4-1 阿達瑪進樣系統
傳統 GC 實驗通常是單次進樣，由於手動進樣無法達到快速且多 次進樣的情況，故本實驗最大的不同是利用阿達瑪序列控制其開關以 達到多重進樣的目的，可提高其 S/N 值，改善儀器本身在物理上的 偵測極限，並提高靈敏度。
4-1-1 阿達瑪進樣器
阿達瑪進樣器是以電腦輸出阿達瑪序列訊號控制開關的自動進 樣裝置。進樣器構造如圖 4-1，主體由黃銅構成，在鐵製撞針前頭有 一軟墊，並與下面的黃銅主體相密合 ，在進樣針頭上套有 GC 注射 口墊片 (septum) 切割成的軟墊，此軟墊會與上面的黃銅主體相密合，
而進樣針頭可替換成各種內徑的毛細管。
在電磁閥未通電時，鐵製撞針會受到彈簧的力量向下擠壓，使撞 針前端的軟墊會與黃銅相接並堵住出口；當電磁閥通電時，鐵製撞針 會受到電磁線圈的吸引，克服彈簧的彈力向上移動，當進樣器內部氣
53
壓高於氣相層析儀內部氣壓時即可達到進樣的目的。
電磁閥由電腦輸出控制訊號，輸出的訊號會由 NI 介面卡傳送至 驅動器，此驅動器是由 IC 2003 製作而成的趨動裝置，圖 4-2 為電磁 閥控制示意圖及驅動器內部線路圖。
圖 4-1 (A) 阿達瑪進樣器構造圖 (B) 阿達瑪進樣器組裝後外 (A)
(B)
24 V 電磁閥
彈簧 鐵製撞針 黃銅銅體
黃銅銅體 止洩墊片
進樣針頭 (B)
54
圖 4-2 (A) 電磁閥控制裝置圖 (B) 驅動器內部線路圖
DC power
control driver
NI-6221 card
computer electromagnetic valve
(A)
(B)
55
4-1-2 丙酮標準品配製
利用微量吸量管吸取 5 mL 丙酮置於 20 mL 樣品瓶中，瓶口以 Parafilm 封緊，放置五分鐘，待瓶內充滿丙酮的飽和蒸汽壓即可用進 樣。
4-1-3 丙酮標準品進樣
實驗裝置如圖 4-3 及圖 4-4，裝置主體為不鏽鋼材質，腔體 (chamber) 一端連接進樣器，另一端由不鏽鋼閥控制氮氣加壓。首先，
以氣密針抽取適量丙酮溶劑注入腔體中，等待二十分鐘，確保溶劑完 全氣化。待氣體標準品充滿裝置管內後關閉相通的閥，並打開加壓端 的閥以氮氣加壓至 3.0 kg/cm2，最後以電磁閥控制進樣。
56
圖 4-3 標準樣品進樣裝置
圖 4-4 chamber 裝置
57
4-1-4 真實樣品採樣
(一) 正常志願者 (非糖尿病患) 呼出氣體採樣
本實驗正常志願者呼出的氣體，由實驗室成員所提供，把氣體吹 入市售的氣球裡，實際測量 8 位，合計 30 顆氣球，如此完成採樣。
(二) 糖尿病患呼出氣體採樣
糖尿病患呼出的氣體，由台北醫學大學提供，實際測量 4 位糖尿 患 (含 type I 及 type II 糖尿病患) 的呼出氣體，合計 30 袋的氣體，
如此完成採樣。
4-1-5 呼出氣體樣品進樣
進樣裝置如圖 4-3，裝置主體以 Tee 型轉接頭連結，一端連接 幫浦抽氣，一端連接進樣器，另一端為由不鏽鋼閥控制氮氣加壓。首 先以幫浦將裝置內管線的空氣抽走，抽氣十五分鐘，待裝置內呈負壓 狀態時，將所有的閥關閉只開啟與採樣袋相通的閥，此時採樣袋內的 標準氣體會受裝置內負壓的影響而被吸進裝置內，待氣體標準品充滿 裝置管內後關閉相通的閥，並打開加壓端的閥以氮氣加壓至 3.0 kg/cm2，最後以電磁閥控制進樣。
58
4-1-6 系統清潔方法
為避免每次實驗不受前次實驗的干擾，裝置內的清潔就顯得相當 地重要。由於系統管路為金屬材質，且以不鏽鋼居多，清潔步驟參考 環檢署公告偵測方法 [73] 中的不鏽鋼採樣筒清潔部分加以調整。
將 chamber 放入烘箱，烘箱溫度開 100 ℃放置烘一個晚上，隔 天以進樣器注入 GC/MS 檢測，若仍有殘留物則繼續重複清潔步驟。
59
4-2 數據紀錄之時間校正
做阿達瑪轉換時，程式會擷取第 n 到 (2n-1) 個單位訊號 (bin) 進行運算。進樣時間與質譜儀單位時間紀錄點數的乘積為單位訊號的 總數據點數，若進樣時間 2 秒，質譜儀每秒紀錄 10 點，則每個單 位訊號會有 20 個數據點，轉換程式會自動將數據點數平均求得單位 訊號，再進行後續處理。
