呼出气中包含着与人体疾病和生理过程相关的大量生物代谢标志物。光电离离子迁移谱技术因其具有灵敏、快速、便携、选择性高等优点，是呼出气现场分析的强有力工具。近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员花磊和研究员李海洋团队基于研究所自主研发的光电离离子迁移谱技术，结合研制的微型半导体制冷在线脱水装置，实现了对呼出气中丙酮气体的高灵敏和高选择性的实时快速检测，为呼气分析在临床诊断、代谢监测等领域提供了一种实时可靠的新仪器、新方法。相关成果发表在《传感器和执行器B：化学》上。
呼气中丙酮的浓度可反映包含糖尿病在内的代谢疾病。然而，对于丙酮这类通过单光子电离的待测物，呼出气中的水分子会对光进行强吸收，从而极大的降低光电离的灵敏度。通过建立理论模型和实验验证，在呼出气的饱和相对湿度下，浓度高达1ppm的丙酮也无法被光电离离子迁移谱有效检测。
本工作中，团队开发了基于半导体制冷技术的脱水方法，通过低温石英腔对呼出气中水分子在线捕获，成功将样品中的相对湿度从大于90%降低至1%以下，使信号强度提升了85倍，实现了低至0.02ppm的检出限、高达2ppm的线性响应范围和短于1分钟的分析过程。
团队利用该方法测量了健康志愿者在葡萄糖耐量试验期间的呼气丙酮浓度的动态变化，验证了该技术在疾病诊断、代谢监测方面的应用潜力。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.136743
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