法驗證

對 DVB/CAR SPME  fiber和 DVB/CAR NTD 的方法學指標進行研究，包括 LOD、LOQ 和 LDR，結果表明該方法靈敏度令人滿意，與之前使用 NTD 或 SPME 的呼吸研究相比，具有相似或更好的檢測能力，能夠滿足健康機構設定的濃度限制。

5

實際樣品結果

檢測到一些外源性化合物，如在暴露前未檢測到，暴露后檢測到的化合物被認定為外源性。NTD 對極性化合物（如丙酮、苯甲醛和苯甲醇）的檢測濃度通常高于 SPME，這是因為 NTD 能夠捕獲呼吸液滴，檢測到化合物的總濃度。部分化合物在暴露 1 小時后檢測不到，極性化合物比非極性化合物消除更快。在 TIC 模式下，空氣和呼吸樣本中檢測到多種其他化合物。

實驗結論

本研究利用 NTD 和 SPME 聯合分析呼吸樣本，能夠區分游離態和液滴結合態成分，全面呈現呼吸樣本情況。研究結果證實了此裝置在檢測呼吸樣本極性成分方面的巨大潛力，有效解決了極性成分因易附著于液滴而難以檢測的問題，實現了實時動態采樣和時間加權平均研究，為研究呼吸成分和吸入空氣對呼出氣的影響提供了快速、綠色的方法。研究揭示了家庭空氣污染物的潛在危害，盡管分析的呼吸樣本中空氣污染物濃度較低，但長期暴露仍可能對健康造成危害。未來研究可拓展到化合物進入人體后的代謝物研究，采用 GC×GC 非靶向測定技術，有助于更好地評估暴露對人體的影響，為健康監測和疾病預防提供更有力的支持。

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SPME Fiber 固相微萃取探針

英諾德INNOTEG SPME Fiber 固相微萃取探針是由加拿大安大略省滑鐵盧大學的Janusz Pawliszyn教授于90年代初發明的，將采樣、提取、濃縮和樣品導入集成到一個步驟中。特別適用于食品、香料、飲料和環境監測等行業。

● SPME是一種高靈敏度的樣品提取濃縮技術；

● SPME快速，簡單，易于自動化，便于現場取樣；

● 綠色分析化學無溶劑樣品制備技術；

● 英諾德INNOTEG的SPME纖維采用不銹鋼或鎳鈦材料，具有更強的物理強度，柔韌性，使用壽命長。

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英諾德Sampling Case氣體采樣器英諾德Sampling Case氣體采樣器是一種采集VOCs樣品的便攜式自動采樣裝置，與Needle trap動態捕集針技術或熱吸附管聯用，用于揮發性有機物VOCS分析。用戶通過設定采樣體積，采樣流速即可實現自動采集氣體樣品。Sampling Case 氣體采樣器和Needle trap動態捕集針相連，采樣器自動采集氣體樣品中的揮發性有機物到動態捕集針或熱脫附管中。應用于環境、食品、植物、臨床呼吸等不同行業VOCS采樣，不僅可用于現場采樣和臨床采樣，還可以便攜式帶到野外。

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英諾德INNOTEG

英諾德INNOTEG是德祥集團旗下自主研發品牌，專業從事科學儀器設備研發生產的高科技企業，是集實驗室設備研發生產、方法開發、實驗室儀器銷售和技術服務為一體的專業廠家。

多年以來，英諾德INNOTEG致力于研發高效的實驗室創新設備。公司十分重視技術的研究和儲備，一直保持高比例研發投入，創建了一支由博士、碩士和行業專家等構成的經驗豐富的研發團隊，在儀器分析技術領域開展了頗有成效的研究開發工作。此外，英諾德還與各大科研院所、高校合作，積極推進科技成果項目的產業化。英諾德INNOTEG憑借強大的研發能力，注重前瞻性技術研發，已推出多款科學儀器設備及實驗室耗材產品。

德祥科技

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