Name: fast and accurate exhaled breath ammonia measurement
Uploaded: 2014-06-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fast and Accurate Exhaled Breath Ammonia Measurement at JoVE.com

저자는 국립 과학 재단 (NSF)의 재정 지원은 &quot;건강과 환경에 대한 중간 적외선 기술 (MIRTHE)&quot;라는 EEC-0540832에게 부여 인정

악기의 1. 준비 <ol><li> 암모니아 광 센서 플랫폼, 레이저 다이오드 컨트롤러, 사용자 정의 내장 된 제어 전자 장치 (CEU), 호흡 샘플러, 공기 펌프, 및 노트북에 외부 전원 공급 장치의 전원을 켭니다. </li><li> 암모니아 센서의 배기 및 냉각 팬 모두가 작동하고 있는지 확인하십시오. 참고 : 하나는 센서의 후면에 위치하고 있으며, 두 번째는 쉽게 접근 할 수있는 센서 내에서 발견된다. </li><li> 음향 검출 모듈 및 니들 밸브 온도는 암모니아 센서 박스의 측면에 위치한 디지털 표시를 확인하여 38.0 ° C에 있는지 확인. 센서가 안정 온도에 전력을 제공하는 시간에서 약 35 분을 기다립니다. </li><li> 아이콘 이름 호흡 샘플러의 바탕 화면에 발견 &quot;ChangeT&quot;를 클릭하여 55 ° C에 유입 배관 및 마우스 피스 온도를 설정합니다. 온도는 &quot;UPD를 클릭 한 다음 위쪽 또는 아래쪽 화살표를 클릭하여 변경할 수 있습니다&quot;온도를 먹었다. 바탕 화면으로 돌아가려면 &quot;종료&quot;를 클릭합니다. 이 시스템을 좀 안정 온도에서 5 분 이상을 허용합니다. 55 ° C에서 샘플러 및 튜브의 온도를 유지하는 것은 암모니아의 표면 손실을 최소화 할 수 있습니다. </li><li> 암모니아 센서를 제어하는​​ 노트북에 소프트웨어를 엽니 다. 이 프로그램은 바탕 화면에 &quot;NH 3 브레스 센서 프로그램&quot;라는 이름의 폴더에 액세스 할 수 있습니다. 이 폴더 내에서, 사용자는 아이콘 &quot;기본 LabVIEW 소프트웨어&quot;를 선택해야합니다. 이 폴더는 여러 응용 프로그램이 포함되어 있지만 사용자가 원하는 인터페이스에 액세스 할 수 &quot;Mainsequence.vi&quot;를 선택해야합니다. 화면의 왼쪽 상단 모서리에있는 &quot;실행&quot;을 선택합니다. 참고 :이 보정 시퀀스를 잠금 줄을 시작합니다. QEPAS 모니터의 레이저는 자동화 라인 잠금 절차 중에 선택 최적의 전류에서 작동합니다. 이 과정은 약 25 분 소요됩니다. </li><li> 샘플러에 새로운 세션을 생성되도록 개채널 제목​​의 세션이 연결된 플래시 드라이브에 저장됩니다 자신의 파일이 있습니다. 참고 : 이것은 샘플러의 바탕 화면에있는 프로그램 &quot;호흡 샘플러를&quot;개방에 의해 수행된다. 적절하게 세션을 식별하기위한 공간이있다. 세션을 실행하는 동안 생성 된 모든 데이터는이 식별자에서 플래시 드라이브에 저장됩니다. 실험 날짜는 전형적 파일명의 일부로서 사용된다. 입구와 마우스 피스의 온도는 숨 샘플링 프로그램을 시작하기 전에 조정해야합니다. </li><li> 입구 관에 새로운 일회용 마우스 피스를 삽입합니다. 손가락의 암모니아와 마우스 피스 오염을 막기 위해 일회용 장갑을 착용 할 것. </li></ol> 2. 호흡 샘플 컬렉션 참고 : 관련 기관 검토위원회 (윤리위원회)는 인간을 대상으로 관련된 모든 연구를 승인해야합니다. 크게 숨을 암모니아에 영향을 미칠 수있는 많은 요인이있다. 