本文演示了一种利用二级纳米电喷雾电离结合高分辨质谱技术，实时表征呼出气体化学成分的实验方案。
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方法文章
利用高分辨质谱联用二次纳米电喷雾电离进行实时呼吸分析
* These authors contributed equally
本文内容
摘要
摘要
呼出的挥发性有机化合物（VOCs）已引起广泛关注，因其可作为疾病诊断和环境暴露的无创生物标志物。本研究介绍了一种利用二次纳米电喷雾电离联用高分辨质谱法（Sec-nanoESI-HRMS）实时表征呼出VOCs的实验方案。自制的二次纳米电喷雾电离源基于商用纳米电喷雾电离源快速搭建而成。在扣除背景后的呼出气体质谱中检测到数百个峰，正离子和负离子检测模式下的质量精度分别为-4.0–13.5 ppm和-20.3–1.3 ppm。根据精确质量数和同位素分布，对这些峰指认了准确的元素组成。单次呼气测量耗时不到30秒，完成六次重复测量约需7分钟。
引言
随着现代分析技术的快速发展，已在人类呼出气体中鉴定出数百种挥发性有机化合物（VOCs）1。这些VOCs主要来源于肺泡气（健康成年人约为350 mL）和解剖学死腔气（约150 mL）2，分别受机体代谢3,4,5,6,7,8和环境污染9的影响。因此，若能对这些VOCs进行有效识别，它们有望作为无创性生物标志物，用于疾病诊断和环境暴露评估。
尽管气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）是呼出挥发性有机物（VOCs）定性和定量分析应用最广泛的技术2，但近年来发展的直接质谱（MS）技术因其具有高时间分辨率和样品前处理简单等优势，已被用于实时呼吸分析。诸如质子转移反应质谱（PTR-MS）10、选择离子流动管质谱（SIFT-MS）1....
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方案
注意：使用前请查阅所有相关的材料安全数据表（MSDS）。请佩戴适当的个人防护装备，例如，实验服、手套、护目镜、长裤和封闭式鞋头的鞋子。
1. 设置 Sec-nanoESI 源
- 根据SESI流程设置Sec-nanoESI源， 即，将呼出气体引入并与电喷雾羽流相交，由带电液滴进行离子化（图1）。各实验室自行构建的来源取决于所用质谱仪的接口24,25. 此处，基于商用纳米电喷雾电离源（nanoESI源）搭建Sec-nanoESI源图2）并应用于台式四极杆轨道阱质谱仪。
注意：主体部分为一个立方体不锈钢腔室（长25 mm，内径13 mm）（图2b）带有一个入口（内径 4 mm），用于将纳米电喷雾毛细管引入腔室。因此，该腔室并非完全密封（图2b). - 在腔室两侧各安装两根不锈钢管（长度 8 mm，外径 5 mm，内径 3 mm），用于气体输送。
- 在腔室的顶部和底部安装两片石英窗（内径 14 mm），用于通过肉眼或数码显微镜观....
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结果
图3展示了在正离子和负离子检测模式下记录的质荷比（m/z）50–750范围内的呼出气体指纹图谱。在扣除背景后的呼出气体指纹图谱中，分别检测到291个峰（峰强度 > 5.0×104）和173个峰（峰强度 > 3.0×104），对应正离子和负离子检测模式。有关质谱中峰的鉴定方法，详见先前发表的文献12,18,24,29。简要而言，检测到了内源性挥发性代谢物以及来自室内空气的挥发性有机化合物（VOCs）。例如，m/z 74.0606处的峰（图3a）根据人类代谢组数据库（HMDB）可归因为呼出的N,N-二甲基甲酰胺或氨.......
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讨论
基于商用纳米电喷雾电离（nanoESI）源构建的Sec-nanoESI源，其电离效率高于使用常规电喷雾电离（ESI）源的情况30。此外，在密闭腔室中，电离效率进一步提高，因为密闭环境可将电离过程与周围环境空气隔离，同时促进气体样品与喷雾羽流之间的混合。使用Sec-nanoESI时，相较于ESI源需要优化的参数更少，因而更易于安装、应用和维护。
若在使用二级纳米电喷雾电离质谱法（Sec-nanoESI-MS）进行呼气分析时未观察到信号或灵敏度显著下降，应检查喷雾毛细管尖端的位置以及毛细管尖端液滴的形成情况。将毛细管尖端与质谱仪的进样口对齐。若喷雾毛细管堵塞或尖端被污染，应更换为新的喷雾毛细管。否则，检查仪器的离子传输管（ITT）是否堵塞或污染。必要时更换或清洗离子传输管。在检查喷雾毛细管前，应关闭电喷雾（ESI）电压。将离子传输管的温度设为室温，并等待温度降至室温后再进行操作。
SESI-HRMS 已被证明是一种用于实时呼气分析的高灵敏度和高选择性技术
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作受到国家自然科学基金（编号：91543117）的资助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 超纯水 | Merck Millipore, USA | MPGP04001 | 电阻率 >18.2 MΩ·cm |
| 甲酸 | Sigma-Aldrich, USA | F0507 | 对呼吸道具有腐蚀性。 |
| 氮气 | 广州世源气体有限公司，中国 | N.A.a | 纯度 >99.99% |
| Q Exactive 混合四极杆-轨道阱质谱仪 | Thermo Scientific, USA | 02634L(S/N) | 注意高压和高温 |
| NanoESI 电离源 | Thermo Scientific, USA | ES002373(S/N); ES071(P/N) | 注意高压和高温 |
| 纳升液相泵 | Thermo Scientific, USA | 5041.0010A(P/N) | / |
| Xcalibur 软件（版本 3.0） | Thermo Scientific, USA | BRE0008596 | / |
| Dino-Lite 数字显微镜 | 特视达（苏州）科技有限公司，中国 | CQ401833R(S/N) | / |
| Nafion 管 | Perma Pure LLC, USA | ME60 | / |
| PTFE 管（内径 4 mm） | 东莞宏富绝缘材料有限公司，中国 | N.A. | 注意极性化合物可能损失 |
| 质量流量控制器 | Line-Tech, 韩国 | M15122007 (S/N) | / |
| 流量计 | 余姚市工业自动化仪表厂，中国 | 40784 | / |
| aN.A.：不可用。 |
参考文献
- De Lacy Costello, B., et al. A review of the volatiles from the healthy human body. J. Breath Res. 8 (1), 014001-014030 (2014).
- Phillips, M., Greenberg, J. Ion-trap detection of volatile organic compounds in alveolar breath. Clin. Chem. 38 (1), 60-65 (1992).<....
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重印与许可
