第一章 緒論
1-1 研究目的
在分析化學中，許多研究都將重心放在如何提高儀器本身偵 測極限的靈敏度，但是儀器本身也會有無法突破的物理偵測極限。由 本實驗在西元 2008 年發展出的阿達瑪氣相層析質譜術，是一種以數 學運算來提升偵測的靈敏度和解析度。
本實驗研究目的：
(一) 將阿達瑪轉換氣相層析質譜術應用於真實樣品上，提高偵測靈 敏度。
(二) 設計適合連續進樣的自動進樣器，並找出進樣最佳條件，在合 理的阿達瑪轉換效率下，提升進樣的次數以及進樣的速度。
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1-2 揮發性有機物簡介 1-2-1 揮發性有機物的定義
揮發性有機物 (volatile organic compounds,VOCs) 的定義為沸點 低於 100 ℃且在常溫常壓 (760 mmHg、25 ℃) 下蒸氣壓大於 0.1 mmHg 的有機化合物，大部分揮發性有機物含碳數小於 12 [1]。另 外，環保署所也明確定義：在一大氣壓下，測量所得初始沸點在 250
℃以下有機化合物之空氣汙染的總稱，常見揮發性有機物包含直鏈揮 發性有機物、苯環揮發性有機物、含氫氧鍵揮發性有機物、含氮有機 化合物、鹵烷類，但不包含甲烷、一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸 鹽、碳酸銨等化合物 [2]。
1-2-2 揮發性有機物的汙染來源
據研究，室內 VOCs 的總濃度通常在 0.2-2 mg/m3之間，然而在 不當裝修施工中，甚至可高出數十倍。VOCs 排放來源相當地龐大且 複雜，若依行業分類，可分為工業、商業等；若以排放特性來，可分 為不完全燃燒、製程排放、油品揮發、溶劑作用及生物作用等五大類。
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這些有機溶劑之蒸汽對人體健康造成極大危害，必須加以處理，不可 直接排放到大氣中。所以 VOCs 污染的管制是繼車輛排氣管制、工 廠塵粒、SOx、NOx 排放管制之後，政府新的管制目標。而除了部分 含氯之 VOCs 外，絕大部分 VOCs 皆具有爆炸上下限之值，在封閉 性空間中容易產生火災爆炸，引發工安意外。
1-2-3 揮發性有機物對人體的危害
VOCs 具有滲透性、脂溶及揮發等特性，可藉由接觸、吸入、食 入方式進入人體，對人體健康有巨大影響。VOCs 已被證實具有致癌 性、致突變性、急性效應、危害中樞神經系統、引發皮膚炎、增加肝、
腎之毒性效應，長期暴露會使心肺功能受損。
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1-2-4 呼出氣體中揮發性有機物
人 體 呼 出 的 氣 體 中 含 有 數 百 種 VOCs ， 包 括 碳 氫 化 合 物 (hydrocarbons)、醇類 (alcohols)、醛類 (aldehydes) 和酮類 (ketones) 等，其組成成分與吸入的空氣有著顯著的不同，濃度在 ppb 至 ppm 範圍之間 [3]，且不同個體呼出氣體中所含的揮發性有機物成分並非 完全相同，含量也不相同 [4]。
1-2-5 呼氣檢測之特性
疾病有關的呼吸代謝物可作為疾病診斷的參考訊息，表 1-1 列出 典型常見的疾病與人體呼氣成份的關係 [5-12]。糖尿病患者的呼氣中 具有略甜及含酮類成分之類似水果芳香味道、肝病患者的呼氣中帶有 魚腥味、腎衰竭患者的呼氣含有尿臭味；肺膿瘡患者的呼氣會有腐臭 味 [13]，另外呼氣中帶有蒜臭味是有機磷農藥中毒的一種症狀。
以呼出氣體的檢測可以輔助醫師作疾病的診斷，可代替傳統方式 如抽血等的侵入性診斷方式，除了降低病人的不方便與不舒服感，也 可藉由呼氣中的資訊增加對身體生化功能的了解及預防。利用呼出氣
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體取代扎針作為生物指標的優點有：操作簡單、呼氣檢體取得容易、
非侵入式 (noninvasive)、快速、重複測試容易且方便等。
表 1-1 呼出氣體與疾病的關係 [5-12]
疾病 呼出氣體
糖尿病 丙酮
肝硬化 硫醇、甲基硫醇
氣喘 一氧化氮
胰臟疾病 氫氣
脂肪過氧化 乙烷、戊烷