이러한 요인에 의해 직접 호흡 암모니아 측정을 변경할 수전신 암모니아 수준을 ffecting 또는 계측에 폐에서 호흡 대사의 여행에 영향을 미치는로. <ol><li> 주제는 도착 후 약 12​​ 시간 동안 그들이 시험을하기 전에 운동에서 아침을 자제한다는 음식을 섭취하지 데, 공복 상태에서 실험실에 도착 확인합니다. </li><li> 어떤 물질이 이전의 데이터 수집에 적어도 1 시간 동안 입에 도입되지 않은 확인하십시오. 과목 시험 전에 1 시간 이상 자신의 치아가 더 큰 브러시 있는지 확인합니다. </li><li> 암모니아 센서 앞에있는 피사체를 장착. 유입 파이프를 개최하고, 그들이 암모니아 오염을 방지하기 위해 마우스 피스를 만지지 않도록하기 위해 주제를 지시합니다. </li><li> 샘플러 인터페이스에서 &quot;시작&quot;을 클릭합니다. 주제는 그들이 할 수있는 한의 마우스 피스에 숨을 내쉬고, 또는 운전자는 충분한 것으로 샘플을 판단 할 때까지했다. 참고 :이 최소 10 초를 지속 단일 전체 호기입니다. 입 압력을 대리로 실시간으로 측정한다유량. 컬러 코딩 압력계 피사체 생산에 도움이 50 ㎖ / 초의 호기 유량을 나타내는 물 10cm의 원하는 호기 압력을 유지한다. 이 철 NO를 결정하는 프로토콜에 대한 ATS / ERS에 의해 채택 된 이후이 흐름 속도가 선택되었다. 이 호기 유량은 어린이와 성인에 의해 달성 할 수있다. 마찬가지로 세 날숨 재현성은 10 % 미만으로 다르​​다는 것을 수득한다. </li><li> 호흡 샘플이 완료되면 샘플러 인터페이스에서 &quot;중지&quot;를 클릭합니다. </li></ol> 3. 호흡 샘플 측정 <ol><li> 호흡 샘플을 분석 한 후에, 모니터 작동 기공사는 그 호흡 프로파일의 모든 세그먼트를 분석하는 기능을 갖는다. 관심의 호흡 부분은 단계 III 세그먼트입니다. 이는 이산화탄소의 농도 &quot;고원&quot;특징 및 BRE의 말기에 중에 발견된다ATH. </li><li> 바로 호흡의 압력 강하하기 전에 때 이산화탄소 고원을 시작하고 중지 할 샘플러 인터페이스의 수직 라인을 드래그하여 샘플의 위상 III 부분을 선택합니다. 설명은 그림 1을 참조하십시오. </li><li> 샘플러 터치 스크린 인터페이스에 &quot;저장&quot;을 클릭하여 플래시 드라이브에 데이터를 저장합니다. </li><li> 호흡 데이터가 저장되고 나면, 사용자는 새로운 호흡 샘플을 시작하려면 &quot;시작&quot;을 선택할 수 있습니다. </li></ol> 4. 호흡 암모니아에 입 린스와 산도의 효과를 설명 <ol><li> 기준선 암모니아 레벨을 설정하는 3 호흡 샘플. 호흡이 서로 떨어져 적어도 5 분을 가지고 있는지 확인합니다. </li><li> 60 초 동안 물 30 mL를 철저히 입을 씻어. </li><li> 린스 (제 2)의 60 초 이내에 호흡 샘플을 수집합니다. 시간이 지남에 따라 암모니아의 변화를 관찰하기 위해 다음 시간의 과정을 통해 호흡 샘플을 수집합니다. 참고 : 샘PLES 분마다만큼 자주 수행 할 수 있지만, 더 이상 간격은 일반적으로 사용됩니다. </li><li> 60 초 동안 기본 솔루션의 30 ML의 나누어지는 (물에 탄산 수​​소 나트륨)를 철저하게 입을 헹구고 4.2.1를 반복합니다. </li><li> 60 초 산성 용액의 30 mL를 철저히 입을 헹구고 4.2.1를 반복합니다. </li></ol> 5. 호흡 암모니아에 입구 및 운송 관 온도의 영향을 설명 <ol><li> 입구 온도를 15 분에 걸쳐 샘플 세 호흡은 몸의 온도는 약 30 ° C 이하로 설정 </li><li> 호흡 샘플러의 터치 스크린 인터페이스에 바탕 화면 아이콘을 사용하여 각각 55 ° C에 유입 및 수송 관의 온도를 높입니다. 시스템에서 5 분 이상이 정상 상태에 도달 할 수 있습니다. </li><li> 5 분 간격 가열 입구에 샘플 3 호흡. </li></ol>

