ВНЕЛАБОРАТОРНЫЙ ЭКСПРЕССНЫЙ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА ВЫДЫХАЕМОГО ЧЕЛОВЕКОМ ВОЗДУХА С АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ГРАДУИРОВКОЙ

A. O. Malysheva, M. N. Baldin, V. M. Gruznov, L. V. Blinova

Аннотация


В настоящее время актуальной задачей медицины, в частности профилактической, является разработка неинвазивных (бескровных) методик диагностики и определения риска различных заболеваний. Уделяется большое внимание возможностям анализа выдыхаемого воздуха для диагностики различных заболеваний – раковых, гастроэнтерологических, сахарного диабета и других. Возможности такого анализа определены широким набором выдыхаемых человеком летучих органических соединений. Возрастающий интерес к разработке неинвазивных методик диагностики заболеваний по анализу выдыхаемого человеком воздуха инициирует создание простых в обращении и портативных газовых анализаторов для массового обследования пациентов во внелабораторных условиях. Основные требования к газоанализаторам ‒ это сочетание портативности, быстродействия, чувствительности и контроля стабильности отклика. В статье изложен удовлетворяющий этим требованиям газохроматографический метод экспрессного анализа выдыхаемого воздуха с автоматизированной градуировкой парофазным источником концентрации. Использована портативная поликапиллярная газовая хроматография, обеспечивающая низкие пороги определения веществ при времени анализа в несколько десятков секунд. Обсуждается методика получения парофазной градуировочной концентрации паров ацетона на уровне 10–10 г/см3. Блок градуировки встроен в газовый хроматограф (ГХ), его программное управление обеспечивает автоматизацию градуировки ГХ. Оригинальная схема пробоотборного устройства (ПУ) обеспечивает многократный ввод пробы из разового выдоха человека и полностью аналогичный ввод градуировочной воздушной смеси в ГХ для уменьшения погрешностей градуировки. Структура программного обеспечения (ПО) реализована в терминах, удобных для практики химика-аналитика. Оригинальное ПУ, поликапиллярная газовая хроматография, встроенная автоматизированная градуировка обеспечивают анализ выдыхаемого воздуха в режиме реального времени в присутствии пациента. Проиллюстрирована возможность дифференцирования пациентов по нарушению метаболизма (обмену веществ) в организме человека по экспрессному анализу выдыхаемого воздуха предложенным газохроматографическим методом экспрессного анализа выдыхаемого воздуха с автоматизированной градуировкой.

Ключевые слова: отбор выдыхаемого воздуха, экспрессный анализ выдыхаемого воздуха, поликапиллярная газовая хроматография, автоматизированная градуировка, парофазный источник концентрации

DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2018.22.2.007


Полный текст:

PDF

Литература


REFERENCES

Amann A., Ligor M., Ligor T., Bajtarevic A., Ager C., Pienz M., Denz H., Fiegl M., Hilbe W., Weiss W., Lukas P., Jamnig H., Hackl M., Haidenberger A., Sponring A., Filipiak W., Miekisch W., Schubert J., Troppmair J., Buszewski B. Analysis of exhaled breath for screening of lung cancer patients, MEMO, 2010, vol. 3, pp. 106-112. doi: 10.1007/s12254-010-0219-2

Ligor T., Szeliga J., Jackowski M., Buszewski B. Preliminary study of volatile organic compounds from breath and stomach tissue by means of solid phase microextraction and gas chromatography-mass spectrometry. J. Breath Res. 2007, vol. 1, no. 1, p. 016001, doi:10.1088/1752-7155/1/1/016001

Platonov I.A., Kolesnichenko I.N., Lobanova M.S., Mikheenkova A.E. [Chromato-desorption microsystems for the quantitative determination of cardiovascular diseases biomarkers in breath]. Sovremennaia nauka: actual`nye problemy i puti ikh resheniia [Modern science: actual problems and ways of their solutions], 2017, no. 1, pp. 14-16 (in Russian).

