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一種銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)、方法及應(yīng)用與流程

文檔序號(hào):12796926閱讀:344來源:國(guó)知局
一種銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)、方法及應(yīng)用與流程
本發(fā)明屬于傳感及離子濃度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng),還涉及利用該系統(tǒng)進(jìn)行銨離子濃度檢測(cè)的方法,以及該檢測(cè)系統(tǒng)在透析領(lǐng)域中的應(yīng)用。

背景技術(shù):
透析是已經(jīng)喪失大部分或全部腎功能患者的腎臟替代療法,主要利用腹膜或透析器將體內(nèi)血液中的毒素?cái)U(kuò)散到外部透析液中,并排出過量體液,維護(hù)體內(nèi)電解質(zhì)平衡。傳統(tǒng)的透析機(jī)體積龐大,能耗高,透析液一次性的與血液交換,因而透析過程中需要連續(xù)的清潔水源,一次治療需要耗水60~200L左右,治療的便利性差。利用吸附劑對(duì)透析液再生,循環(huán)使用,不需要外加水源,可以極大地減小透析機(jī)的尺寸,有利于透析機(jī)向便攜式或可穿戴式方向發(fā)展。在透析過程中,透析液從血液中交換出大量的有毒物質(zhì),包括尿素、肌酐、尿酸及有害的蛋白分子。透析液的再生過程,就是利用吸附劑移除這些有毒物質(zhì)并調(diào)節(jié)各種離子濃度的過程。吸附劑主要由脲酶、磷酸鋯、氧化鋯離子交換樹脂及活性炭組成?;钚蕴靠梢晕酱蠖鄶?shù)的有害物質(zhì),而尿素需要先通過脲酶分解為碳酸氨,再通過磷酸鋯陽離子交換樹脂進(jìn)行清除,有害的陰離子則可以通過氧化鋯進(jìn)行清除。當(dāng)透析液流過磷酸鋯離子交換樹脂時(shí),透析液含有的各種陽離子都會(huì)被磷酸鋯吸附,交換出鈉和氫離子,再生的透析液中主要含有Na+和H+兩種陽離子,這為隨后調(diào)配透析液的離子濃度到生理范圍提供了基礎(chǔ)。磷酸鋯吸附柱具有優(yōu)異的離子交換能力和較大的交換容量,但是一旦離子交換容量被突破后或者離子交換柱工作不正常時(shí),NH4+、K+、Ca2+和Mg2+就會(huì)從吸附柱中流出,引起血液中各種陽離子離子濃度超過正常的生理范圍,危害病人的健康,引發(fā)重大的醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)。因而透析液再生系統(tǒng)中需要安裝離子傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)透析液中的離子濃度。由于銨離子在人體的允許濃度小于70uM,遠(yuǎn)低于K+、Ca2+和Mg2+離子的生理濃度,因而在透析液再生系統(tǒng)中,通常通過監(jiān)測(cè)再生透析液中的銨離子濃度,檢驗(yàn)吸附柱是否正常工作或耗盡?;谕肝鲆涸傺h(huán)技術(shù),已有多家公司公開了可應(yīng)用于便攜式或穿戴式透析的方案,比如美敦力公司(WO2013019994),貝克斯特公司(WO2013109922),弗雷塞尼斯(CN200980143456),雷納爾公司(US0144660),淡馬錫公司(WO2009157877)等。在這些公開的方案中,在線監(jiān)測(cè)透析液中銨離子濃度是必不可少的部分。然而,在這些方案中,缺乏明確的銨離子傳感器實(shí)施方式。在早期的透析液再生系統(tǒng)中,銨離子濃度通過手動(dòng)的方式,利用試紙進(jìn)行監(jiān)測(cè),基于試紙顏色的變化,對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)色圖后確定銨離子濃度。該方法不僅操作復(fù)雜,還需要在開放的體系中進(jìn)行,難以避免環(huán)境中的微生物造成污染。同時(shí),人眼對(duì)顏色微小的變化并不敏感,難以給出正確的判斷。后來,美國(guó)專利US2003/0113931公開了將顯色指示劑涂在憎水膜上,安置在透析液管路中,基于銨離子濃度變化進(jìn)行顯色,采用光學(xué)檢測(cè)器根據(jù)顏色的變化采集信號(hào),處理后得到銨離子濃度。該方法中采用的顯色指示劑有可能進(jìn)入透析液中造成污染。監(jiān)測(cè)信號(hào)受透析液中的pH值影響較大,需要調(diào)節(jié)pH值,且光學(xué)信號(hào)監(jiān)測(cè)和處理系統(tǒng)復(fù)雜。利用氣液分離膜,將氨氣從透析液中分出來,再與顯色劑反應(yīng),通過收集光學(xué)信號(hào)的強(qiáng)度,監(jiān)測(cè)銨離子濃度的變化是研究比較多的方案,如US2007/0161113,WO2007/082565和WO2013070172。