基于光腔衰荡光谱的便携式呼气异戊二烯分析仪性能评估

作者：李青原; 李静; 魏鑫; 孙美秀^*

来源：光谱学与光谱分析, 2021, 41(08): 2415-2419.

• 光谱学
• 光腔衰荡光谱
• 呼气异戊二烯
• 痕量分析

呼气异戊二烯是一种内源性代谢产物,其含量与人体血液中的胆固醇水平存在关联。但人体呼气影响因素众多,寻找其与胆固醇水平诊断参数的定量相关性,需要对选取的特定人群进行有效的呼吸气体分析(实时、在线、高灵敏度、高选择性、高精度的大量呼气数据获取)。光腔衰荡光谱(CRDS)是一种具有极高灵敏度、稳定性和选择性的光谱技术。采用目前市场在售的单波长紧凑型半导体紫外激光器,搭建了一套基于CRDS的呼气异戊二烯分析仪,该分析仪主要由激光系统、真空腔体、光电探测模块以及数据采集模块构成。线性拟合的结果显示所获得的衰荡信号接近单指数衰减(R2=0.998 39),符合朗伯-比尔定律。探究了不同信号平均次数对衰荡信号稳定性的影响,综合考虑衰荡信号的稳定性和分析仪的响应时间,采用128次作为实验过程中的信号平均次数。对呼气异戊二烯分析仪的性能进行了测试,为了表征分析仪的稳定性,持续测量了分析仪16 min的真空衰荡时间。使用氮气、空气和呼吸样本,测量了呼气异戊二烯分析仪的重复性和响应速度。为了测试分析仪的线性度,测量了不同粒子数密度的异戊二烯标准气体(10×10-9, 30×10-9, 50×10-9, 100×10-9, 200×10-9)的衰荡时间。最后分析了在224 nm测量异戊二烯存在的光谱干扰问题(NO, N2O和丙酮)。实验表明:分析仪具有高的灵敏度(检测极限为0.49×10-9)、良好的重复性、稳定性(0.48%)、近实时的响应速度(1秒测量一个数据)和良好的线性度(R2=0.993 13),将检测极限提高至现有水平的1/1 000。研究证明基于CRDS的便携式呼气异戊二烯分析仪可实现对人体呼气异戊二烯的有效分析。

• 单位
  中国医学科学院北京协和医学院