本发明专利技术公开了一种人体呼出气体中VOCs和EBCs的并行采集装置，可以实现VOCs和EBC的同时采集。通过一个嵌套式储气腔将呼出气体分为三路，分别通过二氧化碳传感器、VOCs富集管和气体冷凝装置。利用填充有吸附剂的富集管收集呼出气体中的VOCs，利用气体冷凝装置收集呼出气体中的EBC，其中流经富集管的呼出气体流速由一个质量流量计控制，通过二氧化碳传感器检测呼出气体中的二氧化碳浓度并结合相应动态阈值算判别呼出气体中的非代谢腔气体。气体采集流程由单片机电路进行监控。本发明专利技术体积小、成本低、便携化，可以快速并可靠地在各种场合并行收集人体呼出气体中的VOCs和EBC。
【技术实现步骤摘要】
一种人体呼出气体中VOCs和EBCs的并行采集装置
本专利技术涉及生物医学工程
，尤其涉及一种人体呼出气体中挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds,VOCs)和人体呼出气体冷凝物(ExhaledBreathCondensates,EBCs)的并行采集装置，可以同时并行采集呼出气体中的VOCs和EBCs。
技术介绍
目前，国内外有大量针对呼出气体的研究，主要集中在针对VOCs和EBCs的领域。VOCs的收集方式包括主要包括气袋收集、富集管收集等；EBCs的收集主要是通过冷凝装置将呼出气体冷凝并收集冷凝液。在VOCs收集方面，目前已经有一些市场化仪器，但普遍存在一些不足。部分仪器采用气袋收集，对有效成分的富集能力不强，收集样本不便于转移；部分仪器没有考虑气路温度对VOCs冷凝的影响；VOCs中的有效成分来源于肺泡气体，目前的气体采集仪器没有对肺泡气体和死腔气体的有效甄别手段。上述问题对呼出气体样本中VOCs的浓度和有效性都造成了干扰。EBCs在呼出气体中以气溶胶的形式存在，包含蛋白质、核酸、电解质等，可以反映人体代谢信息。EBC的理化特点和生理特点和VOCs形成了很好互补。目前已有部分研究对VOCs和EBCs进行了综合分析，但多为分别收集，在采集手段上缺乏标准控制和集成化仪器。
技术实现思路
本专利技术针对国际上对呼出气体的研究和临床采集中的不足，提拱了一种人体呼出气体中VOCs和EBCs的并行采集装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种人体呼出气体中VOCs和EBCs的并行采集装置，主要包括：吹气装置、储气腔、二氧化碳传感器、第一微型真空泵、填充吸附剂的富集管、质量流量计、第二微型真空泵、总控制电路、加热带、按键模块、显示模块、气体冷凝装置；其中，所述吹气装置连接储气腔的进气口，储气腔的出气口连接气体冷凝装置；储气腔的第一气体采集口与二氧化碳传感器相连，储气腔的第二气体采集口与富集管的一端相连；二氧化碳传感器与第一微型真空泵连接；富集管的另一端与质量流量计相连；加热带包裹在储气腔的外壁，用于保持储气腔在采集过程中温度恒定以防止呼出气体在储气腔中冷凝；质量流量计与第二微型真空泵相连；所述二氧化碳传感器、第一微型真空泵、质量流量计、第二微型真空泵、加热带、按键模块、显示模块、气体冷凝装置均与总控制电路相连。进一步的，所述吹气装置由第一单向阀、第二单向阀、咬嘴和三通阀组成；三通阀的三个接口与第一单向阀、第二单向阀、咬嘴相连，即三通阀的第一个接口与咬嘴相连，三通阀的第二个接口与第一单向阀相连，三通阀的第三个接口与第二单向阀相连；所述第一单向阀使气流只进不出，第二单向阀使气流只出不进；所述第二单向阀与储气腔的进气口相连。进一步的，所述第一单向阀、第二单向阀结构相同，均包括单向阀出气端、单向阀进气端和带孔的软性薄膜；所述单向阀出气端为中空柱状结构，单向阀进气端的一个端面开有两个半圆通孔；所述软性薄膜夹在单向阀进气端和单向阀出气端中间，用以实现气流的单向流动；单向阀进气端的一个开有两个半圆通孔的端面靠近软性薄膜；第一单向阀的单向阀出气端与三通阀的第二个接口相连；第二单向阀的单向阀进气端与三通阀的第三个接口相连。