兩種吸附材料在人體氣味分析中的富集效果比較研究

龍成生 吳德華 陳然然

人體氣味主要由揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機化合物組成，成分復雜，濃度差別大。目前，氣相色譜質譜技術(GC/MS)是人體氣味分析的主要手段。而在人體氣味分析過程中，氣味樣本的采集和預處理對后續(xù)分析影響極大。人體氣味采集方式主要分接觸式采樣和非接觸式采樣兩種。接觸式采樣將采樣介質直接與采樣部位接觸，通過擦拭的方式將氣味附著在采樣介質上；非接觸式采樣則利用靜態(tài)頂空吸附或動態(tài)循環(huán)方式將氣味富集到采樣介質上。常用的采樣介質包括紗布、棉布、活性炭、玻璃珠、不銹鋼管、有機聚合物和聚合物復合材料等。人體氣味樣品在進行儀器測試前進行的預處理方法通常采用液液萃取、固相微萃取、攪拌棒吸附萃取、頂空氣體進樣等。

本文比較分析了PDMS Twister和Carbon Monotrap兩種攪拌棒吸附材料在人體氣味分析中的富集效果。

一、實驗材料與方法

（一）儀器與材料

氣相色譜-質譜聯(lián)用儀(Agilent 7890-5975MSD，USA)，多功能自動進樣器(Gerstel MPS XT，Germany)，磁力攪拌吸附萃取棒(PDMS Twister，Gerstel)， Carbon Monotrap吸附子(GL Sciences)。

（二）樣品采集方法

1.PDMS Twister接觸式采樣

采樣前，將磁力攪拌吸附棒在氮氣保護下300℃老化2h，冷卻至室溫備用；采樣時，取出磁力攪拌吸附棒在采樣部位與皮膚接觸1min(如手部氣味采集為靜握1min)，然后將磁力攪拌吸附棒置于潔凈的玻璃襯管中，待測。為了確保玻璃襯管不被污染，每一個吸附棒配一個玻璃襯管，且與吸附棒同時老化。采樣過程中，用不銹鋼鑷子夾持玻璃襯管，用專用磁力桿將吸附棒取出；采樣結束后，再用磁力桿將吸附棒裝入玻璃襯管。

2. Carbon Monotrap接觸式采樣

采樣介質為一次性吸附棒(Carbon Monotrap)。采樣時，將吸附棒從安瓿瓶中取出，裝在自制采樣針上，然后將吸附棒在采樣部位來回滾動，確保吸附棒與采樣部位接觸1min；樣品采集后，將吸附棒置于2mL干凈螺口瓶中，待測。

3.靜態(tài)非接觸式采樣

采用非接觸式采樣時，將PDMS Twister和Carbon Monotrap置于一個直徑2cm、長25cm的石英舟內，確保不與采樣部位直接接觸；然后將石英舟倒扣在采樣部位，確保石英舟四周與皮膚緊密接觸，使得石英舟里采樣空間與外部空氣不連通；采樣時長為40min，其他條件和處理方法與接觸式采樣相同。

（三）分析條件

DB-5毛細管色譜柱，30m×250mm×250μm；起始溫度為40℃(保持5min)，以10℃/min升至200℃，保持1min)；PTV進樣口，初始溫度-150℃，以12℃/s升至220℃，直至分析結束；接口溫度280℃。質譜EI電離源70 eV，掃描范圍35-350 amu。

PDMS Twister和Carbon Monotrap進樣采用MPSXP中的TDU-CIS功能模塊，對樣品進行冷聚焦再進樣。其中，TDU參數(shù)為：初始溫度20℃，以60℃/min升至100℃，再以720℃/min升至250℃，保持1min，傳輸線溫度保持250℃，不分流脫附模式。CIS參數(shù)為：初始溫度-150℃，以12℃/s升至250℃，保持1min。

