Cyanwasserstoff (HCN) mit hoher Flüchtigkeit und hoher Adsorption ist ein weit verbreitetes toxisches und gefährliches Gas. Spuren von HCN finden sich auch in der Ausatemluft des Menschen. Eine ungewöhnlich hohe HCN-Konzentration im Atem von Patienten mit zystischer Fibrose (CF) wird mit einer Pseudomonas aeruginosa (PA)-Infektion in Verbindung gebracht. Daher kann die Entwicklung einer hochempfindlichen Online-HCN-Messung in der Ausatemluft ein schnelles Screening auf eine PA-Infektion bei CF-Patienten ermöglichen.
Kürzlich hat eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Li Haiyang vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine strömungsunterstützte Photoionisations-Massenspektrometriemethode zur Profilierung von Blausäure in der Ausatemluft entwickelt.
Die Studie wurde veröffentlicht in Analytische Chemie am 4. April.
„HCN ist leicht wasserlöslich und wird an Geräteoberflächen stark adsorbiert, daher sind Empfindlichkeit und Reaktionsgeschwindigkeit die Hauptherausforderungen für die direkte Messung von HCN in der Ausatemluft bei hoher Luftfeuchtigkeit“, sagte Prof. Chen Ping, Mitautor dieser Studie.
Die Forscher entwickelten eine Methode, indem sie ein selbst entwickeltes atmosphärisches Druck-Negativ-Photoionisations-Flugzeit-Massenspektrometer-Instrument verwendeten, und verbesserten die Empfindlichkeit und Zeitauflösung von direkten HCN-Messungen in der ausgeatmeten Luft. Diese Methode ermöglichte die Echtzeitverfolgung von HCN-Konzentrationen in einem einzigen ausgeatmeten Atemzug, was ein wirksames Mittel für ein frühes Screening von CF-Patienten mit PA-Infektion darstellen könnte.
Sie schlugen vor, Helium-Schutzgas innerhalb der Massenspektrometrie-Ionisationsquelle zu verwenden. Dieser Ansatz verringerte die Wirkung hoher Feuchtigkeit auf die Ionisation, verbesserte die Ionentransporteffizienz und verbesserte somit die HCN-Nachweisempfindlichkeit.
Darüber hinaus verbesserten sie das Probenahmesystem, indem sie die Probenahmeleitung verkürzten und einen Gasspülprozess hinzufügten, um HCN-Adsorptionsrückstände effektiv zu reduzieren und die Zeitauflösung zu verbessern. Dieses Verfahren erreichte eine Nachweisgrenze von 0,3 ppbv und eine Auflösungszeit von 0,5 s.
Durch die Verwendung dieser Methode verfolgten die Forscher die Veränderungen in den einzelnen ausgeatmeten HCN-Profilen von Freiwilligen vor und nach dem Gurgeln. Die resultierenden Profile zeigten deutlich einen frühen Peak und ein stabiles endtidales Plateau, die jeweils die Konzentration des Mundhöhlen- und endtidalen Gases darstellen.
„Die neue Methode zeigte eine gute Interferenzresistenz und hohe Genauigkeit bei der HCN-Quantifizierung. Sie hat potenzielle Anwendungen beim Nachweis einer PA-Infektion bei CF-Patienten“, sagte Prof. Li.
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Yuxuan Wen et al, Online-Nachweis von HCN in feuchter Ausatemluft durch Gasfluss-unterstützte negative Photoionisations-Massenspektrometrie, Analytische Chemie (2023). DOI: 10.1021/acs.analchem.2c05603