實驗在 SIM 模式下進行，除了可輸入要掃描的質荷比外，Dwell time (特定質荷比掃描時間，單位為 msec) 參數也能調整，且 Dwell time 的設定會影響單位時間記錄的點數。在針對單一質荷比進行掃 描時，Dwell time 設定為 80，此時電腦顯示每秒紀錄 10 個點 (10 cycles/sec)，但由實驗所得數據加以計算，發現質譜儀每秒只記錄 9.968095429 個點，並非恰好紀錄每秒 10 個點。這樣微小的誤差在 實驗時間拉長後便會放大，為了減少數據處理上的誤差，對轉換程式 進行修改，使每個單位訊號有整數個點以方便程式運算。其程式如圖 4-5。
60
圖 4-5 校正數據程式圖
表 4-1 數據校正後的每秒平均點數
Dwell time (msec)
61
4-3 阿達瑪進樣條件最佳化
實驗結果可得知，進樣器的進樣針頭可替換成各種內徑的毛細管，
且使用不同長度或不同內徑大小的毛細管會對進樣量造成影響。實驗 結果後，為使得進樣器能達到更快速進樣且偵測靈敏度更高的情況下，
實驗中選用內徑 75 μm 且長度 10 cm 的毛細管。
4-3-1 阿達瑪進樣轉換結果與理論值比較
在進樣最佳條件下以阿達瑪 255 次序列進樣丙酮蒸氣樣品所得 之原始數據，使用 LabView 程式進行阿達瑪轉換時會先將單位訊號 中所有的數據點加以平均，得到單位訊號值如圖 4-6(A)，圖 4-6 (B) 則是阿達瑪進樣結果與阿達瑪序列的比較，由比較圖可發現進樣結果 的波形與阿達瑪序列吻合。
進一步將轉換後的數據與單點進樣作比較可發現 S/N 比增加了 6.4 倍，與阿達瑪 255 次序列的 S/N 比提升理論值 8.02 倍相當地 接近。
62
實驗除了使用阿達瑪 255 次序列進樣外，本研究也嘗試利用更 高次的阿達瑪 511 及 2047 次序列進樣，其不同序列進樣的轉換結 果如圖 4-7，並將不同轉換結果之 S/N 比提升倍率歸納於表 4-2 中，
從表中可發現，不論是阿達瑪 255、511 或 2047 次序列進樣，其 S/N 比的提升倍率皆與理論值相當接近。
圖 4-6 (A) 數據點平均後得到的單位訊號
(B) 阿達瑪序列進樣結果與阿達瑪序列比較
63
圖 4-7 一次進樣與不同次數阿達瑪轉換比較
64
表 4-2 轉換後 S/N 比增加倍率與理論值比較
4-3-2 進樣器穩定度與阿達瑪轉換再現性
阿達瑪轉換過程會擷取一段實驗數據進行運算，所以需要穩定的 進樣系統才能得到準確的實驗結果。從連續進樣的情況下，發現訊號 高度具有一致性，因此可認為此進樣器在進行阿達瑪序列進樣時，每 次都能夠穩定的進樣。
65
4-4 分析物特定離子質荷比分析
本實驗是以呼出氣體作為分析物，並對氣態樣品進行阿達瑪進樣 且轉換分析，研究中使用的分析樣品是丙酮。為減少干擾並降低偵測 極限，採用 SIM 的模式進行實驗，所以要先了解分析樣品受電子撞 擊後所產生的特徵斷片。在分析樣品前，會先以 GC 注射針注入空 氣，確定注射針內是否有殘留相同片段的未知物，或管柱本身流失的 片段，之後再抽取分析物氣體注入，得到的質譜如圖 4-8，質譜圖中 可以看到 molecular ion peak m/z = 58 及 base peak m/z = 43 的訊號，
m/z = 43 的訊號是因為失去一個甲基，往後實驗便以各分析物的主要 離子質荷比進行掃描。
圖 4-8 丙酮質譜圖
m/z
Abunda nc e
43
58
66
4-5 真實樣品上的應用
4-5-1 阿達瑪轉換對非糖尿病患呼出氣體研究
使用的氣體樣品是非糖尿病患呼出的氣體。非糖尿病患呼出氣體 單次進樣的結果如圖 4-9。以阿達瑪 255 次進樣，其轉換結果如圖 4-10。在單次進樣的部分，連續進樣三次，箭頭地方理當出現丙酮訊 號，但三次都沒出現，呼氣中丙酮訊號幾乎看不到。經過阿達瑪序列 255 進樣得到的原始數據如圖 4-10 (B)中 Raw data ，從轉換結果可 看到丙酮訊號的 S/N 比變為 7.9 ，轉換效率相當的好。
67
圖 4-9 非糖病患吐氣單點進樣（連續進樣三次）
圖 4-10 非糖病患吐氣阿達瑪轉換