<ol>
	<li>Adeva, M. M., Souto, G., Blanco, N., Donapetry, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonium+metabolism+in+humans.">Ammonium metabolism in humans.</a> Metabolism: clinical and experimental. 61 (11), 1495-1511 (2012).</li><li>Auron, A., Brophy, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperammonemia+in+review:+pathophysiology,+diagnosis,+and+treatment.">Hyperammonemia in review: pathophysiology, diagnosis, and treatment.</a> Pediatric nephrology. 27 (2), 207-222 (2012).</li><li>Blanco Vela, C. I., Bosques Padilla, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+ammonia+concentrations+in+cirrhosis+patients-still+confusing+after+all+these+years.">Determination of ammonia concentrations in cirrhosis patients-still confusing after all these years.</a> Annals of hepatology. 10 Suppl 2, (2011).</li><li>Mpabanzi, L., Ol de Damink, S. W. M., van de Poll, M. C. G., Soeters, P. B., Jalan, R., Dejong, C. H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=To+pee+or+not+to+pee:+ammonia+hypothesis+of+hepatic+encephalopathy+revisited.">To pee or not to pee: ammonia hypothesis of hepatic encephalopathy revisited.</a> European journal of gastroenterology &amp; hepatology. 23 (6), 449-454 (2011).</li><li>Goggs, R., Serrano, S., Szladovits, B., Keir, I., Ong, R., Hughes, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Clinical+investigation+of+a+point-of-care+blood+ammonia+analyzer.">Clinical investigation of a point-of-care blood ammonia analyzer.</a> Veterinary clinical pathology / American Society for Veterinary Clinical Pathology. 37 (2), 198-206 (2008).</li><li>Huizenga, J. R., Tangerman, A., Gips, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+ammonia+in+biological+fluids.">Determination of ammonia in biological fluids.</a> Annals of clinical biochemistry. 31 (Pt 6), 529-543 (1994).</li><li>Lewicki, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real+time+ammonia+detection+in+exhaled+human+breath+with+a+quantum+cascade+laser+based+sensor.">Real time ammonia detection in exhaled human breath with a quantum cascade laser based sensor.</a> 2009 Conference on Lasers and ElectroOptics and 2009 Conference on Quantum electronics and Laser Science Conference. 1, (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=American+Thoracic+Society.+European+Respiratory+Society.+Recommendations+for+Standardized+Procedures+for+the+Online+and+Offline+Measurement+of+Exhaled+Lower+Respiratory+Nitric+Oxide+and+Nasal+Nitric+Oxide.">American Thoracic Society. European Respiratory Society. Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Lower Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide.</a> American journal of respiratory and critical care medicine. 171 (8), 912-930 (2005).</li><li>Solga, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+influencing+breath+ammonia+determination.">Factors influencing breath ammonia determination.</a> Journal of breath research. 7 (3), (2013).</li><li>Schmidt, F. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia+in+breath+and+emitted+from+skin.">Ammonia in breath and emitted from skin.</a> Journal of breath research. 7 (1), (2013).</li><li>Span&#283;l, P., Dryahina, K., Smith, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+quantitative+study+of+the+influence+of+inhaled+compounds+on+their+concentrations+in+exhaled+breath.">A quantitative study of the influence of inhaled compounds on their concentrations in exhaled breath.</a> Journal of breath research. 7 (1), (2013).</li><li>Boots, A. W., van Berkel, J. J. B. N., Dallinga, J. W., Smolinska, A., Wouters, E. F., van Schooten, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+versatile+use+of+exhaled+volatile+organic+compounds+in+human+health+and+disease.">The versatile use of exhaled volatile organic compounds in human health and disease.</a> Journal of breath research. 6 (2), (2012).</li><li>Hibbard, T., Killard, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Breath+ammonia+levels+in+a+normal+human+population+study+as+determined+by+photoacoustic+laser+spectroscopy.">Breath ammonia levels in a normal human population study as determined by photoacoustic laser spectroscopy.</a> Journal of breath research. 5 (3), (2011).</li><li>Wang, T., Pysanenko, A., Dryahina, K., Span&#283;l, P., Smith, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+breath,+exhaled+via+the+mouth+and+nose,+and+the+air+in+the+oral+cavity.">Analysis of breath, exhaled via the mouth and nose, and the air in the oral cavity.</a> Journal of breath research. 2 (3), (2008).</li><li>Amann, A., Smith, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Volatile Biomarkers. 1st Edition. , (2013).</li></ol>

