一種利用一個(gè)氣體傳感器測(cè)量多種呼出氣體濃度的裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型揭示了一種利用一個(gè)氣體傳感器測(cè)量多種呼出氣體濃度的裝置,所述裝置由呼出氣體樣品室、氣體傳感器、多個(gè)氣體過(guò)濾器、微型氣泵、閥門及管路構(gòu)成的循環(huán)分析氣路，利用所述裝置進(jìn)行分析測(cè)量時(shí)讓同一呼出氣體樣本每次循環(huán)流經(jīng)其中一個(gè)過(guò)濾器與同一個(gè)氣體傳感器，最后聯(lián)立求解多次循環(huán)氣體檢測(cè)器的測(cè)定結(jié)果，確定多種呼出氣體的濃度。
【專利說(shuō)明】
-種利用一個(gè)氣體傳感器測(cè)量多種呼出氣體濃度的裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及多種呼出氣體濃度進(jìn)行分析測(cè)定的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 人體呼出氣中含有的內(nèi)源性N0、C0與也S是國(guó)際公認(rèn)的Ξ大氣體信號(hào)分子，參與并 指示調(diào)節(jié)幾乎所有的生理與病理過(guò)程。越來(lái)越多的研究證明，同時(shí)測(cè)定運(yùn)些氣體信號(hào)分子 的濃度變化，可W在分子水平上深入了解許多疾病及并發(fā)癥的起因和發(fā)展進(jìn)程，開(kāi)發(fā)更為 先進(jìn)的呼出氣分子診斷技術(shù)。
[0003] 運(yùn)些呼出氣分子通常在ppb的濃度水平，檢測(cè)要求1000倍高于市面上大多數(shù)氣體 傳感器與分析儀器ppm的檢測(cè)能力。滿足ppb濃度檢測(cè)要求的藥監(jiān)許可產(chǎn)品極其有限，主要 包括瑞典Aerocrine公司呼出氣NO測(cè)定的化學(xué)發(fā)光分析儀(NI0X)與電化學(xué)傳感器(MIN0)， 美國(guó)化pnia公司呼出氣C0測(cè)定的電化學(xué)傳感器，中國(guó)尚沃醫(yī)療電子公司呼出氣NO與C0測(cè)定 的納庫(kù)侖傳感器分析儀。目前，尚未見(jiàn)到可同時(shí)測(cè)定ppb濃度的呼出氣N0、C0與H2S測(cè)定的產(chǎn) 品及專利技術(shù)，包括傳感器及分析儀器。基于傳感器陣列的工業(yè)與環(huán)境氣體檢測(cè)儀可同時(shí) 測(cè)定運(yùn)些氣體分子，但最多只能測(cè)試卵m的濃度水平，不能滿足呼出氣ppb濃度的測(cè)定要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)一種利用一個(gè)氣體傳感器測(cè)定多種呼出氣體ppb濃度水平的 裝置，主要用于ppb濃度的呼出氣N0、C0與肥S測(cè)定。
[0005] 所述裝置由樣品室（301)、毛細(xì)管路、Naf ion管（501)、過(guò)濾器1(401)、過(guò)濾器2 (402)、過(guò)濾器3(403)、氣體傳感器(601)、累 1(201)、累 2(202)及閥口 1(101)、閥口 2(102)、 閥口3(104)、閥口4(105)、閥口5(106)組成，其特征在于：
[0006] 所述閥口（ 101 )、樣品室(301 )、閥口（ 102 )及累(201)通過(guò)管路串聯(lián)連接；
[0007] 所述累（202)、閥口（104)、化f ion管（501)、氣體傳感器(601)及過(guò)濾材料(402)及 閥口依次連接后并聯(lián)在氣室（301)兩端組成循環(huán)氣路；通過(guò)閥口（104)、閥口（105)、閥口 (106)控制氣體在不同時(shí)段測(cè)量時(shí)使待測(cè)氣體先經(jīng)過(guò)特定的過(guò)濾器(401)或過(guò)濾器(403)過(guò) 濾其中的部分或全部氣體成分后再通入所述傳感器進(jìn)行測(cè)量；
[000引所述樣品室為細(xì)長(zhǎng)管路，分析時(shí)氣體在其中的流動(dòng)為活塞流；
[0009] 利用所述裝置進(jìn)行分析測(cè)量時(shí)將待測(cè)氣體分別經(jīng)過(guò)不同的過(guò)濾器后再通過(guò)所述 氣體傳感器進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)多次測(cè)量結(jié)果間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過(guò)聯(lián)立方程求解所述氣體中的 NO、也S及C0濃度。