Retention time (sec)
Retention time (sec)68
69
圖 4-11 非糖尿病患呼出氣體的固相微萃取與單次進樣結果比較
GC-MS 條件：
Inlet : 250 ℃ Detector : 260 ℃ Flow : 0.75 mL/min Split flow : 30 mL/min GC-MS Mode : 43,58 m/z Oven temperature : 45 ℃
70
4-5-3 非糖尿病患呼出的丙酮含量
實驗測量八位非糖尿病患者的呼出氣體，八位皆來自於本實驗室 成員，實驗結果發現丙酮的含量平均值為 0.1 ~ 1 ppmv，與文獻值所 說正常人呼出的丙酮濃度低於 0.76 ppmv 相當符合，其中有一位志 願者的實驗數值偏高，高於 1 ppmv 如圖 4-12，有待追蹤，已經建 議去做進一步檢查。
圖 4-12 正常人的呼氣丙酮值
71
4-5-4 糖尿病患呼出的丙酮含量
實驗測量 2013 年到北醫就診四位糖尿病患的呼氣丙酮值，實驗 結果發現丙酮的濃度都在 1 ppmv 以上，與文獻值所說糖尿病患呼出 的丙酮濃度高於 1.71 ppmv 相當符合，如圖 4-13，所以我們可以依 據 1 ppmv 做為一個標準，如果非糖尿病呼出氣體丙酮濃度高於 1 ppmv，就會建議去做追蹤，進一步檢查。
圖 4-13 2013 年到北醫就診四位糖尿病患的呼氣丙酮值
72
4-5-5 糖尿病患的血糖值
北醫就診四位糖尿病患的飯前血糖值都非常高如圖 4-14，飯前血 糖理想值 (80-120 mg/dl)表 4-3，其中一位糖尿病患飯前血糖在控制 之下，其他都高出於理想值許多，個人的血糖控制，能減少嚴重併發 症及副作用。
圖 4-14 2013 年到北醫就診四位糖尿病患的血糖值
73
表 4-3 糖尿病人血糖控制指標 (*不同檢驗方式數值會有不同)
生化指數 無糖尿病者 理想值 建議掛診檢查
飯前血糖 (mg/dl) <110 80-120 <80, >140 睡前血糖 (mg/dl) <120 100-140 <100, >160 糖化血紅素 (%)* <6 <7 >8
4-5-6 糖尿病患的糖化血色素
所謂「糖化血色素」(HbA1c)是指人體血液中的紅血球含有血色 素，當血液中的葡萄糖進入紅血球，和血紅素結合後，就形成糖化血 色素。「糖化血色素」除了當作糖尿病的血糖追蹤指標以外，也是新 的診斷工具，一般人糖化血色素的正常值約為 4 - 6 ％，糖尿病人宜 控制在 7 ％ 以下，但研究發現，國內只有 3 成糖尿病患，血糖控制 可達到糖化血色素小於 7 的標準如表 4-4。平均血糖值與糖化血色素 的對照如表 4-5。
74
2.2 230 10.7 1+ negative
TYPE 2 劉 X 綾
(飯前)
2.4 76 9.7 negativenegative
劉 X 芝 (飯前)
2.9 240 9.7 negative negative
汪 X 勵 (飯前)
9.4 226 negative negative
汪 X 勵 (飯後)
3.3 180 negative negative
75
表 4-5 平均血糖值與糖化血色素的對照表
糖化血色素 平均血糖值
6 126 mg/dl
7 154 mg/dl
8 183 mg/dl
9 212 mg/dl
10 240 mg/dl
11 269 mg/dl
12 298 mg/dl
76
4-5-7 非糖尿病患一天呼氣中丙酮的含量
如圖 4-16，早上 10:15 尚未吃早餐，肚子比較餓時，
丙酮濃度也比較高。11:30 已經吃完早餐，肚子已經不會 那麼餓了，丙酮濃度明顯有下降。12:30 還沒吃中餐，肚 子開始餓了，丙酮濃度回升，吃完中餐等到 14:00 量測，
丙酮濃度下降。16:00 這時候已經慢慢接近晚餐時間，有 點餓，丙酮濃度升高一些，到了 18:00 已經是用餐時間，
但還沒吃飯，肚子非常餓，丙酮濃度也上升許多，吃完晚 餐等到 20:30 量測，丙酮濃度降了下去。實驗結果和我 們預期中肚子餓的時候丙酮濃度會比較高，是符合的的
77
圖 4-16 非糖尿病患一天呼氣中丙酮的含量
78