Anokhina T.N., Anaev E.Kh., Revelski A.I., Rodionov A.A., Alekseev D.V., Revelski I.A., Kudriavtsev V.B. Diagnostic value of semi-volatile organic compounds in exhaled breath condensate of asthma and chronic obstructive pulmanory disease patients. Pulmonology, 2011, no. 4, pp. 71-75, doi:10.18093/0869-0189-2011-0-4-71-75

Rodionov A.A., Revelsky A.I., Revelsky I.A., Anohina T.N., Anaev E.H. Determination of semi-volatile organic compounds in exhaled breath condensate. J. Anal Chem, 2014, vol. 69, no. 14, pp. 1330-1336. doi:10.1134/S1061934814140081

Stepanov E.V. [Methods of highly sensitive gas analysis of biomarker molecules in exhaled air studies]. Trudy instituta obshchei fiziki im A.M. Prokhorova [Writings of General Physics Institute named after A.M. Prokhorov], 2005, vol. 61, pp. 1-47 (in Russian)

Kopylov F.Iu., Syrkin A.L.,Chomakhidze P.Sh., Bykova A.A., Shaltaeva Iu.R., Beliakov V.V., Pershenkov V.S., Samotoev N.N., Golovin A.B., Vasil’ev V.K., Malkin E.K., Gromov V.V., Ivanov I.A., Lipatov D.Iu., Iakovlev D.Iu. [Prospects for the diagnosis of various diseases in the composition of exhaled air]. Klinicheskaia meditsyna [Clinical Medicine], 2013, no. 10, pp. 16-21 (in Russian)

Kharitonov S.A. Barnes P.J. Exhaled breathe analysis, New Drugs for Asthma, Allergy and COPD. Prog Respir Res. Basel, Karger 2001, vol. 31, pp. 44-47, doi: 10.1159/000062127

Schwarz K., Pizzini A., Arendacká B., Zerlauth K., Filipiak W., Schmid A., Dzien A., Neuner S., Lechleitner M., Scholl-Bürgi S., Miekisch W. Schubert J., Unterkofler K., Witkovský V., Gastl G., Amann A. Breath acetone - aspects of normal physiology related to age and gender as determined in a PTR-MS study. J. of breath research, 2009. vol. 3, no. 2, p. 027003. doi: 10.1088/1752-7155/3/2/027003.

Kulikov V.Iu., Ryiatkina L.A., Sorokin M.Iu., Shabanova E.S., Baldin M.N., Gruznov V.M., Petrovskii D.P., Efimenko A.P, Schnaider E.P., Moshkin M.P. [The content of acetone in the exhaled air and the peculiarities of metabolic disorders in patients with diabetes mellitus]. Setevoe nauchnoe izdanie “Meditsina i obrazovanie v Sibiri” [Network scientific publication "Medicine and Education in Siberia."], 2010, no. 6. (in Russian)

Španěl P., Dryahina K., Rejšková A., Chippendale T.W.E., Smith D. Breath acetone concentration: biological variability and the influence of diet. Physiological Measurement, 2011, vol. 32, no. 8, pp. 23-31. doi: 10.1088/0967-3334/32/8/N01.

The Ketonix Manual v2.5 Available at: http://www.ketonix.com/images/PDF/Ketonix-Manual-Current.pdf (accessed 25 April 2018).

Wang1 L., Kalyanasundaram K., Stanacevic M. and Gouma P. Nanosensor Device for Breath Acetone Detection. Sensor Lett., 2010, vol. 8, pp. 1-4. doi:10.1166/sl.2010.1334

Righettoni M., Tricoli A., Gass S., Schmid A., Amann A., Pratsinis SE. Breath acetone monitoring by portable Si:WO3 gas sensors. Anal. Chim. Acta, 2012, vol. 738, pp. 69-75. doi: 10.1016/j.aca.2012.06.002.

Meixiu Sun, Zhennan Wang, Yuan Yuan, Zhuying Chen, Xiaomeng Zhao, Yingxin Li and Chuji Wang. Continuous Monitoring of Breath Acetone, Blood Glucose and Blood Ketone in 20 Type 1 Diabetic Outpatients Over 30 Days. J Anal. Bioanal. Tech., 2017, vol. 8, no. 5, pp. 386-393. doi: 10.4172/2155-9872.1000386.