[0010] 其中所述氣體傳感器，包括電化學(xué)氣體傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器、催化燃燒式氣 體傳感器與其它類型的氣體傳感器，其特征是所述的氣體傳感器對(duì)待測(cè)的呼出氣體組分具 有線性的響應(yīng)。
[0011] 所述氣體過(guò)濾材料為特定的過(guò)濾材料，其特征為:所述特定過(guò)濾器可全部或部分 過(guò)濾NO、也S，C0，且所述氣體通過(guò)所述過(guò)濾材料后濃度變化率是一定的，而不過(guò)濾所述待測(cè) 氣體中的其它氣體組分。
[0012]為了減少混合氣中除NO、此S、C0外其它氣體成分對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的干擾，選擇所 述過(guò)濾器中至少包括一種材料可完全過(guò)濾NO、出S、C0,而不過(guò)濾所述混合氣體中的其它組 分。
[OOU]為了能夠選擇性地測(cè)量混合氣中NO、此S、C0成分，選擇所述過(guò)濾材料中至少包括 一種材料可至少完全過(guò)濾NO、出S、C0中的一種成分，而不過(guò)濾所述混合氣體中的其它組 分?；蛘哌x擇所述過(guò)濾材料中至少包括一種材料可部分過(guò)濾NO、此S、C0,且所述氣體通過(guò) 所述過(guò)濾材料后濃度變化率是一定的，而不過(guò)濾所述混合氣體中的其它組分。
[0014] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置進(jìn)行呼氣測(cè)量除了利用一個(gè)傳感器可進(jìn)行ppb級(jí)濃度范圍的多氣 體測(cè)量外，它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述測(cè)量過(guò)程是在短時(shí)間內(nèi)完成的，期間環(huán)境溫濕度的變 化較小，運(yùn)些環(huán)境因素及混合氣中其它氣體組分對(duì)傳感器基線的影響得到了有效的扣除， 提高了測(cè)量準(zhǔn)確性與可靠性。
[0015] W下通過(guò)實(shí)施例對(duì)所述方法進(jìn)行具體說(shuō)明及驗(yàn)證。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1.實(shí)施例一氣路示意圖。
[0017]圖2.實(shí)施例一氣體響應(yīng)曲線。
[001引圖3.呼氣分析儀對(duì)25~20化pb出S的響應(yīng)曲線。
[0019]圖4.呼氣分析儀響應(yīng)與出S濃度間的關(guān)系（O-lOOppb)。
[0020] 圖5.呼氣分析儀響應(yīng)與出S濃度間的關(guān)系（0-15(K)ppb)。
[0021] 圖6.呼氣分析儀對(duì)NO的響應(yīng)(0~10(K)ppb)。
[0022] 圖7.呼氣分析儀對(duì)NO響應(yīng)的線性關(guān)系(0~10(K)ppb)。
[0023] 圖8.出S，NO混合氣測(cè)量曲線。
[0024] 圖9.混合氣測(cè)量NO濃度與配氣濃度間關(guān)系。
[0025] 圖10.混合氣測(cè)量出S濃度與配氣濃度間關(guān)系。
[0026] 圖11.呼氣分析儀口抽氣測(cè)試曲線（采集速率185mL/min)。
[0027] 圖12.實(shí)施例二氣路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] -個(gè)氣體傳感器在測(cè)定一種氣體時(shí)，難免受到空氣或呼氣中其它氣體的干擾。運(yùn) 種干擾通常在ppb的濃度水平，對(duì)卵m濃度的工業(yè)與環(huán)境氣體測(cè)定可W忽略，但對(duì)ppb濃度的 呼氣測(cè)定則影響顯著。解決運(yùn)些問(wèn)題通常的做法是：（1)改進(jìn)現(xiàn)有的或開(kāi)發(fā)新的氣敏或催化 元件，提高傳感器的靈敏性與選擇性或抗干擾能力與(2)開(kāi)發(fā)新的過(guò)濾或分離材料，測(cè)試前 去除干擾氣體。運(yùn)些方法雖然對(duì)呼出氣NO測(cè)定或NO與C0的測(cè)定已經(jīng)成功，例如尚沃的納庫(kù) 侖呼氣分析儀，但對(duì)N0、H2S與C0的同時(shí)測(cè)定卻存在很大的難度，尤其是很難尋找或開(kāi)發(fā)一 種僅對(duì)肥S氣體響應(yīng)的傳感器或過(guò)濾掉所有干擾肥S測(cè)定的氣體過(guò)濾材料，與NO及C0傳感器 構(gòu)成一個(gè)陣列進(jìn)行Ξ種氣體的同時(shí)測(cè)定。
