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12/2011 LCM - AQME
Nome Florbela Dias, Gonçalo Baptista e Olivier Pellegrino
Data 2011-04-15
Assunto
Participação no Workshop subordinado ao tema Breath Analysis no âmbito do projecto (JRP2 -
Joint Research Project 2): Breath analysis as a diagnostic tool for early disease detection
(Análise do ar expirado como ferramenta de diagnóstico de detecção precoce de doença), no
âmbito do EMRP - European Metrology Research Programm.
Resumo
O IPQ apresentou em Maio de 2007 várias Expressões de Interesse ao abrigo do Programa de
investigação em metrologia europeia (EMRP - European Metrology Research Programme ERA-
NET PLUS). Dos projectos apresentados, o JRP2 – Breath analysis as a diagnostic tool for
early disease detection ficou com a classificação de projecto prioritário.
Este projecto teve inicio em Maio de 2008, teve a duração de três anos e contou com a
participação de 5 LNMs (Laboratório Nacional de Metrologia): Danish Institute for Fundamental
Metrology (DANIAmet), Laboratoire Commun de Métrologie (LNE-INM-Cnam), Van Swinden
Laboratorium (VSL), Physikalisch-Tecchnischen Bundesanstalt (PTB) e pelo Instituto Português da
Qualidade (IPQ).
O projecto em causa teve como principais objectivos o desenvolvimento de técnicas
espectroscópicas que permitem a correcta identificação e a medição exacta de diferentes
espécies existentes na respiração humana, biomarcadores, relevantes para efeitos de
diagnóstico precoce de algumas doenças.
A Workshop Breath Analysis, que está no âmbito deste projecto e marcou o fim do mesmo,
decorreu nos dias 5 e 6 de Abril, no Laboratório Nacional de Metrologia da Holanda, VSL, em
Delft, contou com a participação de 58 pessoas. Houve apresentações em vários sectores
profissionais nomeadamente da medicina, da metrologia, da universidade e da indústria.

Pontos a assinalar
5 de Abril de 2011 – Breath Analysis Workshop
- Terence Risby, Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, USA, na apresentação
“Real time breath analysis a potential role for infrared laser spectroscopy”, falou da
importância de construir um equipamento de fácil transporte e com boa exactidão. É a
mudança de concentração dos biomarcadores medida no ar expirado que informa sobre a
presença de doença(s).
- Gerard Wysocki, Princeton University, USA, apresentou “Compact laser spectroscopic
trace-gas sensors for breath analysis and air pollution exposure monitoring”, onde
apresentou o sensor laser na espectroscopia de absorção laser díodo sintonizado (TDLAS –
tunable diode laser absorption spectroscopy) para medição de CO2 e a espectroscopia de
rotação de Faraday (FRS-Faraday rotation spectroscopy) baseado no laser cascada
quântica com cavidade externa (EC-QCL - external cavity quantum cascade laser) para o
NO. A espectroscopia laser é uma tecnologia fiável para sensores portáteis, conseguindo
uma boa sensibilidade e uma boa exactidão.
- Grant Ritchie, Oxford Medical Diagnostics, UK, em “Studies of human breath mass spectra
for biomarker identification in cystic fibrosis: progress and possibilities”, são apresentadas
aplicações da quimometria aos componentes deduzidos do ar expirado analisado por
espectrometria de massa acopulado à cromatografia gasosa (GC-MS – Gas
chromatography-Mass spectroscopy). Foi assim considerado o acetonitrilo (HCN) como
marcador da fibrose cística.
- Sywert Brongersma, Holst Centre, IMEC, Holanda, em “Low-power gas/vapor sensing
solutions for wireless autonomous systems”, apresenta sensores electroquímicos para
monitorização da ingestão de alimentos, do suor, da detecção de cortisol na saliva e do
conceito de nariz electrónico associado ao telemóvel.
- Gonçalo Baptista, Instituto Português da Qualidade, Portugal, com a apresentação
“Primary reference gas mixtures for breath analysis” evidencia a cadeia de rastreabilidade na
certificação das misturas gasosas preparadas por gravimetria ou por geração dinâmica, no
âmbito do projecto JRP2.
- Johan de Jongste, Erasmus Medical Centre, Roterdão, em “The FeNO experience”, trata
do NO expirado fraccionado (FeNO – fraction of exhaled NO) como um marcador para a

