人体气味的成分以及检测方法

1、人体气味的成分以及检测方法摘 要人体气味是人体在新陈代谢过程中产生的气味。据生物学家测定，人体气味中含有好几百种化学物质。在刑侦方面：体气味追踪罪犯, 进行人体气味的比对鉴别。利用警犬根据罪犯的特异性气味来抓捕犯罪分子。在医学方面，它是一种信号，能够帮助人们诊断疾病，当人的健康状况发生变化时，由体内排出的化学物质的成分也会随着发生变化，训练有素的医生可借助体味的辨别对某些疾病进行诊断。而有的体味甚至是是一种潜形药物，能帮助人们治病。另外，研究体味成分对香水、抑汗剂等去体味产品的开发起到指导、和推进作用。人体气味具有信息素的功能，研究人体气味的组成及性质对于刑侦、医学等领域具有重要的意义。本文全

2、面研究了人体气味样品的分析程序，对以往研究人体气味的采样部位、采样介质、预处理方法等环节进行了比较。通过不同的检测方法，以及对不同的人进行体味检测，发现人体气味主要是由脂肪酸、酯、醇、胺、酮等物质组成,。并且多次分析同一个体气味样品的色谱图有较好的相似性。本论文还根据对以往研究方法的总结，围绕人体气味的组成及检测方法为主题，利用SPEM技术，与GC-MS技术设计实验，对人体腋窝的气味进行定性分析，以及相对量的比较。关键词：人体气味；成分分析；SPEM；GC-MSThe constituents and Detection methods of human body odorAbstractHu

3、man body odor has the function of the pheromone, study of composition and nature of human body odor is crucial to the investigation, medical science and other fields. Human body odor has the function of the pheromone, study of composition and nature of human body odor is crucial to the investigation

4、, medical science and other fields.This paper gives a comprehensive study of the analytical procedures of the human body odor samples, which were compared with the previous studies of human body odor sampling site, sampling media, pretreatment methods and other aspects. Odor detection by different d

5、etection methods, as well as different people, found that body odor is mainly composed of fatty acids, esters, alcohols, amines, ketones, and other substances. And repeated analyzes the similarity of the chromatograms of the same individual odor samples. This thesis is based on a summary of previous

6、 research methods, around the composition of body odor and test methods for the theme of using SPEM technology, technical design of experiments by GC-MS, and have the qualitative analysis and the relative amount of comparison of human axillary odor.Key words: Body Odor; Component Analysis; SPEM；GC-目

7、 录1 引言11.1 人体气味概况11.2 人体气味的应用21.3 国内外对于人体气味研究32 人体气味的检测方法52.1 提取与浓缩52.1.1 固相微萃取法（SPME）52.1.2 样品预浓缩捕集(SPT)62.1.3 两种预处理方法的比较72.2 检测与分离83 人体气味成分检测实验设计93.1 实验仪器93.2 实验步骤9样品采集93.2.2 样品的预处理103.2.3 色谱条件103.3 结果预测及处理103.4 结论10参考文献11致 谢121 引言1.1 人体气味概况自然界存在着许多可以释放出气味的物质，在Macku等人的研究中发现大多数的植物挥发出的气味具有物种共性，即同一物种

8、的植物具有大致相同的气味。对动物的气味进行研究也得到了相同的结论1。人作为自然界的一部分也会挥发出气味。人体就是一个气味源。人体气味(通常称作“体味”)是人体在新陈代谢过程中产生的气味，每时每刻都在向外散发。据生物学家测定，人体气味中含有好几百种化学物质。这些代谢产物中有二氧化碳、硫化氢、还有醛、酮、醚、苯以及卤代烃等烃的衍生物等2。其中，由呼吸器官排出的化学物质有149种、胃肠气体中有250种、尿液中有299种、粪便中有196种、汗液中有151种，皮肤表面排出的有271种。而本次着重研究讨论由皮肤释放气味的组成成分及检测方法。人与人之间的气味存在个体特殊性。原因在于每个人身体上的腺体与微生物