[0029] 例如，經(jīng)過(guò)電極及結(jié)構(gòu)改進(jìn)的Ξ電極電化學(xué)氣體傳感器可W測(cè)定ppb濃度的H2S， 但呼氣中其它組分也會(huì)有ppb量級(jí)的干擾，一個(gè)例子如表1所示。
[0030] 表一.呼氣組成對(duì)電化學(xué)肥S氣體傳感器的干擾水平。_^
'[0031]如果采用過(guò)濾材料去除干擾氣體，通常會(huì)同時(shí)去除多種要測(cè)的氣體，一個(gè)例子如 .表 2 所示。_^
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[0032] 為采用解決目前技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提出了一個(gè)利用一種氣體傳感器測(cè)量多種呼 出氣濃度的方法與裝置用于測(cè)量呼出氣中出S、N0、C0的濃度。該方法簡(jiǎn)述如下：
[0033] 1)將待測(cè)氣體通入所述的氣體傳感器進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)傳感器響應(yīng)方程為：
[0034] Ii =Kh2sCh2s + KnoCno + KcoCco+ Ib (1)
[00對(duì)其中：Ii為傳感器對(duì)待測(cè)氣體中所有活性成分的響應(yīng)電流，Kh2s、KnckKco分別為傳 感器對(duì)出S、NO及C0響應(yīng)的靈敏度，Ch2s、Cno及Cco分別為待測(cè)氣體中出S、NO及C0的濃度，Ib 為傳感器零點(diǎn)電流。
[0036] 2)將待測(cè)氣體經(jīng)過(guò)填充化財(cái)才料的過(guò)濾器后，再通入所述傳感器進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)傳 感器響應(yīng)為：
[0037] I2=Kh2sCih2s + KnoCino + KccCico + Ib (2a)
[o03引 其中；
[0039] CiH2S為氣體經(jīng)過(guò)化0過(guò)濾器后出S濃度
[0040] 打N日為氣體經(jīng)過(guò)化0過(guò)濾器后NO濃度 [0041 ]打G日為氣體經(jīng)過(guò)化0過(guò)濾器后C0濃度
[0042]由于ZnO過(guò)濾器部分過(guò)濾NO及此S，基本不過(guò)濾C0,因而有Cico = Cco,公式（2a)可 寫(xiě)成：
[004；3] I2=Kh2sCih2s + KnoCino + KcoCco + Ib (2b)
[0044] 3)將待測(cè)氣體經(jīng)過(guò)填充KMn化材料的過(guò)濾器后，再通入所述氣體傳感器進(jìn)行測(cè)量， 此時(shí)傳感器響應(yīng)為：
[0045] I3=Kh2sC2H2s + Κνο〇2νο + KcoC2co + Ib (3a)
[0046] 其中；
[0047] C2H2S為氣體經(jīng)過(guò)KMn〇4過(guò)濾器后肥S濃度
[004引 C2N日為氣體經(jīng)過(guò)KMn04過(guò)濾器后NO濃度
[0049] C2G日為氣體經(jīng)過(guò)KMn〇4過(guò)濾器后C0濃度
[(K)加]由于KMn〇4材料將出S、N0過(guò)濾干凈而不過(guò)濾C0，因而(3a)可寫(xiě)成：
[0051] 13= 0 + 0 + KcoCco + Ib (3b)
[0052] 4)將待測(cè)氣體經(jīng)過(guò)填充KMn化及Pt/Ab化材料的過(guò)濾器后，再通入所述傳感器進(jìn) 行測(cè)量，此時(shí)傳感器響應(yīng)為
[005；3] I4=Kh2sC3H2s + KnoCsno + KcoCsco + Ib (4a)
[0054]其中；
[00對(duì) C3H2S為氣體經(jīng)過(guò)KMn04、Pt/Al203過(guò)濾器后出S濃度
[0056] C3N日為氣體經(jīng)過(guò)KMn〇4、Pt/Al2〇3過(guò)濾器后NO濃度