然而,透析液中含有大量的有機(jī)化合物(氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)、糖等),極大的限制了氣液分離膜的使用壽命;同時(shí)在生理?xiàng)l件下,透析液中氨氣含量大約是氨/銨總含量的1%,因而僅有極微量地氨氣能透過氣液分離膜進(jìn)入檢測(cè)器中,對(duì)檢測(cè)靈敏度和最低檢測(cè)限要求非常高。為了達(dá)到最低檢測(cè)限,透析液中必需含有足夠高的銨離子,通常超過生理允許的濃度范圍。該類銨離子的檢測(cè)裝置系統(tǒng)復(fù)雜,數(shù)據(jù)處理和信號(hào)檢測(cè)的電子部分相當(dāng)龐大,為了提高靈敏度有時(shí)還需加裝載氣裝置,不便于應(yīng)用在攜式或穿戴式透析器上。通過電導(dǎo)率或pH值變化檢測(cè)離子濃度是一種成熟的方法,儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,易于操作。然而,透析液中含有大量的電解質(zhì),對(duì)銨離子檢測(cè)存在強(qiáng)的干擾,很難直接檢測(cè)銨離子濃度。美敦力公司(WO2013019994)公開了通過檢測(cè)吸附柱前后電導(dǎo)率的變化,推測(cè)吸附柱清除尿素的量和吸附柱離子交換能力是否耗盡的方案,然而該方案并不能指示銨離子流出的濃度是否超過最大限度,也不能準(zhǔn)確判定吸附柱是否工作正常,不能作為銨離子檢測(cè)裝置??傊?,在線監(jiān)測(cè)透析液中微量的氨/銨是一件具有挑戰(zhàn)性的工作,可用于透析液中的銨離子傳感器不足,且多數(shù)設(shè)備復(fù)雜、體積大,操作復(fù)雜,不便于應(yīng)用于便攜式或穿戴式透析器中。因此,在開發(fā)便攜式或穿戴式透析機(jī)中,需要提供一種體積小、操作簡(jiǎn)潔、測(cè)試穩(wěn)定的方案和設(shè)備,用于在線檢測(cè)透析液中的銨離子濃度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的第一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足,提供一種銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng),包括順次連接的取樣裝置、酸堿調(diào)節(jié)裝置、氨氣發(fā)生裝置、氨氣檢測(cè)裝置;所述氨氣檢測(cè)裝置包括氨氣檢測(cè)池,以及位于所述氨氣檢測(cè)池內(nèi)的吸收液和浸入所述吸收液內(nèi)的傳感器。本發(fā)明所述檢測(cè)系統(tǒng)的工作過程為:取樣裝置采集待測(cè)樣品,通過酸堿調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)樣品的pH為7~14,然后樣品進(jìn)入氨氣發(fā)生裝置中,銨離子轉(zhuǎn)化為氨氣,氨氣進(jìn)入氨氣檢測(cè)裝置中,通過傳感器檢測(cè)吸收液吸收氨氣后的變化,傳感樣品溶液中銨根離子的濃度。由于氨氣極易溶于水,通常需要采用負(fù)壓的方式將氨氣從水中分離出來,在一種具體的實(shí)施方式中,氨氣自所述氨氣發(fā)生裝置經(jīng)負(fù)壓泵傳至所述氨氣檢測(cè)裝置,其具體工作方式為:在檢測(cè)時(shí),負(fù)壓泵將氨氣發(fā)生池上的空氣抽出,形成負(fù)壓,氨氣進(jìn)入氨氣檢測(cè)池。采用負(fù)壓的方式對(duì)氨氣進(jìn)行分離對(duì)設(shè)備的氣密性要求較高,為了克服該缺陷,在另一種具體的實(shí)施方式中,氨氣自所述氨氣發(fā)生裝置經(jīng)氣體循環(huán)泵傳至所述氨氣檢測(cè)裝置,其具體工作方式為:通過氣體循環(huán)泵的循環(huán)鼓氣,將氨氣從透析液中分離出來,然后氨氣進(jìn)入氨氣檢測(cè)池。該方案可在常壓下進(jìn)行,對(duì)設(shè)備的氣密性要求低,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了便于氨氣的分離,在一種具體的實(shí)施方式中,所述氨氣發(fā)生裝置包括氨氣發(fā)生池,其上設(shè)有位于所述氨氣發(fā)生池內(nèi)液體液面以上的出氣口,氨氣檢測(cè)池上設(shè)有位于池內(nèi)液體液面以下的進(jìn)氣口,氨氣從進(jìn)氣口進(jìn)入,能夠與吸收液充分作用,確保測(cè)定結(jié)果的精準(zhǔn)性。在另一種具體的實(shí)施方式中,氨氣檢測(cè)池上還設(shè)置有出氣口Ⅱ,氨氣發(fā)生池還設(shè)置有進(jìn)氣口Ⅰ,出氣口Ⅱ與進(jìn)氣口Ⅰ同樣通過管路連通,且在管路上設(shè)置有閥門。當(dāng)打開閥門時(shí),氨氣檢測(cè)池中的氣體可以返回到氨氣發(fā)生池中,繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)。所述傳感器可采用本領(lǐng)域公知的傳感器,例如可采用化學(xué)傳感器(例如化學(xué)敏感材料和基體制成的傳感器、pH敏感比色材料制成的傳感器等)、電子傳感器(例如基于半導(dǎo)體的傳感器、納米顆粒傳感器、納米線傳感器、碳納米管傳感器、石墨烯傳感器等)或生物傳感器中的一種或多種的組合。