（四）實驗設計

為了比較不同采樣方式之間的差異，對同一個體同一部位用相同采樣介質在接觸和非接觸采樣方式下分別進行6次采樣，每次采樣前均對采樣介質進行了空白檢測。在比較不同介質的采樣效果時，對同一個體同一部位用不同采樣介質用相同采樣方式分別進行6次采樣，每次采樣前均對采樣介質進行了空白檢測。

（五）數(shù)據(jù)分析

利用SPSS分析軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。采用方差分析檢驗比較不同采集方式之間、不同采集介質之間的差異性，P＜0.05表示差異顯著。

二、實驗結果

（一）不同采集方式的比較

人體氣味采樣主要分為接觸式采樣和非接觸式采樣兩種方式。本文用2種采樣介質對兩種采樣方式進行了比較研究，考察了每種采樣介質在不同采樣方式條件下的樣品富集效果。每種介質用不同采樣方式對同一采樣對象同一采樣部位分別進行了6次采樣，然后用GC/MS進行了檢測，結果如表1所示。

表1 不同采樣方式對樣品富集效果的影響

從表1可看出，接觸式條件下，PDMS Twister獲得的平均峰數(shù)量大約是非接觸式采樣的2.6倍，總峰面積大約是非接觸式采樣的8倍；接觸式條件下，Carbon Monotrap獲得的平均峰數(shù)量大約是非接觸式采樣的3.3倍，總峰面積大約是非接觸式采樣的24倍。因此，無論是峰數(shù)量還是總峰面積，接觸式采樣的富集效果優(yōu)于非接觸式采樣；另外，非接觸式采樣單次采集時間是接觸式采樣的40倍。

（二）不同采樣介質的比較

目前，人體氣味樣品采集主要利用采樣介質的良好吸附能力，將氣味化合物富集，再通過熱脫附方式解析進樣分析。不同的采樣介質具有不同的吸附特性。本項目對實驗室常用的2種采樣介質(PDMS Twister和Carbon Monotrap)進行了比較研究。

采樣介質的空白值是衡量背景干擾的重要指標。表2列出了2種采樣介質的空白值， PDMS Twister的背景干擾明顯大于Carbon Monotrap。

表2 不同采樣介質的空白值

比較理想的采樣介質具有背景干擾小且富集效果好的特點，但因材料的敏感度、合成工藝不同，同時滿足這兩個條件比較困難。表3列出了在非接觸采樣方式下，2種采樣介質在去除背景干擾條件下的富集效果。實驗結果表明，在非接觸式采樣條件下，Carbon Monotrap的富集效果明顯優(yōu)于PDMS Twister。

表3 非接觸采樣方式不同采樣介質的富集效果

接觸采樣方式條件下，2種采樣介質的富集實驗數(shù)據(jù)見表4。實驗數(shù)據(jù)表明，在接觸采樣方式條件下，PDMS Twister和Carbon Monotrap的富集效果相近。為了進一步比較PDMS Twister和Carbon Monotrap的富集效果，對其進行了差異性分析，結果如表5所示。

表4 接觸采樣方式不同采樣介質的富集效果

表5 接觸采樣方式條件下PDMS Twister和Carbon Monotrap的富集效果差異性分析

從表5可看出，在接觸采樣方式條件下，PDMS Twister和Carbon Monotrap的富集效果不存在顯著差異性。

三、結論

本項目比較研究了2種采樣介質對人體氣味樣品的富集效果。實驗結果表明，非接觸式條件下Carbon Monotrap富集效果明顯優(yōu)于PDMS Twister；接觸式條件下Monotrap與Twister富集效果相同，不存在顯著差異。但是，在采樣過程中，PDMS Twister操作煩瑣且成本較高，很難實現(xiàn)超大規(guī)模采樣；而Carbon Monotrap具有攜帶方便、無須預處理等優(yōu)點。該方法集樣品采集、樣品前處理、進樣于一體，操作簡單，是超大規(guī)模采樣的較好選擇。