[0057] C3G日為氣體經(jīng)過(guò)KMn〇4、Pt/Al2〇3過(guò)濾器后C0濃度
[0化引 由于KMn04、Pt/Al203將出S、N0、C0過(guò)濾干凈，因而(4a)可寫(xiě)成：
[0化9] 14= 0 + 0 + 0 + Ib (4b)
[0060] 由（l)-(2b)得：
[0061] I 廣 l2 = Kh2s(Ch2s-C'h2s)+ Kno(Cno-C'no) (5)
[0062] 由（l)-(3b)得：
[0063] I 廣 l3 =Kh2sCh2s + KnoCno (6)
[0064] 由（3b)-(4b)得：
[00化]1廠。=KcoCco (7)
[0066] 如果選擇的氣體過(guò)濾器可全部或部分過(guò)濾NO、此S，且所述氣體通過(guò)所述過(guò)濾器后 濃度變化率是一定的，有：
[0067] Ph2s=ih2s/ Ch2s (8)
[006引 Pno=Cino/Cno (9)
[0069] 則可通過(guò)聯(lián)立方程(4)~口)求出待測(cè)氣體中的NO、肥S濃度：
[0070] Ch2s= ((I廣I2)-(1-Pno)(I 廣I3))/(Kh2s(Pn〇-Ph2s)) (10)
[007。Cno =(1 廣l3- Kh2sCh2s)/Kno (11)
[0072] Cco =( (l3-^) /Kco (12)
[007引其中Kh2s、Κνο、Kro、扣2S、Pn日等測(cè)量參數(shù)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)氣測(cè)量獲得。
[0074] 由上述分析可見(jiàn)，只要通過(guò)合理的氣路設(shè)計(jì)，通過(guò)組合不同的過(guò)濾器進(jìn)行對(duì)所述 氣體進(jìn)行多次測(cè)量分析，可利用一個(gè)氣體傳感器實(shí)現(xiàn)NO、出S及C0的聯(lián)合檢測(cè)。
[0075] 當(dāng)待測(cè)氣體中含有C0、出等組分而不需要測(cè)量其具體濃度時(shí)，上述測(cè)量裝置及測(cè) 量過(guò)程可簡(jiǎn)化，只需進(jìn)行步驟1~3的操作即可，所述測(cè)量方法除了能克服C0、出的干擾外， 它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是:步驟^~3是在短時(shí)間內(nèi)完成的，期間環(huán)境溫濕度的變化較小，運(yùn)些環(huán) 境因素及混合氣中其它氣體組分對(duì)傳感器基線的影響得到了有效的扣除。
[0076] W下通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)所述裝置的應(yīng)用加 W說(shuō)明。
[0077] 實(shí)施例一
[0078] 本實(shí)施例解決的問(wèn)題為呼氣中的NO及出S的聯(lián)合測(cè)定。
[0079] 根據(jù)前述設(shè)計(jì)思路，組裝如圖1所示氣路(呼氣分析儀），該氣路由樣品室(301)、毛 細(xì)管路、化f ion管（501)、過(guò)濾器(401、402)、氣體傳感器(601)、累（201、202)及閥口（101、 102、103)組成，其特征在于：
[0080] 所述閥口（ 101 )、樣品室(301 )、閥口（ 102)及累(201)通過(guò)管路串聯(lián)連接；
[0081 ] 所述累（202)、Ξ通閥（103)、化f ion管（501)、氣體傳感器(601)及過(guò)濾器(402)及 閥口依次連接后并聯(lián)在氣室(301)兩端組成循環(huán)氣路；
[0082] 所述樣品室為細(xì)長(zhǎng)管路，分析時(shí)氣體在其中的流動(dòng)為活塞流；
[0083] 所述Ξ通閥（103)兩個(gè)出口，一個(gè)通過(guò)管路直接連化fion管巧01)，一個(gè)通過(guò)過(guò)濾 器(401)連接Naf ion管；
[0084] 然后按如下步驟進(jìn)行測(cè)量分析：
[0085] i)采樣:打開(kāi)閥口 101、閥Π 102及采樣累201，氣體經(jīng)閥口 101、氣室301、閥口 102、 采樣累201排空，采樣完成后關(guān)閉采樣累201及閥口 101、閥口 102,此時(shí)100ml待測(cè)氣體被收 集到氣室301中（采樣流量lOml/s)
[00化]ii)測(cè)量過(guò)程：
[0087] 第一次測(cè)量(對(duì)應(yīng)于圖2中A段曲線）：