本發(fā)明優(yōu)選所述傳感器為電導(dǎo)電極或pH電極,電極位于氨氣檢測(cè)池中,通過本領(lǐng)域常規(guī)的技術(shù)手段使得電極與電解池保持良好的密封性。所述吸收液為去離子水或純凈水或含電解質(zhì)的水溶液,具體應(yīng)用過程中,依據(jù)選擇的電極來確定合適的吸收液。所述電解質(zhì)可選自能提供質(zhì)子的酸或能與氨形成絡(luò)合物的鹽。所述能提供質(zhì)子的酸可選自硫酸、磷酸、硝酸、含鹵素的酸、硼酸、磺酸類同系物、膦酸類化合物、羧酸類化合物、硫酸氫鹽、磷酸二氫鹽、磷酸氫二鹽中的一種或多種。所述能與氨形成絡(luò)合物的鹽可選自鐵、鈷、鎳、銅、鋅或銀離子化合物中的一種或多種,所述鐵、鈷、鎳、銅、鋅或銀離子化合物,具體可為氯化鐵、氯化鋅、氯化銅、氯化銀、硫酸鐵、硫酸銅中的一種,優(yōu)選其濃度為10uM~1mM。當(dāng)以電導(dǎo)電極作為傳感器時(shí),優(yōu)選吸收液為強(qiáng)酸溶液或氯化鐵溶液,所述強(qiáng)酸溶液可選自鹽酸溶液、磷酸溶液,硫酸溶液,進(jìn)一步優(yōu)選高沸點(diǎn)的強(qiáng)酸溶液,如磷酸、硫酸、高氯酸溶液等,濃度為10uM~1M。以質(zhì)子酸作為吸收液時(shí),吸收氨氣后,氨氣檢測(cè)池中溶液的離子性質(zhì)發(fā)生變化,引起電導(dǎo)率發(fā)生變化。例如,當(dāng)氨氣檢測(cè)池中為稀鹽酸溶液時(shí),氨氣檢測(cè)池的電導(dǎo)率由氫離子和氯離子決定。吸收氨氣后,部分氫離子變成銨離子,氯離子濃度保持不變,而氫離子的極限摩爾電導(dǎo)率是銨離子的5倍左右(25℃),因而溶液的電導(dǎo)率會(huì)減小,基于溶液電導(dǎo)減小的幅度可以計(jì)算出銨離子濃度。本申請(qǐng)的發(fā)明人分別以鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸為吸收液,測(cè)試了四種酸與對(duì)應(yīng)銨鹽的電導(dǎo)率(結(jié)果如圖5所示),發(fā)現(xiàn)相同濃度的強(qiáng)酸比其銨鹽的電導(dǎo)率大,該差值與濃度相關(guān),與強(qiáng)酸的種類關(guān)系不大。而對(duì)于弱酸,由于僅部分酸發(fā)生離解,酸和對(duì)應(yīng)的銨鹽電導(dǎo)差值不大,因此,適宜選擇強(qiáng)酸溶液作為吸收液。以電導(dǎo)電極作為傳感器進(jìn)行檢測(cè)時(shí),氨氣檢測(cè)池中的吸收液可以一次性添加,也可以間歇式添加,還可以采用連續(xù)流動(dòng)式添加。通過對(duì)比電導(dǎo)值的變化,可以確定檢測(cè)池中吸收液是否耗盡。例如:100uM鹽酸水溶液的電導(dǎo)值為41.7us/cm,而相同濃度的氯化銨電導(dǎo)值為16.8us/cm。如采用100uM鹽酸為吸收液時(shí),當(dāng)檢測(cè)池降低到接近16.8us/cm時(shí),表明吸收液耗盡,需要置換吸收液。當(dāng)以pH電極作為傳感器時(shí),所述吸收液可選自純凈水或強(qiáng)酸溶液,優(yōu)選為純凈水。以純凈水為吸收液時(shí),在檢測(cè)過程中需要確保吸收液的pH不超過7.0。以純水作為吸收液時(shí),氨氣呈堿性,溶于水后,溶液的pH值會(huì)發(fā)生變化,基于pH值的變化可計(jì)算出銨離子的濃度。本申請(qǐng)的發(fā)明人以純水為吸收液進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)(結(jié)果如圖10所示),發(fā)現(xiàn)在氣體循環(huán)過程中,去離子水吸收氨后pH值變化,且pH變化與氨的量有關(guān)。當(dāng)沒有氨的時(shí)候,溶液的pH值略微降低,出現(xiàn)氨后,水的pH值增加,且與氨水濃度相關(guān)。發(fā)明人選取氣體循環(huán)第2分鐘時(shí)的pH變化率與氨濃度作圖,pH變化率與氨濃度成線性關(guān)系。但是當(dāng)吸收液的pH值超過7以后,溶液的pH值變化率先增大,隨后迅速降低。由于pH變化率與氨水濃度相關(guān)性復(fù)雜,因而采用pH變化率檢測(cè)氨濃度,需要控制吸收液中的pH在一定范圍內(nèi),一般不超過7.0。以pH電極作為傳感器時(shí),除了采用純水外,還可以采用含電解質(zhì)的水溶液作為吸收液。例如,采用酸作為吸收液,利用吸收氨后溶液pH值的變化,也可以進(jìn)行氨濃度傳感。本申請(qǐng)的發(fā)明人以稀鹽酸為吸收液進(jìn)行了測(cè)試(結(jié)果如圖11所示),發(fā)現(xiàn)在相同的測(cè)試條件下,與純水相比,稀鹽酸pH值變化率較小。pH變化率僅在有限的范圍內(nèi)與氨濃度成線性關(guān)系。對(duì)于弱酸、中強(qiáng)酸或多元酸,吸收氨后,形成緩沖體系,pH變化受到抑制,不能準(zhǔn)確指示氨濃度。因此,以pH電極為傳感器時(shí),優(yōu)選以純水作為吸收液。與電導(dǎo)電極一樣,氨氣檢測(cè)池中的吸收液可以一次性添加,也可以間歇式添加,還可以采用連續(xù)流動(dòng)式添加。為了確保檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度,本發(fā)明優(yōu)選氨氣檢測(cè)裝置、氨氣發(fā)生裝置、連接二者的管路的材質(zhì)均不與氨氣發(fā)生反應(yīng),也不吸收氨氣。