肺癌 己烷、甲基戊烷、磷苯甲胺、苯胺
支氣管炎 過氧化氫
腎臟疾病 二甲胺、三甲胺
缺血性心臟病 戊烷
急性心肌梗塞 異戊二烯
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1-2-6 呼氣採樣方法
呼出氣體採樣方法包含混合呼出氣體 (mixed expired) 與肺泡呼 氣 (alveolar breath) 採樣。其差別在吸入之空氣有一部分是無法到達 肺部交換區，它們只充滿在不發生氣體交換的呼吸道中，例如鼻、咽 喉、氣管等，稱為死腔空氣 (dead space air) [14]，相對於肺泡呼氣採 樣，混合呼出氣體採樣的方式則較為簡易方便，但混合呼出氣體容易 因稀釋效應而導致肺泡呼氣中 VOCs 濃度降低。根據文獻指出若肺 部正常潮氣容積為 500 mL，正常死腔容積應為 150 mL，約占呼出 氣體的三分之一 [15]。其中肺泡的 VOCs 濃度最能直接反應血液中 最原始的 VOCs 含量，所以大部分的文獻皆以採集肺泡呼氣為主 [16]。
再者，採樣裝置中的材質也會影響分析結果，有些 VOCs 會由 橡膠和塑膠製品中釋放出來，汙染呼出氣體樣品，也要避免樣品吸附 在採樣裝置上。因此必須充分了解各種採樣裝置的材質特性，以降低 此類干擾的產生。
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1-2-7 呼氣中的丙酮
根據醫學報導，糖尿病患者呼出氣體中所含的丙酮濃度高於一 般正常人，故可將丙酮視為糖尿病診斷的指標，取代侵入式傳統抽血 方法 [17]。在身體中酮體主要是由三種型式存在，包括有乙醯乙酸 (acetoacetic acid) 、β-羥基丁酸 (β-hydroxybutyric acid) 、丙酮 (acetone)，而前兩者可送至肝腸外的組織 (如肌肉) 利用產生能量，
而人體無法利用的丙酮，可由呼吸中排除，當丙酮量相當高時可能是 糖尿病患者，可以由其呼氣中感受到一陣水果的香味。
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1-3 糖尿病的簡介
糖尿病是一種長期的慢性疾病，隨著經濟的快速發展，以及人 們飲食型態的改變，依據衛生署民國 100 年的統計資料，糖尿病佔 十大死因排行第四名 [18]。病人常會有口乾、多尿、疲倦、體重減 輕等症狀。糖尿病若控制不好會有很多併發症，成為很大的健康問 題。
1-3-1 糖尿病的形成原因
糖尿病形成原因，目前醫學界並沒有真正的結論，因為糖尿病有 很多致病機制，無法確切了解，一般推測與遺傳或後天飲食與生活習 慣有關 [19]。
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1-3-2 糖尿病的診斷標準
根據 1997 年美國糖尿病協會提出之糖尿病新診斷標準 [20]，
符合下列任何一項標準即可診斷為糖尿病：
(一) 出現典型糖尿病症狀如多尿、口渴、無法解釋的體重減輕，再 加上任何一次血漿葡萄糖濃度 > 200 mg/dl。
(二) 空腹血漿葡萄糖濃度 > 126 mg/dl (至少空腹八小時)。
(三) 口服葡萄糖耐量試驗，二小時血漿葡萄糖濃度 > 200 mg/dl。
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1-3-3 糖尿病的分類
糖尿病的種類以病因學為基準分類有:
(一) TYPEI (胰島素依賴型糖尿病)：此型糖尿病的病因不明，常發生 於小孩或青年人。患者的胰臟生產很少或不生產胰島素，口服糖 尿病藥是無效的，所以他們必須每天注射胰島素，並保持健康的 飲食。
(二)TYPE II (非胰島素依賴型糖尿病)：糖尿病的家族史是發生此型 糖尿病的重要因素，通常發生於 40 歲以上，體重超重的人。糖 尿病患者約 97 % 屬於此型。此型糖尿病是由於身體不能有效地 利用胰島素。
(三) Other Specific type (特異型糖尿病)：能指出糖尿病之特殊明確原 因者。
(四) Gestational diabetes (妊娠糖尿病)：婦女在懷孕期間才會發生的一 種糖尿病。
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