一种二氧化碳浓度修正的呼出气多组分检测仪及检测方法

专利主权项内容

1.一种二氧化碳浓度修正的呼出气多组分检测仪检测呼出气多组分的方法，其特征在于，所述方法利用一种二氧化碳浓度修正的呼出气多组分检测仪实现，所述二氧化碳浓度修正的呼出气多组分检测仪包括过滤瓶、载气气泵、干燥管、进样气泵、样品环、第一两相三通电磁阀、第二两相三通电磁阀、第三两相三通电磁阀、色谱柱和检测气室；干燥管、第二两相三通电磁阀、样品环、第三两相三通电磁阀、进样气泵依次连通构成进样通路；过滤瓶、载气气泵、第一两相三通电磁阀、色谱柱、检测气室依次连通构成清洗通路；第一两相三通电磁阀、第二两相三通电磁阀、第三两相三通电磁阀同时切换气路通路，使得过滤瓶、载气气泵、第三两相三通电磁阀、样品环、第二两相三通电磁阀、第一两相三通电磁阀、色谱柱、检测气室依次连通构成检测通路；所述检测气室为长方体结构，在正面开有第一PCB板槽，上部开有二氧化碳传感器通气口，下部开有MOS传感器槽；MOS传感器槽的底部开有圆柱形槽，构成气体反应室，气体反应室刚好覆盖MOS传感器的敏感材料，MOS传感器装配在第一PCB板上，第一PCB板嵌入第一PCB板槽内，同时使得MOS传感器嵌于MOS传感器槽；检测气室背面开有第二PCB板槽，上部开有二氧化碳传感器槽，二氧化碳传感器装配在第二PCB板上，第二PCB板嵌入第二PCB板槽内，同时使得二氧化碳传感器嵌于二氧化碳传感器槽；检测气室的一个侧壁分别开有与气体反应室的顶部和侧壁连通的进气口和出气口；另一侧壁开有测温孔；顶面开有控温模块装配孔；检测气室为金属材质，以保证较大的热惯性；所述的进样通路中，在第三两相三通电磁阀和进样气泵之间接有第一流量计与第一精密流量调节阀，用于监测并调节进样流量在合适的范围，以保证在较短的时间内完成进样，并使样本气体完全充满样本环；所述的清洗通路和检测通路中，在第一两相三通电磁阀和载气气泵之间接有第二流量计与第二精密流量调节阀，用于监测并调节载气流量为一恒定值，以保证清洗状态时，过滤后的空气持续且稳定地流过传感器表面，得到稳定的基线；检测状态时，使载气以恒定的流速把样本环中的待测气体推送至检测气室；所述的载气气泵配有温度传感器与风扇，温度传感器监控载气气泵工作时的发热状态，由温度反馈控制风扇转速为载气气泵降温，保证载气气泵正常工作并延长使用寿命；所述的色谱柱填充材料为60-80目的HayeSepQ材料；所述的色谱柱材质为不锈钢，外径四分之一英寸，长度75厘米；所述的测温孔装配有温度传感器，所述的控温模块装配孔装配有控温模块，控温模块包括加热器与过温保护开关；其中加热器与温度传感器实现对检测气室的测温与控温，以尽可能抑制温度漂移对传感器输出造成的影响，当温度过高时保护开关自动断开以保护传感器不受损坏；所述的气体反应室形成微小空间，经色谱柱分离后的气体各组分经过所述的进气口，从气体反应室的顶部垂直流向MOS传感器表面，并从侧壁连通的出气口排出，以保证MOS传感器快速给出输出响应，并在短时间内恢复基线；根据一般患者呼出气内氢气、甲烷最高浓度和所需灵敏度，设定仪器检测范围为0-500ppm，分辨率为1ppm；所述检测仪还包括用户交互模块，所述的用户交互模块包括按键、液晶屏、热敏打印模块、USB与串口接口；按键选择检测仪的工作模式与功能操作，检测结果显示于液晶屏上或直接打印，或者通过USB与串口接口传输至上位机；该方法包括以下步骤：(1)仪器开机自检与预热；控制检测气室的温度在合适的恒定值，以避免呼出气体冷凝现象并抑制传感器输出响应的温度漂移，开机预热两小时后，检测气室温度为38±0.5℃，传感器输出基线基本达到稳定状态；(2)清洗状态；过滤后的空气作为清洗与检测载气，由载气气泵抽入仪器内部，载气持续清洗色谱柱与检测气室，使传感器输出响应稳定在基线值；当载气流速在60±3mL/min的范围内时，允许仪器进入校准与检测状态；(3)进样状态；用于校准的标准气或经干燥管过滤后的呼出气，由进样气泵抽入仪器内部，使待测气体完全充满样本环，并保证在较短的时间内完成进样；(4)校准状态；仪器预设标准气中氢气、甲烷与二氧化碳的浓度，第一两相三通电磁阀、第二两相三通电磁阀、第三两相三通电磁阀同时切换气路通路，使载气把样本环中的标准气推出，先经过二氧化碳传感器检测二氧化碳浓度，再经过色谱柱分离，氢气与甲烷气体依次经过MOS传感器表面，传感器输出响应经计算后得出检测浓度，取检测浓度与标准浓度的差值作为检测结果的校准值；(5)检测状态；样本环中的呼出气经步骤(4)所述的分离与检测后，得出氢气、甲烷和二氧化碳浓度；仪器预设二氧化碳浓度期望值，二氧化碳浓度期望值除以二氧化碳浓度检测值后得到修正因子，修正后的氢气、甲烷浓度等于氢气、甲烷浓度检测值乘以修正因子；呼出气中的二氧化碳浓度和计算后得到的修正因子，随不同的呼气阶段呈周期性变化；呼出气中的氢气浓度随二氧化碳浓度的变化而变化，修正后的氢气浓度值被归一化到同一水平，消除了不同呼气阶段造成的差异；(6)用户交互与待机状态；氢气、甲烷和二氧化碳浓度检测值与修正值，以及修正因子显示于仪器的液晶屏上或通过热敏打印模块打印，或者通过串口或USB接口传输至上位机，进行后续的数据分析；一次检测完成时，第一两相三通电磁阀、第二两相三通电磁阀和第三两相三通电磁阀再次切换气路通路，仪器进入清洗状态，等待传感器响应恢复到基线值后，进行下一次检测。