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中,為了避免透析液進(jìn)入氣體循環(huán)體系中,在氨氣發(fā)生池和/或氨氣檢測(cè)池中設(shè)置有氣液分離膜或隔板,所述氣液分離膜可采用本領(lǐng)域常規(guī)的膜,本發(fā)明優(yōu)選采用憎水膜,如孔徑為0.1~10um的聚四氟乙烯膜;所述隔板為微孔憎水板,如0.1~50um孔徑的聚丙烯板(pp板)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,由于電導(dǎo)率與溫度相關(guān),為了避免氣體循環(huán)時(shí),氨氣發(fā)生池與氨氣檢測(cè)池溫度變化引起的誤差,確保測(cè)定結(jié)果的精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性,氨氣發(fā)生池和氨氣檢測(cè)池要處于穩(wěn)定的溫度環(huán)境中,因此,該系統(tǒng)進(jìn)一步包括溫度調(diào)節(jié)裝置,所述溫度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)控氨氣發(fā)生裝置和氨氣檢測(cè)裝置的溫度。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中,所述檢測(cè)系統(tǒng)還包括與檢測(cè)系統(tǒng)中的各個(gè)裝置相連接的電子處理器,所述電子處理器從各個(gè)裝置處獲得讀數(shù)、處理讀數(shù)、和/或在讀數(shù)超過預(yù)定閾值時(shí)觸發(fā)警報(bào)。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供上述任意一種檢測(cè)系統(tǒng)在透析中的應(yīng)用。所述透析包括血液透析和腹膜透析。本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種包括上述任意一種檢測(cè)系統(tǒng)的透析設(shè)備,所述透析設(shè)備包括透析液再生系統(tǒng),所述透析液再生系統(tǒng)的透析液流動(dòng)管路上設(shè)有透析液再生系統(tǒng)吸附柱,所述透析液再生系統(tǒng)吸附柱沿透析液流動(dòng)方向的下端設(shè)有外流的出液口,所述出液口與所述銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)的取樣裝置相連接。所述透析液再生系統(tǒng)吸附柱為透析領(lǐng)域常用的吸附柱,主要由活性炭層、脲酶層、磷酸鋯層和氧化鋯層組成。其中,透析液可連續(xù)的流過氨氣發(fā)生裝置,實(shí)現(xiàn)銨離子濃度的連續(xù)在線檢測(cè)。或者,透析液可間歇的流過氨氣發(fā)生裝置,實(shí)現(xiàn)銨離子濃度的間歇式在線檢測(cè)。優(yōu)選所述透析設(shè)備為便攜式或穿戴式血液透析機(jī)。為了確保透析的安全性,本發(fā)明所述透析設(shè)備還包括至少一根銨離子吸附柱,所述銨離子吸附柱位于所述出液口沿透析液流動(dòng)方向的下端。所述銨離子吸附柱填充有離子交換和吸附的材料,所述材料為包括基于鋯基、鎂基或鈣基的磷酸鹽、鹽酸鹽和氧化物中的一種或多種的組合,優(yōu)選為磷酸鋯和氧化鋯,或磷酸鋯、氧化鋯和活性炭;填充量可以根據(jù)檢測(cè)限和響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整,通常在10~200g。所述銨離子吸附柱的工作原理為:一旦透析液再生系統(tǒng)吸附柱工作不正?;蛭戒@離子能力耗盡時(shí),過量的銨離子可以被銨離子吸附柱清除。因而在兩個(gè)吸附柱之間的透析液中,銨離子濃度可以超過與血液交換所允許的最高濃度。該種手段一方面可以降低檢測(cè)系統(tǒng)最低檢測(cè)限的要求,另一方面可以避免銨離子檢測(cè)延時(shí)時(shí),血液透析液中銨離子濃度超標(biāo)對(duì)人體造成的危險(xiǎn)。為了進(jìn)一步確保透析的安全性,所述透析設(shè)備還包括將透析液回流至所述透析液再生吸附柱的旁路,所述旁路的進(jìn)液口位于所述出液口和所述銨離子吸附柱之間。該旁路的工作原理為:銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到銨離子濃度超標(biāo)時(shí),透析設(shè)備控制設(shè)于透析液再生系統(tǒng)管路上的閥門(如三通閥)切換,使得超標(biāo)的透析液經(jīng)由該旁路重新回流至透析液再生吸附柱進(jìn)行銨離子吸附。本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種檢測(cè)透析液中銨離子濃度的方法,具體為:取透析液樣品,調(diào)整其pH值為7~14,然后將所述樣品導(dǎo)入氨氣發(fā)生裝置使銨根離子轉(zhuǎn)化為氨氣,將所述氨氣轉(zhuǎn)移至氨氣檢測(cè)裝置內(nèi),通過傳感器檢測(cè)吸收液吸收氨氣后電導(dǎo)率或pH值的變化,得到透析液中銨離子濃度。