9、相互作用过程的不同。人体皮肤上有三大腺体即汗腺、皮肤腺和项浆分泌腺。这些腺体分泌物本身往往是无气味的，但当腺体分泌的分泌物与不同种类和密度的微生物相互作用时则产生各种不同气味。不同皮肤腺的分泌物的化学成分和数量不同，以及身体不同部位湿度和氧浓度决定了皮肤细菌群落，同时也决定了产生的气味的不同3。汗腺被认为是产生体味的主要腺体，它广泛分布于身体表面。汗腺分泌的汗液主要成分是水，也含有少量糖蛋白、乳酸、糖、氨基酸、电解质等其它成分。因此汗液与不同种类以及不同浓度的菌群相互作用，就产生不同的人体气味。 人类的气味同时也受基因、饮食、情绪、环境、时间等因素的影响和干扰，成分及其含量会随之发生一些变化。

10、所以每个人都有自己与众不同的、特定的人体气味。但是在一定特定的时期具有相对稳定性4。正因为这一点，使得人体气味的研究变得更有规律可循，更有价值，更有意义。1.2 人体气味的应用在刑侦方面：体气味追踪罪犯, 进行人体气味的比对鉴别, 已为多年的公安实践所证明。利用警犬根据罪犯的特异性气味来抓捕犯罪分子。现代侦察学工作者还可以在案犯现场采集人体气味，分析处理后得到罪犯的“味纹”，在气味档案匣中进行对照鉴别，根据此破案比指纹破案更具优越性。目前，有关犯罪现场人体气味鉴别的研究有两种：一是利用警犬鉴别人体气味；二是利用仪器分析鉴别人体气味。前者在理论上和操作方法上均较为成熟，已被国内外广泛应用；后者则

11、处于研究的起始阶段，远不能应用于实践。因此，对人体气味的深入研究十分有必要，十分有价值5。在医学方面，它是一种信号，能够帮助人们诊断疾病，当人的健康状况发生变化时，由体内排出的化学物质的成分也会随着发生变化，常会散发出某些特殊的气味，训练有素的医生可借助体味的辨别对某些疾病进行诊断。医学上称为“嗅诊”。此外体内内分泌系统发生变化时,体味也会随之发生变化, 青春期前后, 婚前及婚后体味是各不相同的。其中最为明显的是女性体味变化。没有进人青春期的少女体味较为恬淡、清新。而进人青春期后,体香逐渐明显, 浑身散发出一种清出淡雅的香,且一般对甜味和果香味有着强烈的爱好者更为明显。随着性成熟期的到来则体味

12、越来越浓郁,这种变化是随着性成熟体内内分泌的改变而引起的,并且女性的体味又会随着自身月经周期或排卵等生理活动而发生周期性的变化6。所以，需要对人体气味进行深入研究。而有的体味甚至是是一种潜形药物，能帮助人们治病。有研究发现，月经不调的未婚女性在连续吸入一段时间男性腋部分泌物的气味后，可使不规则的月经周期正常。同时，人体气味具有标志人类情绪的信息，它是一种无声语言，能起到潜在的融洽人际关系，有助于社交和提高工作效率的作用。科学研究已经证实, 一个人的气味和其免疫系统有着密切的关系, 由基因决定的人类白细胞抗原通过免疫系统控制着一个人独有气味的产生。人体气味的这种和基因相关的遗传独特性是人们利用个

13、体气味识别不同个体的科学依据7。人体气味对配偶选择还有一定的影响。在一个研究人类白细胞抗原和气味相关性的个体识别试验中, 让女性选择其喜欢的男性气味, 有较多的女性选择和其气味基因不同的男性气味, 并显示出显著性8。另外，研究体味成分对香水、抑汗剂等去体味产品的开发起到指导、和推进作用。市面上的去体味产品的作用的机理通常为，杀灭或者抑制产生异味的细菌，并用香味加以掩盖身体难闻的气味。当体味的产生的机理及其中成分的种类及含量研究得很清楚之后。这类去体味产品就可以发挥更有效的效果，以及带给使用者跟清新自然的味道9。1.3 国内外对于人体气味研究国内外对于人体气味分析方法的研究还处于探索阶段。Som