Dr. Risby serves as a consultant for Loccioni Humancare the manufacturer of the breath sampler.

실시간 추적 대사 산물을 검출 할 수있는 비 침습 절차의 이점은 명백하다. 그러나 호흡의 연구 분야는이 잠재력을 실현하기 위해 노력하고있다. 호흡 측정은 많은 혼란 변수에 취약 역동적 인 과정이다. 우리의 접근 방식은 중요한 장점을 가지고 : 구체적으로, 호흡 샘플러에 결합 된 쌀 QEPAS 기반 암모니아 모니터의 감도와 속도를 정확하게 측정 밀접한 호흡 수집 요소를 평가하고 확인하는 우리...

암모니아는 단백질 대사 하나의 유비쿼터스 부산물이다. 암모니아 측정 따라서 임상의 다양한 질병 및 건강 상태 2을 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나, 암모니아는 매우 민감하기 때문에, 혈액이나 호흡을 통해, 정확하게 측정하기 어렵다. 일반적으로 사용하지만, 혈액 분석의 정확성 3에 대한 기본 문제 등 다양한 단점을 보유하고 있습니다. 그러나 혈액 분석과 주요 문제는 그들이 오직 episodically 수집하는 현실이다. 암모니아 생리학, 많은 혈당 및 다른 많은 신진 대사 과정처럼, 유체 및도 4를 변경하기 때문에 중요하다. 대조적으로, 호흡 분석이 용이하게 반복 측정을 가능하게 완전히 비 침습하고 신속하게. 이 독특한 방식으로 심각한 충족 요구를 충족 할 수 있기 때문에, 호흡 암모니아 측정이 매력입니다. 호흡 컬렉션은, 그러나, 유일한 문제를 선물한다. 정맥 절개는 본질적으로 JEO을 수행하는 반면여러 가지 예측할 수없는 방법으로 오류 pardy (예를 들어, 지혈대 시간, 땀 오염, 혈액 세포 용혈, 실험실 측정에서의 지연 등 5), 호흡 측정 연구팀은 새로운 도전의 다른 그룹과 경쟁해야 변동성을 호흡, 오염을 구강 점막에 또는 세균 암모니아, 대기 및 장치 습도와 온도의 영향 등 6. 사실, 그것은 알 수없는 생물을 발견 실험 절차를 사용하여 인간에게 실험 장비를 연결에서 작업을 과소 평가하는 것은 바람직하지 못하다. 때문에 이러한 장애에 부분적으로, 호흡 암모니아는 아직 그 잠재력을 충족하지 않았습니다. 여기서, 우리는 신속하고 정확한 결과를 숨 암모니아 측정 프로토콜을 제시한다. 모니터 인터페이스 샘플러, 그리고 인간의 영향에주의 : 우리의 프로토콜은 세 가지 영역에서 힘을 가지고 있습니다. 모니터는 앞서 설명한 7로 라이스 대학에서 동료에 의해 ​​지어졌다. MEA의 기초측정 추 석영 향상된 광 음향 분광 음향 변환기로 압전 석영 튜닝 포크를 사용한다 (QEPAS) 기술이다. 음향 파가 목표 추적 가스 종에 의해 변조 된 레이저 방사선의 흡수에 의해 생성 될 때 광 음향 효과를 발생한다. 미량 가스는 변조 주파수에서 음향 공명 탄성 셀을 이용하여 검출된다. 암모니아 흡수 파장은 그 숨 종을 방해 스펙트럼 간섭에서 자유 롭다 선정되었다. 인간 날숨 측정의 목적을 위해, 모니터의 주요 특징은 넓은 측정 범위 (50 억 부 당 ~부터 적어도 5000 PPB에 ppb가)와 속도 (1 초 측정)을 포함한다. 모니터의 속도는 호흡주기 동안 시간 해상도를 가능하게한다. 모니터는 특별히 디자인 된 호흡 샘플러에 연결된다. 샘플러는 압력 센서와 capnograph으로 구성되어 있습니다. 그것은 표시하고 실시간으로 보관입구 압력과 이산화탄소뿐만 아니라 센서에 의해 결정되는 암모니아 농도의 측정. 이 샘플러 그러므로 호흡이 수집 된 호흡 노력의 품질을 평가하기 위해 기술자를 가능하게한다. 이것은 미국 흉부 학회 / 유럽 호흡기 학회 태스크 포스 (ATS / ERS) (8)에 의해 제안 된 호흡 산화 질소 (NO 철)을 분석하기위한 권장 사항을 초과하는 가능하게한다. 모든 호흡 샘플링의 경우, 일회용 단방향 라인 밸브 호흡 샘플러의 입구 포트에 사용 하였다. 때문에 샘플러에 의해 제공된 모니터와 품질 관리의 속도, 우리는 신중 9 인간의 영향을 평가할 수 있었다. 숨을 지시 할 때 대부분의 과목은, 예를 들어, 처음과 호흡. 경구 pH와 입과 같은 다른 중요한 영향은, 샘플러, 모니터와 관련된 모든 배관 및 호흡 모드의 온도는 다음 공부했다 빨고, 그리고 기초는 fo를하다아래 R 설명 실험. 마지막으로, 그리고 아마도 가장 중요한 것은, 그것은 다수의 고도로 숙련 된 그룹이 완전히 다른 센서와 측정 절차를 사용하여 호흡 암모니아를 측정하는 것을 강조해야합니다. 이러한 중요한 장점과 타당성을 가질 수있다. 완전한 비교는 본 연구의 10,11,12의 범위를 벗어납니다.

<table><tbody><tr><td>Rice Ammonia Monitor System</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Not available for commercial purchase</td></tr><tr><td>Loccioni Breath Sampler</td><td>Loccioni Humancare</td><td>N/A</td><td>Single breath version</td></tr><tr><td>Disposable Mouth Piece</td><td>WestPrime Healthcare</td><td>G011-200</td><td>Manufacturer is AlcoQuant</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Lenovo</td><td>N/A</td><td>Old model no longer sold by manufacturer</td></tr><tr><td>Acid Rinse</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Household acidic drink (coffee, soft drink, citrus juices, etc)</td></tr><tr><td>Base Rinse</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Water mixed with a nonexact amount of sodium bicarbonate (Arm &amp;amp; Hammer Baking Soda)</td></tr><tr><td>Neutral Rinse</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Water</td></tr></tbody></table>

fast and accurate exhaled breath ammonia measurement

This exhaled breath ammonia method uses a fast and highly sensitive spectroscopic method known as quartz enhanced photoacoustic spectroscopy (QEPAS) that uses a quantum cascade based laser. The monitor is coupled to a sampler that measures mouth pressure and carbon dioxide. The system is temperature controlled and specifically designed to address the reactivity of this compound. The sampler provides immediate feedback to the subject and the technician on the quality of the breath effort. Together with the quick response time of the monitor, this system is capable of accurately measuring exhaled breath ammonia representative of deep lung systemic levels. 
Because the system is easy to use and produces real time results, it has enabled experiments to identify factors that influence measurements. For example, mouth rinse and oral pH reproducibly and significantly affect results and therefore must be controlled. Temperature and mode of breathing are other examples. As our understanding of these factors evolves, error is reduced, and clinical studies become more meaningful. This system is very reliable and individual measurements are inexpensive. 
The sampler is relatively inexpensive and quite portable, but the monitor is neither. This limits options for some clinical studies and provides rational for future innovations.

주제는 기준선 호흡 암모니아 수준의 넓은 범위를 생성 할 것으로 예상 할 수있다. 건강한 개인은 100-1,000 PPB의 호흡 암모니아 측정과 함께 하루를 시작할 수 있습니다. 유체로 입안을 헹구는 즉시 감지 호흡 암모니아의 양을 변경합니다. 중성 및 산성 유체는 일반적으로 절반 이상에 의해 관찰 암모니아의 양을 잘랐다. 린스의 효과가 떨어지기로 이러한 수준은 기본으로 돌아갑니다. 물 효과는 산...