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asma: é um método não evasivo e com tempo de resposta inferior a qualquer outro
marcador.
- Patrick McCann, University of Oklahoma, USA, apresenta “Breath Analysis with Mid-
Infrared Diode Lasers” lembrando o nível de confiança de detecção pelo sistema olfactivo
dos cães, dos cancros dos pulmões e da mama de cerca de 97 % e 88 %, respectivamente.
O módulo multi–laser na região do infravermelho médio (mid-IR) permite a medição de
múltiplas moléculas em simultâneo como o etano, marcador do cancro gastro-intestinal e o
acetaldeido, marcador do cancro dos pulmões.
- Marcus Sowa, Institut fur Lasermedizin, Germany, em “Infrared Cavity Leak-Out
Spectroscopy for biomedical investigation”, afirma que a espectroscopia de perda pela
cavidade (CALOS - Cavity Leak-Out Spectroscopy) aplicada à concentração de CO exalada
é muito sensível e permite determinar a massa de hemoglobina-t.
- Hans Naus, OGS Systems, Holanda, apresenta “Breath Analysis: why IR and why Laser?”:
para as moléculas de interesse, as transições da espectroscopia do infravermelho (IR) têm
maiores secções eficazes do que as da espectroscopia do infravermelho próximo (NIR –
near infrared), apesar da dificuldade para extrair os perfis de risca e o feixe laser têm uma
potência suficiente para observar as riscas. A NIR é menos onerosa mas menos sensível
que a IR por transformada de Fourier (FT-IR – Fourier Transform IR).
- Siert Bruins, SenzAir, Holanda, em “Diagnostic potencial of Breath Analysis: Biomarker
validation and clinical applications”, apresenta várias tecnologias de análise para o ar
expirado (Breath Analysis), o que requer trabalhadores com conhecimentos nessas técnicas.
- Frans Harren, Radbout University, Holanda, apresenta “Fast and Sensitive multicomponente
exhaled breath analysis: comparison between laser and mass spectrometer –
based methods”: a espectroscopia de massa é de elevada sensibilidade e apropriada para
quantidades relativas inferiores ao 10 -9 mol/mol de componentes orgânicos voláteis (VOC),
de massas moleculares grandes e pouco reactivos, com tempo de resposta da ordem do
minuto, ao contrário da espectroscopia Laser, que é de elevada sensibilidade e apropriada
para quantidades relativas inferiores ao 10 -9 mol/mol para moléculas pequenas e reactivas.
6 de Abril de 2011 – Breath Analysis Workshop
- Olav Werhahn, PTB, Germany, em “Metrology meets, spectroscopy meets breath analysis”,
sublinha as dificuldades de comunicação devidas às diferentes linguagens entre estes 3
domínios científicos. Cita o método TILSAM – traceable infrared laser-spectrometric amount
fraction measurement como exemplo para ter em conta a rastreabilidade das medições,

usando instrumentos de medição calibrados e misturas de referência certificadas; este
método permite um cálculo da incerteza a partir de todas as grandezas de entrada
relevantes (pressão da célula, temperatura, tamanho da célula, grandezas
espectrométricas…).
- Daniele Romanini, CNRS, France, em “Optical feedback cavity enhanced absorption
spectroscopy for time resolved breath analysis of carbon monoxide”, apresenta estudos da
medição da concentração de CO nos pulmões para fumadores (reprodutibilidade relativa de
cerca 1,5 ×10 -6 ) e não fumadores (reprodutibilidade relativa de cerca 20 ×10 -6 ), em
colaboração com hospitais.
- Lars Nielsen, DFM, Denmark, apresenta “Fitting line profiles to optical transmission spectra
of gases” com vários modelos matemáticos (funções de Voigt, Galatry, em diferentes
aproximações) e uso de ferramentas estatísticas com estes modelos para balanços das
incertezas.
- Sacco te Lintel Hekkert, Sensor Sense, Holanda, em “Laser based trace gas detectors;
sensitivity outside the lab”, associa a espectroscopia fotoacústica com detector QCL para
etileno e novos detectores para o marcador NH3.
- Markus Sigrist, ETH, Switzerland apresenta “Infrared laser spectroscopy in medical sensing
applications”, pelo meio de espectroscopia laser por geração de diferença de frequências
(DFG – difference frequency generation), que é uma técnica de absorção directa, estudos de
razão isotópica D/H na respiração humana, de detecção de gases cirúrgicos na laparoscopia
e de concentração de CO2 no coração.
- Jan Petersen, DFM, Denmark apresenta “Laser spectroscopic measurements of CO2 at
1,57 μm and 2,04 μm”, pelo método TILSAM, a análise das misturas de CO2 com as
concentrações relativas de 300 ppm, 400 ppm e 500 ppm e a construção da instalação de
espectroscopia de cavidade ressonante (CRDS - Cavity Ringdown Spectroscopy) para
estudar os isótopos de NH3.
- Markus Metsälä, University of Helsinki, Finlandia, em “HCN in exhaled breath and emitted
from skin”, apresenta estudos dos vários tipos de amostragem do HCN, produzido pela
pseudomonas aeruginosa, que é uma bactéria resistente a certos antibióticos e anticépticos
e fatal para pessoas atingidas de fibrose cística, cancro ou com o sistema imunitário
enfraquecido, por exemplo hospitalizados), exalado pelo corpo humano pela boca, pelo
nariz, pela pele (lavada e não lavada), com medições diurnas e nocturnas.
- Stefan Persijn, VSL, Holanda apresenta “Quantitative measurements using CRDS and the
comparison with spectroscopic databases”, com geração dinâmica do formaldeído e

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analisado por CRDS, baseada sobre osciladores paramétricos ópticos (OPOs – optical
parametric oscillators): encontra boas concordâncias com bases de dados publicadas: Hitran
e PNNL, embora em melhor acordo com a última, mas levanta a questão do uso destas
bases de dados porque os resultados da análise apresentam erro inferior ainda, em relação
aos valores de referência.
- Ove Axner, Umeå University, Sweden apresenta “Sub-second detection of ppb
concentrations of nitric oxide by Faraday rotation spectrometry based on a cw DFB quantum
cascade laser working at 5,33 μm” para a determinação do NO para aplicações médicas
com utilização da espectrometria de modulação de Faraday (FAMOS/FRS- Faraday
modulation spectrometry), que necessita de campos magnéticos de amplitude superior a
200 G, para volume de amostra inferior a 10 mL.
- Emeline Andrieux, LNE-INM-CNAM, France apresenta em “A 500-GHz mode-hop-free
tunable OPO: application to CRDS of CH4” o desenvolvimento e os testes associados ao
sistema OPO do Laboratório referido, com fina sintonização de bombeamento da onda
complementar, por volta de 3,3 m, resulta num varrimento contínuo sem salto de modo
sobre 500 GHz.