14、erville等人采用动态顶空即吹扫捕集的方法对人体气味样品进行分析。实验中首先将采集气味的棉布洗净、晾干后在150烘箱中烘10分钟，然后放于采样者腋下采集8小时，得到气味样品。样品置于样品瓶中，通入70、120mL的干空气循环2min、3min和5min，使易挥发性、半挥发性、难挥发性气体依次流出。吸附了气味的吸附剂在320下解吸，进入气相色谱进行分析。气相色谱升温程序为：初温40，以6min的速度升到190。实验中还对人体气味的性质进行了探索，选择了两对双胞胎和不相关人群进行分析，结果发现双胞胎的匹配度要远远超过不相关人群，人体气味与基因组合有着较大的关联。McCormick等人改进了捕集

15、装置，为了控制各种影响气味分析的因素，采用一个循环系统，其它实验条件同Somerville，得到的4个统计参数优于前者10。目前研究中发现特定类周醇、脂肪酸是人体气味中生物学构成的主要成分。在对腋窝气味样品分析中，发现135种组成成分，其中有3040个组成可以被鉴定出来，碳环为C3C30。在以往的分析试验中，大多采用固相微萃取与气质联用的方法对气味进行分析（分析样本为亚洲人种），共检测出人体气味中的物质约有135种，。根据各物质的性质将它们归纳为烃(H)、芳香类(AR)、醛(ALD)、酯(ES)、醇(ALC)、酮(K)、醚(ETH)、酚(PH)、酸(AC)、含杂原子(HA)及卤代烃(HH)等类

16、别。部分主要成分见下表。表1 人体气味主要化学成分表序号 保留时间 名称 化学式 1 2.023 Acetic acid, chloro, ethyl ester(氯代乙酸乙酯) C4H7ClO2 2 2.225 Acetic acid, anhydride(乙酸酐) C4H6O3 3 3.080 4,6 - Heptadiyn-3-one(4,6-庚二炔-3-酮) C7H6O 4 3.081 Acetic acid,chloro,anhydride(氯代乙酸酐) C4H4Cl2O3 5 3.961 2-Methyl-propanoic acid(2-甲基丙酸) C4H8O2 6 12.363

17、 Nonanal(正壬醛) C9H18O 7 12.590 2-Ethyl-hexanoic acid(2-乙基己酸) C8H16O2 8 12.912 Trimethyl-phenylacetyl (三甲基苯乙酰) C11H16O5 9 13.533 Camphor(2-莰酮) C10H16O 10 13.951 Octanoic acid(辛酸) C8H16O2 11 14.161 1-Borneol(1-莰醇) C10H18O 12 14.299 p-Menthan-4-ol(对烷-4-醇) C10H20O 13 14.525 Naphthalene(萘) C10H8 14 14.875

18、 5-Dodecenol(5-十二烯醇) C12H24O 15 16.266 Nonanoic acid(壬酸) C9H18O2 16 18.067 Cyclopentane,1,1,3-trimethyl-3-(2-methyl) ( 1, 1, 3-三甲基-3(2-甲基) 环戊烷) C12H22 17 18.721 Butanoic acid, 2-ethyl-3-hydroxyhexyl ester (丁酸2-乙基-3-羟基己基酯) C12H24O3 18 19.252 2-Ethyl-1-decanol(2-乙基-1-癸醇) C12H26O 19 19.518 Cyclododecan