Watch this Scientific Journal Video about Fast and Accurate Exhaled Breath Ammonia Measurement at JoVE.com

Fast and Accurate Exhaled Breath Ammonia Measurement

Ammonia is an important physiologic metabolite relevant to various disease and wellness states. It is also a difficult molecule to measure in breath, which demands particular precautions be taken to obtain accurate results. Not all factors influencing ammonia are known, but progress can be difficult without accounting for these factors.

빠르고 정확한 날숨 암모니아 측정

This exhaled breath ammonia method uses a fast and highly sensitive spectroscopic method known as quartz enhanced photoacoustic spectroscopy (QEPAS) that ...

fast-and-accurate-exhaled-breath-ammonia-measurement

Research

JoVE Journal

Medicine

13.2K 조회수.  St. Luke's University Hospital. Ammonia is an important physiologic metabolite relevant to various disease and wellness states. It is also a difficult molecule to measure in breath, which demands particular precautions be taken to obtain accurate results. Not all factors influencing ammonia are known, but progress can be difficult without accounting for these factors.

비디오: Fast and Accurate Exhaled Breath Ammonia Measurement

Preparation of Hydrophobic Metal-Organic Frameworks via Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition of Perfluoroalkanes for the Removal of Ammonia

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high surface area microporous materials, such as metal-organic frameworks (MOFs), unique challenges present themselves for PECVD treatments. Herein the protocol for development of a MOF that was previously unstable to humid conditions is presented. The protocol describes the synthesis of Cu-BTC (also known as HKUST-1), the treatment of Cu-BTC with PECVD of perfluoroalkanes, the aging of materials under humid conditions, and the subsequent ammonia microbreakthrough experiments on milligram quantities of microporous materials. Cu-BTC has an extremely high surface area (~1,800 m2/g) when compared to most materials or surfaces that have been previously treated by PECVD methods. Parameters such as chamber pressure and treatment time are extremely important to ensure the perfluoroalkane plasma penetrates to and reacts with the inner MOF surfaces. Furthermore, the protocol for ammonia microbreakthrough experiments set forth here can be utilized for a variety of test gases and microporous materials.

Herein the procedures for plasma enhanced chemical vapor deposition of perfluoroalkanes on microporous materials such as metal-organic frameworks to enhance their stability and hydrophobicity are described. Furthermore, breakthrough testing of milligram quantities of samples is described in detail.

플라즈마 통해 소수성 유기 금속 프레임 워크의 제조 암모니아의 제거에 대한 퍼플 루오로 알칸의 화학 증착을 강화

Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of perfluoroalkanes has long been studied for tuning the wetting properties of surfaces. For high ...

연구

화학

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% fine dust formation within the EU15. But NH3 emissions also mean a considerable loss of nutrients. Many studies on NH3 emission from organic and mineral fertilizer application have been performed in recent decades. Nevertheless, research related to NH3 emissions after application fertilizers is still limited in particular with respect to relationships to emissions, fertilizer type, site conditions and crop growth. Due to the variable response of crops to treatments, effects can only be validated in experimental designs including field replication for statistical testing. The dominating ammonia loss methods yielding quantitative emissions require large field areas, expensive equipment or current supply, which restricts their application in replicated field trials. This protocol describes a new methodology for the measurement of NH3 emissions on many plots linking a simple semi-quantitative measuring method used in all plots, with a quantitative method by simultaneous measurements using both methods on selected plots. As a semi-quantitative measurement method passive samplers are used. The second method is a dynamic chamber method (Dynamic Tube Method) to obtain a transfer quotient, which converts the semi-quantitative losses of the passive sampler to quantitative losses (kg nitrogen ha-1). The principle underlying this approach is that passive samplers placed in a homogeneous experimental field have the same NH3 absorption behavior under identical environmental conditions. Therefore, a transfer co-efficient obtained from single passive samplers can be used to scale the values of all passive samplers used in the same field trial. The method proved valid under a wide range of experimental conditions and is recommended to be used under conditions with bare soil or small canopies (&#60;0.3 m). Results obtained from experiments with taller plants should be treated more carefully.

Calibrated Passive Sampling - Multi-plot Field Measurements of NH3 Emissions with a Combination of Dynamic Tube Method and Passive Samplers

Ammonia emissions are a major threat to the environment by eutrophication, soil acidification and fine particle formation and stem mainly from agricultural sources. This method allows ammonia loss measurements in replicated field trials enabling statistical analysis of emissions and of relationships between crop development and emissions.

보정 수동 샘플링 - NH의 다중 플롯 필드 측정<sub&gt; 3</sub동적 튜브 방법 및 패시브 샘플러의 조합으로&gt; 배출

Agricultural ammonia (NH3) emissions (90% of total EU emissions) are responsible for about 45% airborne eutrophication, 31% soil acidification and 12% ...