Nasution T., Nainggola I., Hutagalung S.D., Ahmad K.R., Ahmad Z.A. The sensing mechanism and detection of low concentration acetone using chitosan-based sensors. Sensors and Actuators B: Chemical, 2013, vol. 177, pp. 522-528. doi: 10.1016/j.snb.2012.11.063

Gruznov V.M., Filonenko V.G., Baldin M.N., Shishmarev A.T. Portable express gas analyzers for determination of trace amounts of substances Rossiiskii khimicheskii zhurnal [Journal of Russian Chemistry], 2002, vol. 46, no. 4, pp. 100-108 (in Russian)

Baldin M.N., Gruznov V.M., Malysheva A.O. Probootbornik dlia analiza vydykhaemogo vozdukha [Sample device for analysis of exhaled air]. Utility model patent RF no. 178679, 2018 (in Russian)

Baldin M.N., Gruznov V.M., Simakov V.A. Ustroistvo vvoda proby v gazovyi khromatograf [Insertion sample device for gas chromatograph]. Patent RF no. 2399044, 2010 (in Russian)

Barinskaia T.O., Smirnov A.V. [Detection of ethanol in the exhaled air]. Problemy analiticheskoi khimii [Problems of analytical chemistry], vol. 13: Nonlaboratory chemical analysis, Moskva: Nauka Publ, 2010, pp. 342-363. (in Russian)

Blinova L.V., e.a. Programma dlia EVM Sorbat [Software Sorbat]. Patent RF №2010615767 (in Russian)

Gorbacheva A.R., Rodinkov O.V., [Chromatomembrane generation of standard gas mixtures of volatile organic compounds in ppm level]. Analitika i control` [Analytics and Control], 2018, vol. 22, no. 1, pp. 75-82. doi: 10.15826/analitika.2018.22.1.002.

Platonov I.A. Kolesnichenko I. N., Lobanova M. S., Mikheenkova A. E. [Gas mixtures of the known composition by dynamic methods]. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy [Sorption and Chromatographic Processes]. 2017, vol. 17, no. 3, pp. 378-387. doi: 10.17308/sorpchrom.2017.17/391

Catalog of standard materials VNIIM 06. Gases and gas mixture. Available at: http://catalog.vniim.ru/files/raz06-06.pdf (accessed 09 January 2018 г.)

Vitenberg A.G., Konopelko L.A., Gas-chromatographic headspace analysis: metrological aspects. J. Anal. Chem, 2011, vol. 66, no. 5, pp. 438 - 457, doi: 10.1134/S106193481103018X

Vitenberg A.G., Pichugina A.S., Dobryakov Y.G. Use of vapor-phase sources of gas mixtures for calibration and verification of analytical: equipment in measuring the content of volatile substance impurity content, Measurement techniques, 2009, no. 12, pp. 1372 – 1379, doi: 10.1007/s11018-010-9447-4

Vitenberg A.G., Ioffe B.F. Gasovaia ekstraktsiia v khromatograficheskom analize: parofaznyi analiz i rodstvennye metody [Gas extraction in chromatographic analyses: head-space analysis and related methods]. Leningrad, Khimiia Publ., 1982, 280 p. (in Russian)

Malysheva A.O., Baldin M.N., Gruznov V.M. Determination partition coefficients of volatile organic substances in the system liquid-air for the creation of calibration gas-phase samples with trace concentrations of substances, J. of Anal. Chem. 2017. vol. 72, no. 10, pp. 1013-1017. doi: 10.1134/S1061934817100112

Kulikov V.Iu., Ryiatkina L.A., Sorokin M.Iu., Shabanova E.S., Baldin M.N., Gruznov V.M., Petrovskii D.P., Schnaider E.P., Moshkin M.P. [Assessment of light hydrocarbons in exhaled air in university students as a predictor of metabolic disorders], Setevoe nauchnoe izdanie “Meditsina i obrazovanie v Sibiri” [Network scientific publication "Medicine and Education in Siberia."], 2010, no. 3 (in Russian)


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.