进一步的，所述储气腔由第一储气部件和第二储气部件组成；第一储气部件的第一连接端可伸缩地嵌套在第二储气部件的第二连接端内；所述第一储气部件上具有长度调整卡齿，气体冷凝装置开有与长度调整卡齿相配合的齿槽，通过长度调整卡齿来调整第一储气部件在第二储气部件中的长度；所述加热带包裹在第一储气部件和第二储气部件的外壁；所述第一储气部件上开有出气口；所述第二储气部件上开有进气口、第一气体采集口和第二气体采集口。进一步的，所述总控制电路包括单片机、通信模块、电源模块和交互模块；其中，所述通信模块、电源模块、交互模块均与单片机相连，单片机对电路逻辑进行控制；通信模块分别与质量流量计、二氧化碳传感器和气体冷凝装置相连，用于向质量流量计、二氧化碳传感器和气体冷凝装置发送串口控制命令，并接受返回的流量信号、二氧化碳浓度以及温度信号，同时向仪器外部提供单独的串口和USB接口，用于和PC端进行数据交换；电源管块与所有需要供电的部件连接提供适配电压，并通过单片机直接控制部件的工作和停止；交互模块分别与按键模块和显示模块相连，对用户行为和反馈进行控制；交互模块用于控制按键模块和显示模块的行为；按键模块用于用户对仪器进行操作；显示模块用于显示仪器控制和采集状态；加热带和气体冷凝装置均与单片机相连。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.将VOCs采集和EBCs采集集成，实现了对同一被试者不同呼出气体成分的同时采集，并具有完善的参数设定和严格的流程控制，有效降低环境因素的影响的同时，为多种参数组合下VOCs和EBCs的独立分析和对比分析提供条件。2.在采集过程中保持气路恒温，有效减少高沸点VOCs在采集仪器中的冷凝，增加了收集到的样本中有效有机物的数量。3.利用二氧化碳传感器进行代谢腔气体和死腔气体的甄别，对VOCs的采集更加精准，防止死腔气体对样本造成污染和干扰。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的整体结构框图；图2是本专利技术的吹气装置的剖面结构图；图3是本专利技术的第一单向阀和第二单向阀的结构图；图4是本专利技术的储气腔的剖面结构图；图5是本专利技术的第一储气腔部件的透视图；图6是本专利技术的第二储气腔部件的透视图；图7是本专利技术的总控制电路的整体逻辑框图；图中，1.吹气装置，2.储气腔，3.二氧化碳传感器，4.第一微型真空泵，5.富集管，6.质量流量计，7.第二微型真空泵，8.总控制电路，9.温度控制模块，10.按键模块，11.显示模块，12.气体冷凝装置，13.第一单向阀，14.第二单向阀，15.咬嘴,16.三通阀，17.单向阀出气端，18.单向阀进气端,19.带孔软性薄膜，20.第一储气腔部件，21.第二储气腔部件，23.第一连接端，24.长度调整卡齿，25.出气口，26.第二连接端，27.第一气体采集口，28.第二气体采集口，29.进气口，30.单片机，31.通信模块，32.电源模块，33，交互模块。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术主要包括：吹气装置1、可伸缩二段式柱状储气腔2、二氧化碳传感器3、第一微型真空泵4、填充吸附剂的富集管5、质量流量计6、第二微型真空泵7、总控制电路8、加热带9、按键模块10、显示模块11、气体冷凝装置12；其中，所述吹气装置1连接储气腔2的进气口29，储气腔2的出气口25连接气体冷凝装置12；储气腔2的第一气体采集口27与二氧化碳传感器3相连，储气腔2的第二气体采集口28与富集管5的一端相连；二氧化碳传感器3与第一微型真空泵4连接，在采集过程中保持恒定采集速率；富集管5的另一端与质量流量计6相连；加热带9包裹在储气腔2的外壁，用于保持储气腔2在采集过程中温度恒定以防止呼出气体在储气腔2中冷凝；质量流量计6与第二微型真空泵7相连，实现对采集流量的精确控制和采集总量的累计统计；所述二氧化碳传感器3、第一微型真空泵4、质量流量计6、第二微型真空泵7、加热带9、按键模块10、显示模块11、气体冷凝装置12均与总控制电路8相连。