19、ol(环十二醇) C12H24O 20 19.833 _Cedrene(-雪松烯) C15H24 21 20.323 5, 9-Undecalactone(5, 9-十一烷酸内酯) C13H22O 22 20.680 2, 5-Cyclohexadiene(2, 5-环己二烯) C14H20O2 23 21.353 2-Butyl-1-octanol(2-丁基-1-辛醇) C12H26O 24 21.503 Phenol, 2, 6-bis(1, 1-dimethylethyl)-4-methyl (4-甲基-2, 6-二( 1, 1-二甲基乙基酚) ) C15H24O 25 22.500 3

20、, 5-Di-tert-butyl-4-hydroxybenzaldehyde (3, 5-二叔丁基-4-羟基苯甲醛) C15H22O2 26 23.139 Propanoldiacid, 2-methyl (2-甲基丙醇二酸) C16H30O5 27 23.224 Diethyl phthalate(邻苯二甲酸二乙酯) C12H14O4 28 23.345 2-Butyl-1-octanol(2-丁基-1-辛醇) C12H22O 29 24.299 2-Butenedioic acid(E)-,dibutyl ester (2-丁烯二酸二丁酯) C12H20O4 30 24.876 4-Mo

21、rpholineethanamine(4-吗啉乙胺) C6H14N2O 31 25.241 2-Ethyl-1-dodecanol(2-乙基十二醇) C14H30O 32 27.511 Nonadecane(十九烷) C19H40 33 28.700 1, 2-Benzenedicarboxylic acid dibutyl ester (1, 2-羧基苯酸二丁酯) C16H22O4 34 29.301 Formic acid octyl ester(甲酸辛基酯) C9H18O2 35 31.510 Dibutyl phthalate(邻苯二甲酸二丁酯) C16H22O4 36 37.210

22、2,3,3-Trimethyl cyclobutanone (2, 3, 3-三甲基环丁酮) C7H12O由上表可见，人体气味组成复杂，所含物质种类繁多，一般一个气味样品的气相色谱检出物质达上百种。而且每种成分的含量极其微小，对其中每一种物质进行详尽的量化分析目前还不具备相应的条件，具有很大的困难。2 人体气味的检测方法人体气味的特点为成分多，含量微，结构复杂，有一定检测难度。对于与人体气味属性特点相当的还有花朵香味、香料，香水香味等等。下面介绍几种用于含量微，成分多，结构复杂化合物的检测方法。2.1 提取与浓缩 对于人体气味这种挥发性的气体样品，目前比较流行的提取与浓缩方法为固相微萃取(SP

23、ME)和样品预浓缩捕集(SPT)两种方法对样品进行预处理。样品采集于采样介质后，被上述两种预处理装置的吸附介质吸附富集，在气相色谱分析时，气味样品从吸附介质上解吸下来进入色谱柱分离后经检测器检测。经气相色谱分析得到人体气味样品的色谱图，含有样品中各种物质的出峰信息。 固相微萃取法（SPME）固相微萃取(solid-phase microextraction,SPME)技术，是20世纪90年代兴起的一项新颖的样品前处理与富集技术,它最先由加拿大Waterloo大学的Pawliszyn教授的研究小组于1989年首次进行开发研究,属于非溶剂型选择性萃取法。其装置类似于一支气相色谱的微量进样器，萃取头

24、是在一根石英纤维上涂上固相微萃取涂层，外套细不锈钢管以保护石英纤维不被折断，纤维头可在钢管内伸缩。将纤维头浸入样品溶液中或顶空气体中一段时间,同时搅拌溶液以加速两相间达到平衡的速度,待平衡后将纤维头取出插入气相色谱汽化室,热解吸涂层上吸附的物质。被萃取物在汽化室内解吸后,靠流动相将其导入色谱柱,完成提取、分离、浓缩的全过程。固相微萃取技术几乎可以用于气体、液体、生物、固体等样品中各类挥发性或半挥发性物质的分析。发展至今短短10年时间，已在环境、生物、工业、食品、临床医学等领域的各个方面得到广泛的应用。固相微萃取原理是当被分析有机物在萃取头与萃取体系之问达到平衡，分析物与萃取头之间有一分配系数K