優(yōu)選地,為了精準(zhǔn)測(cè)定銨根離子濃度,檢測(cè)過程中,控制氣體傳輸速度為0.5~500mL/min,優(yōu)選為50~100mL/min。氣體流量過大容易導(dǎo)致吸收液中存在大量的氣泡,會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行干擾。優(yōu)選地,檢測(cè)過程中,控制氨氣發(fā)生裝置和氨氣檢測(cè)裝置的溫度為35-37℃。優(yōu)選地,調(diào)節(jié)樣品的pH值為9~12。其中,使用堿液調(diào)節(jié)樣品的pH值,所述堿液為堿性化合物的水溶液,所述堿性化合物指堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽、碳酸氫鹽、磷酸鹽、磷酸氫鹽、氫氧化物或氧化物中的一種或多種的組合,本發(fā)明優(yōu)選所述堿性化合物為碳酸鈉、磷酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀、磷酸鉀或氫氧化鉀。本發(fā)明所述的檢測(cè)系統(tǒng)能夠以極低的檢出限對(duì)透析液中的銨根離子濃度進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到銨根離子濃度超標(biāo)后,系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警,阻止透析液與血液的交換,透析液經(jīng)過吸附柱發(fā)生循環(huán)直至銨根離子濃度在安全范圍時(shí),透析液與血液繼續(xù)交換,檢測(cè)系統(tǒng)重新工作,從而避免銨根離子超標(biāo)對(duì)人體造成的傷害,將檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到透析機(jī)時(shí),體積小,攜帶方便。附圖說明圖1a是采用本發(fā)明所述檢測(cè)系統(tǒng)的一種透析設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖1b是采用本發(fā)明所述檢測(cè)系統(tǒng)的另一種透析設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是含電導(dǎo)電極/pH電極的檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是氨氣發(fā)生池和氨氣檢測(cè)池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5a,5b,5c,5d分別為鹽酸、硫酸、磷酸、醋酸與對(duì)應(yīng)銨鹽的電導(dǎo)率圖。圖6a是氣體循環(huán)過程中硫酸溶液的電導(dǎo)率變化圖。圖6b是硫酸溶液電導(dǎo)率變化與銨離子濃度關(guān)系,其中,氣體流量50mL/min,循環(huán)2min。圖7a是氨連續(xù)流動(dòng)時(shí)硫酸溶液電導(dǎo)變化率,其中,氣體流量50mL/min,循環(huán)4min。圖7b是氨連續(xù)流動(dòng)時(shí)硫酸溶液電導(dǎo)累計(jì)變化率圖,其中,氣體流量50mL/min,循環(huán)4min。圖8是氯化鐵溶液電導(dǎo)變化率與氨濃度關(guān)系圖,其中,氣體流量100mL/min,循環(huán)4min。圖9是氯化鐵溶液電導(dǎo)變化率與氣體循環(huán)速度關(guān)系,氣體循環(huán)2min。圖10是純水pH變化率與氨濃度關(guān)系圖,其中,氣體流量50mL/min,循環(huán)2min。圖11是鹽酸溶液(100uM)pH變化率與氨濃度關(guān)系圖,其中,氣體流量50mL/min,循環(huán)2min。圖中:100-透析液再生系統(tǒng)吸附柱;101-銨離子吸附柱;200-檢測(cè)系統(tǒng);201-取樣泵;202-堿液動(dòng)力泵;203-閥門Ⅰ;204-氣體循環(huán)泵;205-閥門Ⅱ;206-閥門Ⅲ;207-吸收液動(dòng)力泵;211-堿液儲(chǔ)罐;212-氨氣發(fā)生池;213-氨氣檢測(cè)池;214-吸收液儲(chǔ)罐;220-電導(dǎo)電極/pH電極;301-B液儲(chǔ)罐;302-A液儲(chǔ)罐,303-廢液罐。具體實(shí)施方式以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。以下實(shí)施例中涉及到的原料均可市購(gòu)獲得,涉及到的操作如無特殊說明均為本領(lǐng)域常規(guī)操作。實(shí)施例1一種銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)所述銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖2。圖2方框內(nèi)的結(jié)構(gòu)即為檢測(cè)系統(tǒng)200,包括順次連接的取樣裝置,酸堿調(diào)節(jié)裝置,氨氣發(fā)生裝置和氨氣檢測(cè)裝置。