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种人体呼出气体中VOCs和EBCs的并行采集装置，其特征在于，主要包括：吹气装置(1)、储气腔(2)、二氧化碳传感器(3)、第一微型真空泵(4)、填充吸附剂的富集管(5)、质量流量计(6)、第二微型真空泵(7)、总控制电路(8)、加热带(9)、按键模块(10)、显示模块(11)、气体冷凝装置(12)等；其中，所述吹气装置(1)连接储气腔(2)的进气口(29)，储气腔(2)的出气口(25)连接气体冷凝装置(12)；储气腔(2)的第一气体采集口(27)与二氧化碳传感器(3)相连，储气腔(2)的第二气体采集口(28)与富集管(5)的一端相连；二氧化碳传感器(3)与第一微型真空泵(4)连接；富集管(5)的另一端与质量流量计(6)相连；加热带(9)包裹在储气腔(2)的外壁，用于保持储气腔(2)在采集过程中温度恒定以防止呼出气体在储气腔(2)中冷凝；质量流量计(6)与第二微型真空泵(7)相连；所述二氧化碳传感器(3)、第一微型真空泵(4)、质量流量计(6)、第二微型真空泵(7)、加热带(9)、按键模块(10)、显示模块(11)、气体冷凝装置(12)均与总控制电路(8)相连。
【技术特征摘要】
1.一种人体呼出气体中VOCs和EBCs的并行采集装置，其特征在于，主要包括：吹气装置（1）、储气腔（2）、二氧化碳传感器（3）、第一微型真空泵（4）、填充吸附剂的富集管（5）、质量流量计（6）、第二微型真空泵（7）、总控制电路（8）、加热带（9）、按键模块（10）、显示模块（11）、气体冷凝装置（12）；其中，所述吹气装置（1）连接储气腔（2）的进气口（29），储气腔（2）的出气口（25）连接气体冷凝装置（12）；储气腔（2）的第一气体采集口（27）与二氧化碳传感器（3）相连，储气腔（2）的第二气体采集口（28）与富集管（5）的一端相连；二氧化碳传感器（3）与第一微型真空泵（4）连接；富集管（5）的另一端与质量流量计（6）相连；加热带（9）包裹在储气腔（2）的外壁，用于保持储气腔（2）在采集过程中温度恒定以防止呼出气体在储气腔（2）中冷凝；质量流量计（6）与第二微型真空泵（7）相连；所述二氧化碳传感器（3）、第一微型真空泵（4）、质量流量计（6）、第二微型真空泵（7）、加热带（9）、按键模块（10）、显示模块（11）、气体冷凝装置（12）均与总控制电路（8）相连；所述吹气装置（1）由第一单向阀（13）、第二单向阀（14）、咬嘴（15）和三通阀（16）组成；三通阀（16）的三个接口与第一单向阀（13）、第二单向阀（14）、咬嘴（15）相连；所述第一单向阀（13）使气流只进不出，第二单向阀（14）使气流只出不进；所述第二单向阀（14）与储气腔（2）的进气口（29）相连；所述第一单向阀（13）、第二单向阀（14）结构相同，均包括单向阀出气端（17）、单向阀进气端（18）和带孔的软性薄膜（19）；所述单向阀出气端（17）为中空柱状结构，单向阀进气端（18）的一个端面开有两个半圆通孔；所述软性薄膜（19）夹在单向阀进气端（18）和单向阀出气端（17）中间，用以实现气流的单向流动；单向阀进...
【专利技术属性】
技术研发人员：王平，郎朗，邹莹畅，张希，高凡，盛佳靖，张旭升，吴谦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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