환경과학

Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx

Nitrogen oxides (NOx = NO + NO2) are a family of atmospheric trace gases that have great impact on the environment. NOx concentrations directly influence the oxidizing capacity of the atmosphere through interactions with ozone and hydroxyl radicals. The main sink of NOx is the formation and deposition of nitric acid, a component of acid rain and a bioavailable nutrient. NOx is emitted from a mixture of natural and anthropogenic sources, which vary in space and time. The collocation of multiple sources and the short lifetime of NOx make it challenging to quantitatively constrain the influence of different emission sources and their impacts on the environment. Nitrogen isotopes of NOx have been suggested to vary amongst different sources, representing a potentially powerful tool to understand the sources and transport of NOx. However, previous methods of collecting atmospheric NOx integrate over long (week to month) time spans and are not validated for the efficient collection of NOx in relevant, diverse field conditions. We report on a new, highly efficient field-based system that collects atmospheric NOx for isotope analysis at a time resolution between 30 min and 2 hr. This method collects gaseous NOx in solution as nitrate with 100% efficiency under a variety of conditions. Protocols are presented for collecting air in urban settings under both stationary and mobile conditions. We detail the advantages and limitations of the method and demonstrate its application in the field. Data from several deployments are shown to 1) evaluate field-based collection efficiency by comparisons with in situ NOx concentration measurements, 2) test the stability of stored solutions before processing, 3) quantify in situ reproducibility in a variety of urban settings, and 4) demonstrate the range of N isotopes of NOx detected in ambient urban air and on heavily traveled roadways.

Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx

Previous work suggests that the nitrogen isotopic composition of atmospheric nitrogen oxides might distinguish the influence of different sources in the environment. We report on an automated, mobile, field-based method for the high collection efficiency of atmospheric NOx for N isotopic analysis at an hourly time resolution.

고해상도 모바일 콜렉션 시스템은 NO의 질소 동위 원소 분석, 자동화<sub&gt; X</sub

Nitrogen oxides (NOx = NO + NO2) are a family of atmospheric trace gases that have great impact on the environment. NOx concentrations directly influence ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas industry faces continued scrutiny for methane emissions from across the supply chain, due to methane&#39;s relatively high global warming potential (25-84x that of carbon dioxide, according to the Energy Information Administration). Currently, a variety of techniques of varied uncertainties exists to measure or estimate methane emissions from components or facilities. Currently, only one commercial system is available for quantification of component level emissions and recent reports have highlighted its weaknesses.
In order to improve accuracy and increase measurement flexibility, we have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases based on transportation emissions measurement principles. The FFS is a modular system that consists of an explosive-proof blower(s), mass airflow sensor(s) (MAF), thermocouple, sample probe, constant volume sampling pump, laser based greenhouse gas sensor, data acquisition device, and analysis software. Dependent upon the blower and hose configuration employed, the current FFS is able to achieve a flow rate ranging from 40 to 1,500 standard cubic feet per minute (SCFM). Utilization of laser-based sensors mitigates interference from higher hydrocarbons (C2+). Co-measurement of water vapor allows for humidity correction. The system is portable, with multiple configurations for a variety of applications ranging from being carried by a person to being mounted in a hand drawn cart, on-road vehicle bed, or from the bed of utility terrain vehicles (UTVs). The FFS is able to quantify methane emission rates with a relative uncertainty of &#177; 4.4%. The FFS has proven, real world operation for the quantification of methane emissions occurring in conventional and remote facilities.

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.

메탄 배출량의 정량화를위한​​ 설계 및 전체 흐름 샘플링 시스템 (FFS)의 사용

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

공학

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental exposure in a non-invasive manner. In this work, we present a protocol to characterize the exhaled VOCs in real time by using secondary nanoelectrospray ionization coupled to high resolution mass spectrometry (Sec-nanoESI-HRMS). The homemade Sec-nanoESI source was readily set up based on a commercial nanoESI source. Hundreds of peaks were observed in the background-subtracted mass spectra of exhaled breath, and the mass accuracy values are -4.0-13.5 ppm and -20.3-1.3 ppm in the positive and negative ion detection modes, respectively. The peaks were assigned with accurate elemental composition according to the accurate mass and isotopic pattern. Less than 30 s is used for one exhalation measurement, and it takes approximately 7 min for six replicated measurements.

A protocol for characterizing chemical composition of exhaled breath in real time by using secondary nanoelectrospray ionization coupled to high resolution mass spectrometry is demonstrated.

고 분해능 질량 분석을 결합 하는 보조 Nanoelectrospray 이온화를 사용 하 여 실시간 호흡 분석

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Measurement of the Potential Rates of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Based on 14NH4+/15NH4+ Analyses via Sequential Conversion to N2O

The importance of understanding the fate of nitrate (NO3&#8722;), which is the dominant N species transferred from terrestrial to aquatic ecosystems, has been increasing because global nitrogen loads have dramatically increased following industrialization. Dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) and denitrification are both microbial processes that use NO3&#8722; for respiration. Compared to denitrification, quantitative determinations of the DNRA activity have been carried out only to a limited extent. This has led to an insufficient understanding of the importance of DNRA in NO3&#8722; transformations and the regulating factors of this process. The objective of this paper is to provide a detailed procedure for the measurement of the potential DNRA rate in environmental samples. In brief, the potential DNRA rate can be calculated from the 15N-labeled ammonium (15NH4+) accumulation rate in 15NO3&#8722; added incubation. The determination of the 14NH4+ and 15NH4+ concentrations described in this paper is comprised of the following steps. First, the NH4+ in the sample is extracted and trapped on an acidified glass filter as ammonium salt. Second, the trapped ammonium is eluted and oxidized to NO3&#8722; via persulfate oxidation. Third, the NO3&#8722; is converted to N2O via an N2O reductase deficient denitrifier. Finally, the converted N2O is analyzed using a previously developed quadrupole gas chromatography&#8211;mass spectrometry system. We applied this method to salt marsh sediments and calculated their potential DNRA rates, demonstrating that the proposed procedures allow a simple and more rapid determination compared to previously described methods.