取樣裝置包括一取樣泵201,用于采集樣品;酸堿調(diào)節(jié)裝置包括一堿液儲(chǔ)罐211,以及堿液動(dòng)力泵202,用于向樣品中添加堿液,調(diào)節(jié)其pH為7~14;氨氣發(fā)生裝置包括一氨氣發(fā)生池212,氨氣發(fā)生池212上設(shè)置有位于池內(nèi)液體液面以下的進(jìn)液口Ⅰ、出液口Ⅰ和進(jìn)氣口Ⅰ,以及位于液體液面以上的出氣口Ⅰ,所述進(jìn)液口Ⅰ與所述酸堿調(diào)節(jié)裝置相連通;氨氣檢測(cè)裝置包括一氨氣檢測(cè)池213,其上設(shè)置有位于池內(nèi)液體液面以下的進(jìn)液口Ⅱ、出液口Ⅱ和進(jìn)氣口II,以及位于池內(nèi)液體液面以上的出氣口Ⅱ。氨氣檢測(cè)池213內(nèi)盛放有吸收液,以及浸在所述吸收液內(nèi)的傳感器(圖中未示出);氣體循環(huán)泵204位于連通出氣口Ⅰ和進(jìn)氣口II的管路上。從圖中可以看出,出氣口Ⅱ與進(jìn)氣口Ⅰ之間通過管路連通,且管路上設(shè)置有閥門Ⅱ205;出液口Ⅰ經(jīng)由管路可將液體排出檢測(cè)系統(tǒng)之外,該管路上設(shè)置有閥門Ⅰ203。該裝置的工作過程為:取樣裝置從待測(cè)液中采集樣品,酸堿調(diào)節(jié)裝置向所述樣品中加入堿液調(diào)節(jié)其pH值為7~14,然后所述樣品進(jìn)入氨氣發(fā)生裝置內(nèi),銨根離子轉(zhuǎn)化為氨氣,氨氣經(jīng)由氣體循環(huán)泵轉(zhuǎn)移至氨氣檢測(cè)裝置內(nèi),通過傳感器檢測(cè)吸收液吸收氨氣后電導(dǎo)率或pH值的變化,得到透析液中銨離子濃度。實(shí)施例2一種銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)該實(shí)施例所述的銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上做出的進(jìn)一步改進(jìn),具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖3和圖4,該檢測(cè)系統(tǒng)增加了補(bǔ)加吸收液的裝置,具體包括一吸收液儲(chǔ)罐214和吸收液動(dòng)力泵207,用于在檢測(cè)過程中連續(xù)或間歇地向氨氣檢測(cè)池213中補(bǔ)加吸收液。該檢測(cè)系統(tǒng)中,氨氣發(fā)生池的長(zhǎng)、寬約為50mm,高約為10mm,氨氣檢測(cè)池的尺寸與氨氣發(fā)生池的尺寸相當(dāng),且氨氣檢測(cè)池213的出液口Ⅱ經(jīng)由管路與外界連通,且管路上設(shè)置有閥門Ⅲ206。實(shí)施例3一種銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)該實(shí)施例所述的銨離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)是在實(shí)施例1或?qū)嵤├?的基礎(chǔ)上做出的進(jìn)一步改進(jìn),增加了用于控制氨氣檢測(cè)池213和氨氣發(fā)生池212溫度的溫度調(diào)節(jié)裝置和用于調(diào)控檢測(cè)系統(tǒng)的電子處理器。實(shí)施例4一種透析設(shè)備該實(shí)施例所述的透析設(shè)備的結(jié)構(gòu)具體請(qǐng)參考圖1a,該透析設(shè)備包括透析液再生系統(tǒng),透析液再生系統(tǒng)的管路上設(shè)置有透析液再生吸附柱100和銨離子吸附柱101,兩根吸附柱之間的管路上設(shè)置一用于透析液外流的出液口,該出液口與檢測(cè)系統(tǒng)的取樣裝置連接,用于從透析液中采集樣品,進(jìn)行銨離子濃度檢測(cè);所述銨離子吸附柱101沿透析液流動(dòng)方向的下端設(shè)有pH調(diào)節(jié)器和電導(dǎo)率調(diào)節(jié)器,所述pH調(diào)節(jié)器包括A液儲(chǔ)罐301和加液泵,所述A液儲(chǔ)罐內(nèi)盛放有pH調(diào)節(jié)液;所述電導(dǎo)率調(diào)節(jié)器包括B液儲(chǔ)罐302和加液泵,所述B液儲(chǔ)罐內(nèi)盛放有電解質(zhì)調(diào)節(jié)液;該透析設(shè)備還包括一廢液罐303,所述廢液罐303用于接收來自銨離子檢測(cè)裝置200的廢液,和超濾后的廢液。透析的過程為:透析液與血液交換后,進(jìn)入透析液再生吸附柱100后,各種有毒物質(zhì)被移除,對(duì)流經(jīng)透析液再生吸附柱100的透析液進(jìn)行取樣,檢測(cè)透析液中銨離子濃度。同時(shí),透析液流經(jīng)銨離子吸附柱101,通過調(diào)節(jié)pH值和電導(dǎo)率,合格后再進(jìn)入透析器中與血液交換。實(shí)施例5一種透析設(shè)備該實(shí)施例所述的透析設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參考圖1b,該透析設(shè)備與實(shí)施例4的透析設(shè)備的區(qū)別僅在于:包括用于透析液回流的旁路,該旁路的進(jìn)液口位于出液口和銨離子吸附柱之間。