25、，该分配系数与分析物在萃取体系中的量及萃取头分析物的量有以下关系： 式中：N吸附于萃取头上分析物的量K分析物在萃取头和样品问的分配系数C0萃取前分析物在样品中的浓度CS分析物在萃取后样品中的浓度Cf分析物在萃取头中的浓度Vf萃取头的体积Vs样品的体积由于Vf<<V0，所以N=KVfC0，K值取决于萃取头一定的固定相类型，而对于一定的萃取头类型来说，其体积Vf是固定的，故N与C0之间成线性关系。C0可通过气象色谱测定。从而确定N值。 SPME有三种基本的萃取模式：直接萃取（Direct Ectraction SPME）、顶空萃取(Headspace SPME)和膜保护萃取（membr

26、ane-protected SPME）。在挥发性物质的检测当中，主要采取顶空萃取模式。此法收集的气相部分与嗅觉感觉的成分在比例上一致。代表着气味的真实成分和浓度。特别适于低沸点化合物的研究，例如人体气味的分析。 在顶空萃取模式中，萃取过程可以分为两个步骤：、被分析组分从液相中先扩散穿透到气相中；、被分析组分从气相转移到萃取固定相中。这种改型可以避免萃取固定相受到某些样品基质（比如人体分泌物或尿液）中高分子物质和不挥发性物质的污染。在该萃取过程中，步骤2的萃取速度总体上远远大于步骤的扩散速度，所以步骤成为萃取的控制步骤。因此挥发性组分比半挥发性组分有着快得多的萃取速度。实际上对于挥发性组分而言，

27、在相同的样品混匀条件下，顶空萃取的平衡时间远远小于直接萃取平衡时间。 样品预浓缩捕集(SPT) 样品预浓缩捕集(Sample Pre-concentration Trap，SPT)是一种新型的样品预处理装置，适于预处理空气及气相介质中的挥发性有机物。它与气相色谱的顶端直接相连，由气相色谱控制操作。装置主要由以下几个部分组成：（1)SPT吸附部分；(2)十通阀；(3)可替换的进样口通道；(4)电子质量流速控制仪；（5)控光装置泵。吸附状态下的SPT工作原理如图所示，样品由4号阀进入，经5、8、9、2号阀暇附，流速由3号阀连接的流速控制仪和控光装置泵控制。吸附完成之后，阀进行切换解吸，载气通过l号

28、阀经2号阀，进入吸附管中将解吸下来的物质带入气相色谱柱进入检测器检测。 SPT与其他预处理装置相比，优势在于：具有较高的升温速度，可达到40min，保证了从捕集器到气相色谱之问的快速进样。冷却剂用量较少。SPT的结构紧密，具有精确设计的控制SPT冷却的程序，保证了较少的冷却剂用量，节省了用户的支出。具有长、短两种捕集尺度，并配有液氮，液体C02两种冷却剂。可根据具体的检测对象选择应用。通常短尺寸捕集器适于预处理沸点较低的化合物，长尺寸捕集器用于吸附沸点接近于捕集温度的物质。 两种预处理方法的比较分别采用SPME和SPT分析同一气味样品得到色谱图比较如图所示： 由图可见，采用SPME预处理气味样

29、品检出效果明显优于SPT，SPT检出气味样品物质少且出峰强度较低，不能全面的反映人体气昧样品组成。同时，采用固相微萃取对人体气味样品进行预处理，总检出物质种类大大多于样品预缩捕集法，其总峰数是后者的3倍多。可见针对人体气味样品，SPME比SPT能更大程度的检测出其中所含物质，更具有优越性。因而确定了固相微萃取法作为处理人体气味样品的最佳方法。2.2 检测与分离色谱是一种很好的分离手段，可以将复杂的混合物中的各个组分分离开，但它的定性、定结构的能力较差，通常只能利用各组分的保留特性来定性，这在欲定性的组分完全未知的情况下进行定性分析就更加困难了。而随着一些定性和定结构的分析手段质谱(MS)，红外