Measurement of the Potential Rates of Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Based on 14NH4+/15NH4+ Analyses via Sequential Conversion to N2O

A series of methods to determine the potential DNRA rate based on 14NH4+/15NH4+ analyses is provided in detail. NH4+ is converted into N2O via several steps and analyzed using quadrupole gas chromatography&#8211;mass spectrometry.

14NH4+/15NH4+ N2O로순차적변환을 통한 분석 에 따른 암모늄에 대한 질산염 감소의 잠재적 비율 측정

The importance of understanding the fate of nitrate (NO3&#8722;), which is the dominant N species transferred from terrestrial to aquatic ecosystems, has ...

Breath Collection from Children for Disease Biomarker Discovery

Breath collection and analysis can be used to discover volatile biomarkers in a number of infectious and non-infectious diseases, such as malaria, tuberculosis, lung cancer, and liver disease. This protocol describes a reproducible method for sampling breath in children and then stabilizing breath samples for further analysis with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The goal of this method is to establish a standardized protocol for the acquisition of breath samples for further chemical analysis, from children aged 4-15 years. First, breath is sampled using a cardboard mouthpiece attached to a 2-way valve, which is connected to a 3 L bag. Breath analytes are then transferred to a thermal desorption tube and stored at 4-5 &#176;C until analysis. This technique has been previously used to capture breath of children with malaria for successful breath biomarker identification. Subsequently, we have successfully applied this technique to additional pediatric cohorts. The advantage of this method is that it requires minimal cooperation on part of the patient (of particular value in pediatric populations), has a short collection period, does not require trained staff, and can be performed with portable equipment in resource-limited field settings.

This protocol describes a simple method for the acquisition of breath samples from children. Briefly, samples of mixed air are pre-concentrated in sorbent tubes prior to gas chromatography-mass spectrometry analysis. Breath biomarkers of infectious and non-infectious diseases can be identified using this breath collection method.

아이 들 질병 바이오 마커 발견에서 호흡 컬렉션

Breath collection and analysis can be used to discover volatile biomarkers in a number of infectious and non-infectious diseases, such as malaria, ...

Evaluation of Capnography Sampling Line Compatibility and Accuracy when Used with a Portable Capnography Monitor

Capnography is commonly used to monitor patient&#8217;s ventilatory status. While sidestream capnography has been shown to provide a reliable assessment of end-tidal CO2 (ETCO2), its accuracy is commonly validated using commercial kits composed of a capnography monitor and its matching disposable nasal cannula sampling lines. The purpose of this study was to assess the compatibility and accuracy of cross-paired capnography sampling lines with a single portable bedside capnography monitor. A series of 4 bench tests were performed to evaluate the tensile strength, rise time, ETCO2 accuracy as a function of respiratory rate, and ETCO2 accuracy in the presence of supplemental O2. Each bench test was performed using specialized, validated equipment to allow for a full evaluation of sampling line performance. The 4 bench tests successfully differentiated between sampling lines from different commercial sources and suggested that due to increased rise time and decreased ETCO2 accuracy, not all nasal cannula sampling lines provide reliable clinical data when cross-paired with a commercial capnography monitor. Care should be taken to ensure that any cross-pairing of capnography monitors and disposable sampling lines is fully validated for use across respiratory rates and supplemental O2 flow rates commonly encountered in clinical settings.

The goal of this study was to evaluate the accuracy of capnography sampling lines used in conjunction with a portable bedside capnography monitor. Sampling lines from 7 manufacturers were evaluated for tensile strength, rise time, and ETCO2 accuracy as a function of respiratory rate or supplemental oxygen flow rate.

휴대용 Capnography 모니터와 함께 사용할 때 Capnography 샘플링 라인 호환성 및 정확도 평가

Capnography is commonly used to monitor patient&#8217;s ventilatory status. While sidestream capnography has been shown to provide a reliable assessment ...

의학

Chemiluminescence-based Assays for Detection of Nitric Oxide and its Derivatives from Autoxidation and Nitrosated Compounds

Nitric oxide (NO) activity in vivo is the combined results of its direct effects, the action of its derivatives generated from NO autoxidation, and the effects of nitrosated compounds. Measuring NO metabolites is essential to studying NO activity both at vascular levels and in other tissues, especially in the experimental settings where exogenous NO is administered. Ozone-based chemiluminescence assays allow precise measurements of NO and NO metabolites in both fluids (including plasma, tissue homogenates, cell cultures) and gas mixtures (e.g., exhaled breath). NO reacts with ozone to generate nitrogen dioxide in an excited state. The consequent light emission allows photodetection and the generation of an electric signal reflecting the NO content of the sample. Aliquots from the same sample can be used to measure specific NO metabolites, such as nitrate, nitrite, S-nitrosothiols, and iron-nitrosyl complexes. In addition, NO consumed by cell-free hemoglobin is also quantified with chemiluminescence analysis. An illustration of all these techniques is provided.

