本实用新型专利技术揭示了一种利用一个气体传感器测量多种呼出气体浓度的装置,所述装置由呼出气体样品室、气体传感器、多个气体过滤器、微型气泵、阀门及管路构成的循环分析气路，利用所述装置进行分析测量时让同一呼出气体样本每次循环流经其中一个过滤器与同一个气体传感器，最后联立求解多次循环气体检测器的测定结果，确定多种呼出气体的浓度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多种呼出气体浓度进行分析测定的装置。
技术介绍
人体呼出气中含有的内源性NO、CO与H2S是国际公认的三大气体信号分子，参与并指示调节几乎所有的生理与病理过程。越来越多的研究证明，同时测定这些气体信号分子的浓度变化，可以在分子水平上深入了解许多疾病及并发症的起因和发展进程，开发更为先进的呼出气分子诊断技术。这些呼出气分子通常在ppb的浓度水平，检测要求1000倍高于市面上大多数气体传感器与分析仪器ppm的检测能力。满足ppb浓度检测要求的药监许可产品极其有限，主要包括瑞典Aerocrine公司呼出气NO测定的化学发光分析仪(NIOX)与电化学传感器(MINO)，美国Capnia公司呼出气CO测定的电化学传感器，中国尚沃医疗电子公司呼出气NO与CO测定的纳库仑传感器分析仪。目前，尚未见到可同时测定ppb浓度的呼出气NO、CO与H2S测定的产品及专利技术，包括传感器及分析仪器。基于传感器阵列的工业与环境气体检测仪可同时测定这些气体分子，但最多只能测试ppm的浓度水平，不能满足呼出气ppb浓度的测定要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是开发一种利用一个气体传感器测定多种呼出气体ppb浓度水平的装置，主要用于ppb浓度的呼出气NO、CO与H2S测定。所述装置由样品室(301)、毛细管路、Nafion管(501)、过滤器1(401)、过滤器2(402)、过滤器3(403)、气体传感器（601）、泵1（201）、泵2(202）及阀门1（101）、阀门2(102)、阀门3(104）、阀门4(105) 、阀门5(106)组成，其特征在于：所述阀门（101）、样品室（301）、阀门（102）及泵（201）通过管路串联连接；所述泵（202）、阀门（104）、Nafion管（501）、气体传感器（601）及过滤材料（402）及阀门依次连接后并联在气室（301）两端组成循环气路；通过阀门(104)、阀门(105)、阀门(106)控制气体在不同时段测量时使待测气体先经过特定的过滤器(401)或过滤器(403)过滤其中的部分或全部气体成分后再通入所述传感器进行测量;所述样品室为细长管路，分析时气体在其中的流动为活塞流；利用所述装置进行分析测量时将待测气体分别经过不同的过滤器后再通过所述气体传感器进行测量，根据多次测量结果间的关联关系，通过联立方程求解所述气体中的NO、H2S及CO浓度。其中所述气体传感器，包括电化学气体传感器、半导体气体传感器、催化燃烧式气体传感器与其它类型的气体传感器，其特征是所述的气体传感器对待测的呼出气体组分具有线性的响应。所述气体过滤材料为特定的过滤材料，其特征为：所述特定过滤器可全部或部分过滤NO、H2S，CO，且所述气体通过所述过滤材料后浓度变化率是一定的，而不过滤所述待测气体中的其它气体组分。为了减少混合气中除NO、H2S、CO外其它气体成分对测量结果产生的干扰，选择所述过滤器中至少包括一种材料可完全过滤NO、H2S、CO，而不过滤所述混合气体中的其它组分。为了能够选择性地测量混合气中NO、H2S、CO 成分，选择所述过滤材料中至少包括一种材料可至少完全过滤NO、H2S、CO中的一种成分, 而不过滤所述混合气体中的其它组分。或者选择所述过滤材料中至少包括一种材料可部分过滤NO、H2S、CO, 且所述气体通过所述过滤材料后浓度变化率是一定的，而不过滤所述混合气体中的其它组分。实现本专利技术装置进行呼气测量除了利用一个传感器可进行ppb级浓度范围的多气体测量外，它的另外一个优点是所述测量过程是在短时间内完成的，期间环境温湿度的变化较小，这些环境因素及混合气中其它气体组分对传感器基线的影响得到了有效的扣除，提高了测量准确性与可靠性。以下通过实施例对所述方法进行具体说明及验证。附图说明图1. 实施例一气路示意图。图2. 实施例一气体响应曲线。图3.呼气分析仪对25~200ppbH2S的响应曲线。图4.呼气分析仪响应与H2S浓度间的关系 (0-100ppb) 。图5. 呼气分析仪响应与H2S浓度间的关系 (0-1500ppb) 。图6.呼气分析仪对NO的响应（0~1000ppb) 。图7. 呼气分析仪对NO响应的线性关系（0~1000ppb) 。图8. H2S, NO混合气测量曲线。图9.混合气测量NO浓度与配气浓度间关系。图10.混合气测量H2S浓度与配气浓度间关系。图11.呼气分析仪口抽气测试曲线 (采集速率185mL/min) 。图12. 实施例二气路示意图。具体实施方式一个气体传感器在测定一种气体时，难免受到空气或呼气中其它气体的干扰。这种干扰通常在ppb的浓度水平，对ppm浓度的工业与环境气体测定可以忽略，但对ppb浓度的呼气测定则影响显著。