透析的過程為:當(dāng)檢測(cè)出透析液中銨離子濃度超標(biāo)后,透析液經(jīng)旁路重回透析液再生吸附柱100,進(jìn)一步清除銨離子。以下通過實(shí)驗(yàn)例進(jìn)一步說明本發(fā)明的效果。實(shí)驗(yàn)例1檢測(cè)系統(tǒng)的可行性驗(yàn)證檢測(cè)裝置:實(shí)施例1所述的檢測(cè)系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)參考圖2),采用電導(dǎo)電極為傳感器,硫酸溶液為吸收液。檢測(cè)方法:分別向氨氣發(fā)生池212和氨氣檢測(cè)池213中加入氨溶液(2mL,pH>11.0)和硫酸溶液(5mL,50uM)。利用氣體循環(huán)泵204將氨氣發(fā)生池212中的氣體抽到氨氣檢測(cè)池213中,同時(shí)打開閥門Ⅱ205,讓氨氣檢測(cè)池213中的氣體回到氨氣發(fā)生池212中,氣體循環(huán)流量為50mL/min,循環(huán)一段時(shí)間,記錄氨氣檢測(cè)池213的電導(dǎo)率變化過程,結(jié)果列入圖6a和6b中。檢測(cè)結(jié)果:圖6a列出了氣體循環(huán)10min過程中,稀硫酸電導(dǎo)變化率(每分鐘電導(dǎo)變化值)、氨濃度及氣體循環(huán)時(shí)間的關(guān)系。在氣體循環(huán)2min后,氨氣檢測(cè)池中的電導(dǎo)變化率趨于穩(wěn)定,隨后電導(dǎo)率的變化率隨循環(huán)時(shí)間的延長(zhǎng)開始減小。電導(dǎo)變化率穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短與氨的濃度相關(guān),在測(cè)試的濃度范圍內(nèi),均能穩(wěn)定2分鐘以上。圖6b列出了氣體循環(huán)2min時(shí),氨濃度與硫酸電導(dǎo)變化率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從圖中可以看出,硫酸電導(dǎo)變化率與氨濃度成線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)接近0.999,氨濃度的檢測(cè)限達(dá)到30uM?;谠摼€性關(guān)系,通過測(cè)試電導(dǎo)變化率可以對(duì)透析液中銨離子濃度進(jìn)行傳感。該方案中氨濃度的最低檢測(cè)限可以通過增大泵204的流量和循環(huán)時(shí)間進(jìn)一步提高。實(shí)驗(yàn)例2氨溶液連續(xù)流過氨氣發(fā)生池的情形檢測(cè)裝置:實(shí)施例1所述的檢測(cè)系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)參考圖2),采用電導(dǎo)電極為傳感器,硫酸溶液為吸收液。檢測(cè)方法:分別向氨氣發(fā)生池212和氨氣檢測(cè)池213中加入氨溶液和硫酸溶液(5mL,50uM)。利用氣體循環(huán)泵204將氨氣發(fā)生池212中的氣體抽到氨氣檢測(cè)池213中,同時(shí)打開閥門Ⅱ205,讓氨氣檢測(cè)池213中的氣體回到氨氣發(fā)生池212中,氣體循環(huán)流量為50mL/min,循環(huán)4min,通過改變氨溶液的濃度,使氨溶液連續(xù)流過氨氣發(fā)生池(2mL/min),記錄硫酸溶液電導(dǎo)變化率與氨濃度的關(guān)系,結(jié)果列入圖7a和7b。檢測(cè)結(jié)果:在流動(dòng)的體系中,硫酸溶液電導(dǎo)變化率與氨濃度也成線性關(guān)系,表明該檢測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)連續(xù)流動(dòng)溶液中的氨濃度。圖7b列出了連續(xù)測(cè)試過程中,5min內(nèi)硫酸電導(dǎo)累積變化率與氨濃度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。該結(jié)果表明,通過比較一段時(shí)間的累積電導(dǎo)率變化,可以進(jìn)一步提高氨濃度的最低檢測(cè)限。雖然在實(shí)際測(cè)試過程中,氨濃度變化對(duì)測(cè)試的精度有影響,由于取樣在兩個(gè)吸附柱之間,因此不會(huì)干擾對(duì)透析液安全性或吸附柱工作狀況的判斷。實(shí)驗(yàn)例3氯化鐵溶液作為吸收液的情形檢測(cè)裝置:實(shí)施例1所述的檢測(cè)系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)參考圖2),采用電導(dǎo)電極為傳感器,氯化鐵溶液為吸收液。檢測(cè)方法:分別向氨氣發(fā)生池212和氨氣檢測(cè)池213中加入氨溶液(2mL,pH>11.0)和氯化鐵溶液(100uM,pH值為3.58)。利用氣體循環(huán)泵204將氨氣發(fā)生池212中的氣體抽到氨氣檢測(cè)池213中,同時(shí)打開閥門Ⅱ205,讓氨氣檢測(cè)池213中的氣體回到氨氣發(fā)生池212中,氣體循環(huán)流量80mL/min,循環(huán)4min。