30、光谱(IR)，紫外光谱(UV)，原子吸收光谱(AAS)，等离子体发射光谱(ICP-ACE)，核磁共振光谱（NMR)等技术的发展，确定一个纯组分是什么化合物，其结构如何已是比较容易的事。因此由一种分离手段与一种鉴定方法组成的联用技术，是当前仪器分析和分析仪器的发展方向之一。 GC-MS法气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)是分析仪器中较早实现联用技术的仪器。毛细管气相色谱-质谱联用技术中，质谱仪相当于气相色谱仪的检测器，而气相色谱仪则成了质谱仪的进样装置。GC-MS有两种工作方式：全扫描(SCAN)和选择离子储存(SIS)。全扫描工作方式适应于未知化合物的定性分析，SIS方式只扫描所选定的一个或几

31、个特征离子，因此色谱图本底小，其灵敏度比全扫描提高23个数量级，且选择性强，适合目标化合物的微量分析。当基体背景或协同流出物相对于目标化合物很大时，利用选择离子储存方式可以有选择地将特种离子存储在离子阱中，可以通过控制离子阱中的离子数量来获得最佳分辨率。GC-MS仪工作流程图见图2.23 人体气味成分检测实验设计 本实验为了了解人体气味的组成成分，优化气味分子的检测条件。采用顶空固相微萃取气相色谱-质谱法研究不同个体的腋窝部位的气味，探讨了利用气相色谱质谱指纹图谱区别不同个体腋窝气味的方法。3.1实验仪器Varian Saturn 2000气相色谱-质谱联用仪,美国Varian公司制造;；手动

32、SPME进样器, 美国Supelco公司制造；70m乙烯二醇-二乙烯基苯共聚物(CW-DVB)萃取头。3.2 实验步骤样品采集分别选男性8名，女性8名，总共16名20到22岁的志愿者作为本次实验的对象。并确保在提取样品前的24小时以内没有沐浴或使用香水，以免对实验结果造成干扰。把医用纱布、密封样品瓶等用酒精浸泡过夜，并置于烘箱内，设置100烘干12小时。彻底清除干扰杂质。在采集样本前，工作人员要用无味肥皂彻底清洗手部，并穿戴一次性PE手套。采集样本的环境应无异味，无较大空气流动的实验室内。采集样本时，把经过除杂处理的纱布固定在志愿者腋窝处采集30min。完成采集后，取下放入密封样品瓶中做好标记

33、，等待检测。每一名志愿者进行两次样本采集，分别标记为A1和A2。则16名志愿者样品号为：A1A2,B1B2,C1C2,D1D2,P1P2以此类推。 样品的预处理 根据本论文之前对SPME法与SPT法预处理样品效果的比较，得出SPME法进行预处理的样本得出的数据更好，因此，实验将采用SPME法对采集的样本进行处理。根据SPME法萃取膜的老化要求，在气相色谱仪的进样口，对固相微萃取的萃取头进行老化处理。将装有气味样品的样品瓶于60恒温，将固相微萃取器的萃取头通过瓶盖的橡皮垫插入到样品中，推出纤维头。注意不要使萃取头碰到样品纱布，吸附40 min，随后抽回纤维头，从样品瓶上拔出萃取头，再将萃取头插入气相色谱-质谱仪进样口，推出纤维头，同时启动仪器采集数据，于220不分流解吸5 min，抽回纤维头后拔出萃取头。 色谱条件DB-5MS毛细管色谱柱，30 m×0.25 mm×0.25m，载气为高纯度氦气(He)，不分流；迸样口温度250，柱温：起始温度40，保持1 min，以6min升温至190，保持10 min，以10/min升温至250。 质谱条件接口温度230，离子阱温度150，电离方式EI，电子能量70 eV，扫描质量范围为10500 amu。3.