麻醉深度取决于血液中麻醉剂的浓度,因此监测麻醉剂的血药浓度对保证病人安全具有重要意义。丙泊酚是一种静脉麻醉剂,临床使用比例高达70%。然而,目前尚无有效的手段实时监测丙泊酚的血药浓度。近年来研究发现,可以在呼出气体中检测到丙泊酚,并且其浓度与丙泊酚血药浓度具有相关性,这一发现为丙泊酚的实时监测提供了理论基础。因此,本文针对呼出气体中丙泊酚麻醉剂的物理和化学特性,提出了一种基于小型化线性离子阱的呼出气体中丙泊酚麻醉剂在线质谱检测方法,在仪器结构、控制方法和质谱数据处理等方面进行了专门设计,完成了系统搭建,并对所设计的仪器系统进行了相关性能测试,通过实验验证了该技术路线的可行性。本文的主要研究内容如下:首先,对呼出气体中丙泊酚在线质谱检测的相关基础理论进行了研究,提出系统设计方案。针对麻醉过程中呼出气体成份复杂、背景干扰大、丙泊酚浓度低且沸点较高等特点,对呼出气体采集系统、小型化质谱仪器进行了关键技术的优化设计,具体包括:基于PDMS半渗透膜的质谱进样接口;低残留的高温电子轰击电离源和抗氧化的电离源灯丝;基于局部恒温技术的高稳定性射频电源模块。上述关键模块的设计和关键技术的应用,保证了小型化在线检测质谱仪具有低检测限、高稳定性和抗干扰能力,满足对呼出气体中丙泊酚麻醉剂进行实时监测的需求。其次,完成了呼出气体中麻醉剂在线质谱检测仪器的专用分析控制软件的设计。主要包括:设计了基于TCP/IP的数据传输模块,制定专用的数据通讯协议,实现了质谱数据的高速稳定传输;基于反傅里叶变换技术合成SWIFT信号,结合下位机的高速D/A产生离子质量选择所需的激发信号;设计了质量校正、数据平滑、质谱峰快速识别和特征离子提取等软件模块;基于ZedGraph可视化控件,设计了智能化人机交互界面,结合相关控制流程,实现仪器的一键式操作。最后,为考察本系统对呼出气体中丙泊酚的检测能力,进行了相关的实验。实验共分为三个阶段,第一阶段为标准样品测试,通过配制与麻醉病人呼出气中浓度范围一致的丙泊酚样品气体,对仪器的性能进行测试和评估;第二阶段为动物实验,通过对小鼠注射一定剂量的丙泊酚,并实时在线分析小鼠呼出气体中丙泊酚浓度的变化趋势,与小鼠在麻醉过程中的行为对照进而对其进行解释;第三阶段的实验为预临床实验,通过人为离线采集临床丙泊酚麻醉病人的呼出气体,在短时间内将所采集样品送至该仪器系统进行检测,分析系统对呼出气体中丙泊酚麻醉的检出能力。实验结果表明本文研制的专用小型化在线质谱仪具有单位质量分辨率和ppb量级的检测限,稳定性误差(RSD)不超过10.3%,实时在线测量的丙泊酚浓度变化趋势与小鼠麻醉行为一致,且能在手术病人呼出气体中检出丙泊酚。当前仪器处于原理样机研发阶段,因为资质许可和医疗安全认证等问题,目前还未进入真正的临床实验阶段。但是,前期的实验表明,本文提出的小型化在线质谱检测系统对临床监测呼出气体中的丙泊酚具有较高的可行性,它提供了一种便捷、无创的方法来实时监测丙泊酚在人体中的代谢情况,有望解决当前的临床医学中麻醉深度实时监测的难题,具有较高的医学价值和应用前景。