Detection of volatile organic compounds (VOCs) in human urine has potential application value in screening for disease and toxin exposure. However, the current technologies are too slow to detect the concentration of VOCs in fresh urine. In this study, we developed a novel ultrasonic nebulization extraction proton transfer reaction mass spectrometry (UNE-PTR-MS) technology. The urinary VOCs can be rapidly extracted to gaseous VOCs using the UNE system and then delivered using a carrier gas to the PTR-MS instrument for rapid detection. The carrier gas flow and sample size were optimized to 100 mL/min and 100 μL, respectively. The limits of detection (LODs) and response time of the UNE-PTR-MS were evaluated by detecting three VOCs that are common in human urine: methanol, acetaldehyde, and acetone. The LODs determined for methanol (4.47 μg/L), acetaldehyde (1.98 μg/L), and acetone (3.47 μg/L) are 2–3 orders of magnitude lower than the mean concentrations of that in healthy human urine. The response time of the UNE-PTR-MS is 34 s and only 0.66 mL of urine is required for a full scan. The repeatability of this UNE-PTR-MS was evaluated, and the relative standard deviations of 5 independent determinations were between 4.62% and 5.21%. Lastly, the UNE-PTR-MS was applied for detection of methanol, acetaldehyde, and acetone in real human urine to test matrix effects, yielding relative recoveries of between 88.39% and 94.54%. These results indicate the UNE-PTR-MS can be used for the rapid detection of VOCs in a drop of urine and has practical potential for diagnosing disease or toxin exposure.

中文翻译：

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超声雾化萃取质子转移反应质谱法检测尿液中的挥发性有机物

人尿中挥发性有机化合物（VOC）的检测在筛查疾病和毒素暴露方面具有潜在的应用价值。但是，当前的技术太慢，无法检测新鲜尿液中VOC的浓度。在这项研究中，我们开发了一种新型的超声雾化萃取质子转移反应质谱（UNE-PTR-MS）技术。可以使用UNE系统将尿中的挥发性有机化合物快速提取为气态挥发性有机化合物，然后使用载气将其输送到PTR-MS仪器中以进行快速检测。载气流量和样品大小分别优化为100 mL / min和100μL。通过检测人类尿液中常见的三种挥发性有机化合物（甲醇，乙醛和丙酮）来评估UNE-PTR-MS的检出限（LOD）和响应时间。测定甲醇（4.47μg/ L）的LOD，乙醛（1.98μg/ L）和丙酮（3.47μg/ L）比健康人尿液中的平均浓度低2-3个数量级。UNE-PTR-MS的响应时间为34 s，全扫描仅需0.66 mL尿液。评估了该UNE-PTR-MS的可重复性，五个独立测定的相对标准偏差在4.62％至5.21％之间。最后，UNE-PTR-MS用于检测真实人尿中的甲醇，乙醛和丙酮，以测试基质效应，相对回收率在88.39％至94.54％之间。这些结果表明，UNE-PTR-MS可用于快速检测一滴尿中的挥发性有机化合物，并具有诊断疾病或毒素暴露的实际潜力。47μg/ L）比健康人尿液中的平均浓度低2-3个数量级。UNE-PTR-MS的响应时间为34 s，全扫描仅需0.66 mL尿液。评估了该UNE-PTR-MS的可重复性，五个独立测定的相对标准偏差在4.62％至5.21％之间。最后，UNE-PTR-MS用于检测真实人尿中的甲醇，乙醛和丙酮，以测试基质效应，相对回收率在88.39％至94.54％之间。这些结果表明，UNE-PTR-MS可用于快速检测一滴尿中的挥发性有机化合物，并具有诊断疾病或毒素暴露的实际潜力。47μg/ L）比健康人尿液中的平均浓度低2-3个数量级。UNE-PTR-MS的响应时间为34 s，全扫描仅需0.66 mL尿液。评估了该UNE-PTR-MS的可重复性，五个独立测定的相对标准偏差在4.62％至5.21％之间。最后，UNE-PTR-MS用于检测真实人尿中的甲醇，乙醛和丙酮，以测试基质效应，相对回收率在88.39％至94.54％之间。这些结果表明，UNE-PTR-MS可用于快速检测一滴尿中的挥发性有机化合物，并具有诊断疾病或毒素暴露的实际潜力。评估了该UNE-PTR-MS的可重复性，五个独立测定的相对标准偏差在4.62％至5.21％之间。最后，UNE-PTR-MS用于检测真实人尿中的甲醇，乙醛和丙酮，以测试基质效应，相对回收率在88.39％至94.54％之间。这些结果表明，UNE-PTR-MS可用于快速检测一滴尿中的挥发性有机化合物，并具有诊断疾病或毒素暴露的实际潜力。评估了该UNE-PTR-MS的可重复性，五个独立测定的相对标准偏差在4.62％至5.21％之间。最后，UNE-PTR-MS用于检测真实人尿中的甲醇，乙醛和丙酮，以测试基质效应，相对回收率在88.39％至94.54％之间。这些结果表明，UNE-PTR-MS可用于快速检测一滴尿中的挥发性有机化合物，并具有诊断疾病或毒素暴露的实际潜力。