利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法

1.本发明涉及天然气、地质、气象、石油、核科学、人体医学、动植物研究等技术领域，尤其涉及利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法。


背景技术：

2.大气中二氧化碳浓度非常低，约为0.04％。专家们认为，大气中的二氧化碳浓度本来是比较稳定的，但是由于工业化和城市化的原因，已有许多地方突破了原来的水平，向逐步增长的方向发展。
3.通常情况下人体通过呼吸吸入空气，吸入的空气在肺泡内进行气体交换，即把空气中含有的氧分释放入血，为机体提供氧气，而机体各种生命活动代谢产生二氧化碳，通过肺泡的气体交换，由肺呼出体外。所以人体在呼吸过程中，呼出的气体主要成分为二氧化碳，但是由于吸入的空气并不可能完全与组织内的二氧化碳进行置换，所以呼出的气体中还含有一部分空气(包括氧气、氮气等)，并且由于气道内液体的湿化作用，呼出的气体中还含有较多的水蒸气。
4.目前，鉴别空气中二氧化碳与人体呼出气体中二氧化碳含量的最简单方法就是分别各收集一瓶空气和呼出气体，向其中加入等量的澄清石灰水，振荡，观察到空气瓶中并无变化，而呼出气体的瓶中有白色沉淀产生，说明空气中二氧化碳含量比呼出气体中二氧化碳的含量少。但尚无利用二氧化碳族进行数字化测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法。
6.为解决上述问题，本发明所述的利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法，包括以下步骤：
7.⑴
分别采集大气样品、人体呼气样品；
8.⑵
对大气样品、人体呼气样品分别采用气相色谱质谱联用技术获得各样品色-质谱图，并分别采用质量选择检测器msd获得所有样品中的co2的质量数和丰度，每个样品做10次，分别建立各样品中co2的质量数丰度表；
9.⑶
分别对各样品中的co2的质量数丰度值进行比对处理，当各个样品中co2峰中质量数有10次重现的予以保留，分别建立各样品co2的质量数丰度重现汇总表；
10.⑷
根据各样品co2的质量数丰度重现汇总表建立大气、人体呼气质量数和％数值归纳表；
11.⑸
对未知样品采用气相色谱质谱联用技术获得色-质谱图，并采用质量选择检测器msd获得所述未知样品中的co2的质量数和丰度，然后与已知co2的质量数和％数值归纳表进行比对，即可初步确定该未知样品是大气样品还是人体呼气样品。
12.所述气相色谱质谱联用技术的条件是指色谱柱为直径3mm且柱长4.0～6.0m的多孔高聚物小球柱；载气为h2；柱温为恒温40℃；进样口温度为130℃；柱流速为30～40ml/min；ms检测器温度为250℃；进样量为2ml；进样方式为手动注射器。
13.所述质量选择检测器msd的条件是指传输线温度为250℃；离子源温度为250℃；离子化方式为ei；离子化能为70ev；质量数扫描范围为2～220。
14.本发明与现有技术相比具有以下优点：
15.1、本发明利用色谱-质谱仪联用测量，质量数、质量数百分浓度和质量数丰度比值对比计算的方法，对二氧化碳(nco2)族质量数分子进行分析比对，可数字化区分大气、人体呼气中co2的差异。
16.2、采用本发明方法，可以在大气、人体呼气中nco2族起到数字化模型指纹比对的作用。
附图说明
17.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
18.图1为本发明中gc-msd分析兰州大气色-质谱图(上图右侧灰线代表质谱扫描点)。
19.图2为本发明中gc-msd分析人体呼气色-质谱图(上图右侧灰线代表质谱扫描点)。
具体实施方式
20.下述实施例中，仪器：trace gc ultra气相色谱仪，msd检测器以及配套使用的色谱、质谱工作站(美国thermo公司)。其中：
21.气相色谱质谱联用技术的条件是指色谱柱为直径3mm且柱长4.0～6.0m的多孔高聚物小球柱；载气为h2；柱温为恒温40℃；进样口温度为130℃；柱流速为30～40ml/min；ms检测器温度为250℃；进样量为2ml；进样方式为手动注射器。
22.质量选择检测器msd的条件是指传输线温度为250℃；离子源温度为250℃；离子化方式为ei；离子化能为70ev；质量数扫描范围为2～220。
23.样品：兰州室外大气；人体呼气。
24.利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法，包括以下步骤：
25.⑴
分别采集大气样品、人体呼气样品；
26.⑵
对大气样品、人体呼气样品分别采用气相色谱质谱联用技术获得各样品色-质谱图，并分别采用质量选择检测器msd获得所有样品中的co2的质量数和丰度，每个样品做10次，分别建立各样品中co2的质量数丰度表。实验结果见图1～2，表1～2。
27.表1 msd分析10个兰州大气样品中co2的质量数丰度表
[0028][0029]
表2 msd分析10个人体呼气样品中co2的质量数丰度表
[0030][0031]
⑶
分别对各样品中的co2的质量数丰度值进行比对处理，当各个样品中co2峰中质量数有10次重现的予以保留，分别建立各样品co2的质量数丰度重现汇总表。结果见表3～
4。
[0032]
表3 msd分析10个兰州大气样品中co2质量数丰度重现汇总表
[0033][0034]
表4 msd分析10个人体呼气样品中co2的质量数丰度重现汇总表
[0035][0036]
(4)根据各样品co2的质量数丰度重现汇总表，将表3、表4中质量数和％这二项中数值归纳后建立大气、人体呼气质量数和％数值归纳表，参见表5。
[0037]
表5兰州大气、人体呼气样品中co2的质量数和％数值归纳表
[0038]
质量数兰州大气co2(％)人体呼气co2(％)120.10080.1681130.00150.0022160.5310.609220.01450.089128 0.58664434.244262.58674563.971135.0955460.86660.6985470.27040.163648 0.0008
[0039]
从表5可看出兰州大气、人体呼气样品中co2质量数分子和浓度分布不同。将表3、表4中兰州大气、人体呼气样品co2内共有的质量数分子12、13、16、22、44、45、46、47的丰度值各自做质量数丰度比值，见表6、表7。
[0040]
表6 msd分析10个兰州大气样品中co2质量数丰度比值表
[0041][0042]
表7 msd分析10个人体呼气样品中co2质量数丰度比值表
[0043][0044]
将表6、表7中平均值这一项质量数丰度比值归纳列入表8。
[0045]
表8兰州大气、人体呼气样品中co
２
质量数丰度比值对比表
[0046]
质量数丰度比值兰州大气人体呼气
13
co2/
12
co20.020.01
16
co2/
12
co25.353.62
22
co2/
12
co20.140.53
44
co2/
12
co2343.49372.96
45
co2/
12
co2638.33209.7
46
co2/
12
co28.644.17
47
co2/
12
co22.70.98
16
co2/
13
co2888.29287.67
22
co2/
13
co219.2942.15
44
co2/
13
co255587.7829884.1
45
co2/
13
co2100932.1516898.98
46
co2/
13
co21380.27335.19
47
co2/
13
co2422.5878.77
22
co2/
16
co20.030.15
44
co2/
16
co276.38103.7
45
co2/
16
co2142.9858.5
46
co2/
16
co21.931.16
47
co2/
16
co20.60.27
44
co2/
22
co22705.34706.26
45
co2/
22
co25007.79398.11
46
co2/
22
co268.017.9
47
co2/
22
co221.071.85
45
co2/
44
co21.870.56
46
co2/
44
co20.030.01
47
co2/
44
co20.00790.0026
46
co2/
45
co20.010.02
47
co2/
45
co20.00420.0047
47
co2/
46
co20.310.23
[0047]
从表8可看出兰州大气、人体呼气中co2质量数丰度比值是有较大差异的。例如
45
co2/
12
co2、
47
co2/
12
co2、
45
co2/
44
co2。
[0048]
(5)对未知样品采用气相色谱质谱联用技术获得色-质谱图，并采用质量选择检测器msd获得未知样品中的co2的质量数和丰度，然后与已知co2的质量数和％数值归纳表进行比对，即可初步确定该未知样品是大气样品还是人体呼气样品。
[0049]
综上所述，可以发现：采用本发明方法，兰州大气、人体呼气得到很好的数字化区分，因此可建立兰州大气、人体呼气的数字化指纹库用于相互比对，应用于天然气、地质、气象、石油、环保、核科学、人体医学、动植物研究等领域中，使之增加新的分析方法。