解决这些问题通常的做法是：（1）改进现有的或开发新的气敏或催化元件，提高传感器的灵敏性与选择性或抗干扰能力与（2）开发新的过滤或分离材料，测试前去除干扰气体。这些方法虽然对呼出气NO测定或NO与CO的测定已经成功，例如尚沃的纳库仑呼气分析仪，但对NO、H2S与CO的同时测定却存在很大的难度，尤其是很难寻找或开发一种仅对H2S气体响应的传感器或过滤掉所有干扰H2S测定的气体过滤材料，与NO及CO传感器构成一个阵列进行三种气体的同时测定。例如，经过电极及结构改进的三电极电化学气体传感器可以测定ppb浓度的H2S，但呼气中其它组分也会有ppb量级的干扰，一个例子如表1所示。表一.呼气组成对电化学H2S气体传感器的干扰水平。 呼出气常见组成对应的H2S浓度5%CO210ppb10 ppm CO60ppb100 ppb NO50ppb如果采用过滤材料去除干扰气体，通常会同时去除多种要测的气体，一个例子如表2所示。 H2SNOCO活性氧化铝完全去除部分去除不去除活性氧化锌完全去除部分去除不去除高锰酸钾完全去除完全去除微量去除活性碳完全去除部分去除不去除铂黑氧化铝完全去除完全去除完全去除为采用解决目前技术的缺陷，本专利技术提出了一个利用一种气体传感器测量多种呼出气浓度的方法与装置用于测量呼出气中H2S、 NO、CO的浓度。该方法简述如下：1）将待测气体通入所述的气体传感器进行测量，此时传感器响应方程为：I1 =KH2SCH2S + KNOCNO + KCOCCO+ Ib (1)其中：I1为传感器对待测气体中所有活性成分的响应电流，KH2S、 KNO、KCO分别为传感器对H2S、 NO及CO响应的灵敏度，CH2S、CNO及CCO 分别为待测气体中H2S、 NO及CO的浓度，Ib为传感器零点电流。2）将待测气体经过填充ZnO材料的过滤器后，再通入所述传感器进行测量，此时传感器响应为：I2=KH2SC1H2S + KNOC1NO + KCOC1CO + Ib (2a)其中：C1H2S为气体经过ZnO过滤器后H2S浓度C1NO为气体经过ZnO过滤器后NO浓度C1CO为气体经过ZnO过滤器后CO浓度由于ZnO过滤器部分过滤NO及H2S， 基本不过滤CO，因而有C1CO = CCO,公式（2a）可写成：I2=KH2SC1H2S + KNOC1NO + KCOCCO + Ib (2b)3）将待测气体经过填充KMnO4材料的过滤器后，再通入所述气体传感器进行测量，此时传感本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用一个气体传感器测量多种呼出气体浓度的装置，所述装置由样品室(301)、毛细管路、Nafion管(501)、过滤器1(401)、过滤器2(402)、过滤器3(403) 、气体传感器（601）、泵1（201）、泵2(202）及阀门1（101）、阀门2(102)、阀门3(104）阀门4(105) 、阀门5(106)组成，其特征在于：所述阀门1（101）、样品室（301）、阀门2（102）及泵1（201）通过管路串联连接；所述泵2（202）、阀门3（104）、Nafion管（501）、气体传感器（601）及过滤器2（402）及阀门依次连接后并联在样品室（301）两端组成循环气路；通过阀门3(104)、阀门4(105)、阀门5(106)控制气体在不同时段测量时使待测气体先经过特定的过滤器1(401)或过滤器3(403)过滤其中的部分或全部气体成分后再通入所述传感器进行测量;所述样品室为细长管路，分析时气体在其中的流动为活塞流；所述气体传感器的特征为：所述气体传感器对待测的呼出气体组分具有线性的响应, 所述的气体传感器包括电化学气体传感器、半导体气体传感器、催化燃烧式气体传感器。
【技术特征摘要】
1.一种利用一个气体传感器测量多种呼出气体浓度的装置，所述装置由样品室(301)、毛细管路、Nafion管(501)、过滤器1(401)、过滤器2(402)、过滤器3(403) 、气体传感器（601）、泵1（201）、泵2(202）及阀门1（101）、阀门2(102)、阀门3(104）阀门4(105) 、阀门5(106)组成，其特征在于：所述阀门1（101）、样品室（301）、阀门2（102）及泵1（201）通过管路串联连接；所述泵2（202）、阀门3（104）、Nafion管（501）、气体传感器（601）及过滤器2（402）及阀门依次连接后并联在样品室（301）两端组成循环气路；通过阀门3(104)、阀门4(105)、阀门5(106)控制气体在不同时段测量时使待测气体先经过特定的过滤器1(401)或过滤器3(403)过滤其中的部分或全部气体成分后再通入所述传感器进行测量;所述样品室为细长管路，分析时气体在其中...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢雷，韩杰，
申请(专利权)人：无锡市尚沃医疗电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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