Here, we present protocols for detecting nitric oxide and its biologically relevant derivatives using chemiluminescence-based assays with high sensitivity.

산화 질소 및 그 유도체의 검출을위한 화학 발광 기반 분석 및 자동 산화 및 니트로화 화합물

Nitric oxide (NO) activity in vivo is the combined results of its direct effects, the action of its derivatives generated from NO autoxidation, and the ...

운동 중 폐포-모세관 예비력 평가

Dual Test Gas Pulmonary Diffusing Capacity Measurement During Exercise in Humans Using the Single-Breath Method

The combined single-breath measurement of the diffusing capacity of carbon monoxide (DL,CO) and nitric oxide (DL,NO) is a useful technique to measure pulmonary alveolar-capillary reserve in both healthy and patient populations. The measurement provides an estimate of the participant&#39;s ability to recruit and distend pulmonary capillaries. The method has recently been reported to exhibit a high test-retest reliability in healthy volunteers during exercise of light to moderate intensity. Of note, this technique permits up to 12 repeated maneuvers and only requires a single breath with a relatively short breath-hold time of 5 s. Representative data are provided showing the gradual changes in DL,NO and DL,CO from rest to exercise at increasing intensities&#160;of up to 60% of maximal workload. The measurement of diffusing capacity and evaluation of alveolar-capillary reserve is a useful tool to evaluate the lung&#39;s ability to respond to exercise both in the healthy population as well as in patient populations such as those with chronic lung disease.

저자 스포트라이트: Integrating alveolar-Capillary reserve measurements in exercise adaptation and therapeutic strategies (운동 적응 및 치료 전략에서 폐포-모세관 예비 측정 통합)

This protocol presents a method to assess pulmonary alveolar-capillary reserve measured by combined single-breath measurement of the diffusing capacity to carbon monoxide (DL,CO) and nitric oxide (DL,NO) during exercise. Assumptions and recommendations for using the technique during exercise form the foundation of this article.

단일 호흡 방법을 사용한 인간의 운동 중 이중 테스트 가스 폐 확산 용량 측정

The combined single-breath measurement of the diffusing capacity of carbon monoxide (DL,CO) and nitric oxide (DL,NO) is a useful technique to measure ...

빠르고 정확한 날숨 암모니아 측정

요약

더 많은 비디오 탐색

이 비디오의 챕터

플라즈마 통해 소수성 유기 금속 프레임 워크의 제조 암모니아의 제거에 대한 퍼플 루오로 알칸의 화학 증착을 강화

보정 수동 샘플링 - NH의 다중 플롯 필드 측정

고해상도 모바일 콜렉션 시스템은 NO의 질소 동위 원소 분석, 자동화

메탄 배출량의 정량화를위한 설계 및 전체 흐름 샘플링 시스템 (FFS)의 사용

고 분해능 질량 분석을 결합 하는 보조 Nanoelectrospray 이온화를 사용 하 여 실시간 호흡 분석

^14NH₄⁺/¹⁵NH₄⁺ N_{2O로순차적}변환을 통한 분석 에 따른 암모늄에 대한 질산염 감소의 잠재적 비율 측정

아이 들 질병 바이오 마커 발견에서 호흡 컬렉션

휴대용 Capnography 모니터와 함께 사용할 때 Capnography 샘플링 라인 호환성 및 정확도 평가

산화 질소 및 그 유도체의 검출을위한 화학 발광 기반 분석 및 자동 산화 및 니트로화 화합물

단일 호흡 방법을 사용한 인간의 운동 중 이중 테스트 가스 폐 확산 용량 측정

빠르고 정확한 날숨 암모니아 측정

요약

더 많은 비디오 탐색

이 비디오의 챕터

플라즈마 통해 소수성 유기 금속 프레임 워크의 제조 암모니아의 제거에 대한 퍼플 루오로 알칸의 화학 증착을 강화

보정 수동 샘플링 - NH의 다중 플롯 필드 측정

고해상도 모바일 콜렉션 시스템은 NO의 질소 동위 원소 분석, 자동화

메탄 배출량의 정량화를위한​​ 설계 및 전체 흐름 샘플링 시스템 (FFS)의 사용

고 분해능 질량 분석을 결합 하는 보조 Nanoelectrospray 이온화를 사용 하 여 실시간 호흡 분석

14NH4+/15NH4+ N2O로순차적변환을 통한 분석 에 따른 암모늄에 대한 질산염 감소의 잠재적 비율 측정

아이 들 질병 바이오 마커 발견에서 호흡 컬렉션

휴대용 Capnography 모니터와 함께 사용할 때 Capnography 샘플링 라인 호환성 및 정확도 평가

산화 질소 및 그 유도체의 검출을위한 화학 발광 기반 분석 및 자동 산화 및 니트로화 화합물

단일 호흡 방법을 사용한 인간의 운동 중 이중 테스트 가스 폐 확산 용량 측정

메탄 배출량의 정량화를위한 설계 및 전체 흐름 샘플링 시스템 (FFS)의 사용

^14NH₄⁺/¹⁵NH₄⁺ N_{2O로순차적}변환을 통한 분석 에 따른 암모늄에 대한 질산염 감소의 잠재적 비율 측정