氣體循環(huán)導(dǎo)致氯化鐵溶液電導(dǎo)率變化與氨濃度的關(guān)系圖列入圖8。檢測(cè)結(jié)果:氯化鐵溶液呈酸性,吸收氨氣后,pH值增加,鐵離子發(fā)生水解,生成氫氧化鐵膠體,導(dǎo)致溶液的電導(dǎo)率減小。從圖8可以看出,氯化鐵電導(dǎo)變化率與氨濃度成線性關(guān)系,且氯化鐵電導(dǎo)變化率隨氨濃度變化明顯,因而可以作為吸收液,傳感氨濃度變化。實(shí)驗(yàn)例4改變氣體循環(huán)流量的情形檢測(cè)裝置:實(shí)施例1所述的檢測(cè)系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)參考圖2),采用電導(dǎo)電極為傳感器,氯化鐵溶液為吸收液。檢測(cè)方法:分別向氨氣發(fā)生池212和氨氣檢測(cè)池213中加入氨水(500uM)和氯化鐵溶液(100uM,pH值為3.58)。利用氣體循環(huán)泵204將氨氣發(fā)生池212中的氣體抽到氨氣檢測(cè)池213中,同時(shí)打開閥門Ⅱ205,讓氨氣檢測(cè)池213中的氣體回到氨氣發(fā)生池212中,改變氣體循環(huán)流量20~140mL/min,循環(huán)2min。氯化鐵溶液電導(dǎo)變化率與氣體循環(huán)流量之間的關(guān)系列入圖9。檢測(cè)結(jié)果:從圖9可以看出,氯化鐵溶液電導(dǎo)變化率與氣體循環(huán)流量呈線性關(guān)系,在相同氣體循環(huán)時(shí)間內(nèi),氣體循環(huán)流量越大,氯化鐵溶液電導(dǎo)變化率越大。因而,采用大的氣體流量,可以有效地提高檢測(cè)精度和靈敏度,檢測(cè)更低的銨離子濃度。但是,當(dāng)泵的流量超過90mL/min時(shí),氯化鐵的電導(dǎo)變化率與氣體流量的相關(guān)性的分散度變大,表明大的氣體流量導(dǎo)致溶液中存在大量的氣泡,對(duì)測(cè)試結(jié)果有干擾。實(shí)驗(yàn)例5pH電極為傳感器的情形檢測(cè)裝置:實(shí)施例1所述的檢測(cè)系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)參考圖2),采用pH電極為傳感器,純凈水為吸收液。檢測(cè)方法:分別向氨氣發(fā)生池212和氨氣檢測(cè)池213中加入氨溶液(2mL,pH>11.0)和純凈水。利用氣體循環(huán)泵204將氨氣發(fā)生池212中的氣體抽到氨氣檢測(cè)池213中,同時(shí)打開閥門Ⅱ205,讓氨氣檢測(cè)池213中的氣體回到氨氣發(fā)生池212中,氣體循環(huán)流量50mL/min,循環(huán)2min。氣體循環(huán)導(dǎo)致純凈水pH值變化與氨濃度的關(guān)系圖列入圖10。檢測(cè)結(jié)果:圖10列出了在氣體循環(huán)過程中,去離子水吸收氨后pH值變化。當(dāng)沒有氨的時(shí)候,溶液的pH值略微降低。出現(xiàn)氨后,水的pH值增加,且與氨水濃度相關(guān)。選取氣體循環(huán)第2分鐘時(shí)的pH變化率與氨濃度作圖,pH變化率與氨濃度成線性關(guān)系。但是當(dāng)pH值超過7以后,溶液的pH值變化率先增大,隨后迅速降低。實(shí)驗(yàn)例6pH電極為傳感器,鹽酸為吸收液的情形檢測(cè)裝置:實(shí)施例1所述的檢測(cè)系統(tǒng)(結(jié)構(gòu)參考圖2),采用pH電極為傳感器,稀鹽酸為吸收液。檢測(cè)方法:分別向氨氣發(fā)生池212和氨氣檢測(cè)池213中加入氨溶液(2mL,pH>11.0)和稀鹽酸溶液(100uM)。利用氣體循環(huán)泵204將氨氣發(fā)生池212中的氣體抽到氨氣檢測(cè)池213中,同時(shí)打開閥門Ⅱ205,讓氨氣檢測(cè)池213中的氣體回到氨氣發(fā)生池212中,氣體循環(huán)流量50mL/min,循環(huán)2min。氣體循環(huán)導(dǎo)致稀鹽酸溶液pH變化與氨濃度的關(guān)系圖列入圖11。檢測(cè)結(jié)果:在相同的測(cè)試條件下,與純水相比,稀鹽酸pH值變化率較小。pH變化率僅在有限的范圍內(nèi)與氨濃度成線性關(guān)系。雖然,上文中已經(jīng)用一般性說明、具體實(shí)施方式及試驗(yàn),對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述,但在本發(fā)明基礎(chǔ)上,可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn),這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此,在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn),均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
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