技术特征：
1.利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法，包括以下步骤：
⑴
分别采集大气样品、人体呼气样品；
⑵
对大气样品、人体呼气样品分别采用气相色谱质谱联用技术获得各样品色-质谱图，并分别采用质量选择检测器msd获得所有样品中的co2的质量数和丰度，每个样品做10次，分别建立各样品中co2的质量数丰度表；
⑶
分别对各样品中的co2的质量数丰度值进行比对处理，当各个样品中co2峰中质量数有10次重现的予以保留，分别建立各样品co2的质量数丰度重现汇总表；
⑷
根据各样品co2的质量数丰度重现汇总表建立大气、人体呼气质量数和%数值归纳表；
⑸
对未知样品采用气相色谱质谱联用技术获得色-质谱图，并采用质量选择检测器msd获得所述未知样品中的co2的质量数和丰度，然后与已知co2的质量数和%数值归纳表进行比对，即可初步确定该未知样品是大气样品还是人体呼气样品。2.如权利要求1所述的利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法，其特征在于：所述气相色谱质谱联用技术的条件是指色谱柱为直径3mm且柱长4.0~6.0m的多孔高聚物小球柱；载气为h2；柱温为恒温40℃；进样口温度为130℃；柱流速为30~40ml/min；ms检测器温度为250℃；进样量为2ml；进样方式为手动注射器。3.如权利要求1所述的利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法，其特征在于：所述质量选择检测器msd的条件是指传输线温度为250℃；离子源温度为250℃；离子化方式为ei；离子化能为70ev；质量数扫描范围为2~220。

技术总结
本发明涉及一种利用二氧化碳族测量大气与人体呼气中二氧化碳差异方法，该方法包括以下步骤：


技术研发人员：潘旭
受保护的技术使用者：中国科学院西北生态环境资源研究院
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/7