[0088] 打開(kāi)分析累202,氣體經(jīng)氣室301、Ξ通閥103、化f ion管501、氣體傳感器601、過(guò)濾 器402(填充KMn化過(guò)濾材料）回到氣室301中，此時(shí)氣體流量約Iml/s，用時(shí)50秒，在此條件 下所述氣體中的NO、此S、C0及其它活性組分在所述傳感器上都有響應(yīng)，傳感器響應(yīng)電流滿 足方程(1)。（此時(shí)分析的氣體為氣室中前段50ml的氣體）。
[0089] 第二次測(cè)量(對(duì)應(yīng)于圖2中B段曲線）：
[0090] 在第一次測(cè)量進(jìn)行50秒后，切換Ξ通閥狀態(tài)，使氣體經(jīng)氣室301、氣室301、Ξ通閥 103、過(guò)濾器401(填充化0過(guò)濾材料）、化fion管501、氣體傳感器601、過(guò)濾器402(ΚΜη04過(guò)濾 材料）回到氣室301中，此時(shí)氣體流量約Iml/s，用時(shí)約50秒，在此條件下，所述氣體中的此S 被過(guò)濾器401過(guò)濾掉，NO被部分過(guò)濾，傳感器響應(yīng)電流滿足方程(2b)(此時(shí)分析的氣體為 氣室中后段50ml的氣體。
[0091] 第Ξ次測(cè)量(對(duì)應(yīng)于圖2中C段曲線）
[0092] 在完成第二次測(cè)量后，繼續(xù)測(cè)量60秒，此時(shí)氣體經(jīng)氣室301、氣室301、Ξ通閥103、 過(guò)濾器401 (填充化0過(guò)濾材料）、化f ion管501、氣體傳感器601、過(guò)濾器402(填充ΚΜη化過(guò)濾 材料）回到氣室301中，在此條件下，所述氣體中的此S，NO均被完全過(guò)濾掉，傳感器的響 應(yīng)電流滿足方程(3b )。
[0093] 運(yùn)樣通過(guò)上述氣路及測(cè)量步驟設(shè)計(jì)完成了所述方法的Ii、l2、l3的測(cè)量，圖2為上述 巧慢過(guò)程所獲得的響應(yīng)曲線，曲線上3個(gè)平臺(tái)電流分別對(duì)應(yīng)所述的11、12、13。然后可根據(jù)所 述公式（10)、（ 11)計(jì)算混合氣中出S、NO濃度。
[0094] 計(jì)算公式（10)、（11)牽設(shè)到兩個(gè)參數(shù)?側(cè)、？1125、及傳感器對(duì)^)、肥5響應(yīng)的靈敏度 Kn〇、Kh2S可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)氣測(cè)量來(lái)確定。
[0095] W下通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)此S、NO氣，此S及NO的混合氣，C0、此干擾氣及口腔氣測(cè)量等來(lái)驗(yàn)證 本發(fā)明所述方法的可行性。
[0096] 圖3是所述分析裝置對(duì)不同濃度此S氣體的響應(yīng)曲線。前50秒，響應(yīng)電流平臺(tái)對(duì)應(yīng) 的是此S氣體在傳感器上的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)電流；時(shí)間50-100秒內(nèi)的曲線對(duì)應(yīng)的是氣體通過(guò)ZnO 過(guò)濾器后的響應(yīng)電流，此時(shí)此S被完全反應(yīng)，所W50秒末端的電流值近似于零點(diǎn)值(Ph2s接近 0，公式(8)基本成立）。
[0097] 利用所述呼氣分析裝置分別對(duì)0-1500ppb濃度范圍和0-10化pb濃度范圍的H2S氣 體進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示所述分析儀對(duì)H2S氣體具有良好的線性響應(yīng)(見(jiàn)圖4和圖5)。
[0098] 圖6是所述呼氣分析儀對(duì)0-1000 ppb NO氣體的響應(yīng)曲線，由圖可見(jiàn)ZnO過(guò)濾器部 分過(guò)濾了NO氣體，而KMn04過(guò)濾器可完全過(guò)濾NO。將（I廣12)及（I2-I3)分別對(duì)NO濃度作圖， 由它們間的線性關(guān)系可見(jiàn)：在所述測(cè)量條件下化ο過(guò)濾器對(duì)不同濃度NO的過(guò)濾效果是一致 的（見(jiàn)表3，即口^=(12-13)/(1廣13)=0.85)，公式（9)成立。
[0099] 表 3
[0100] 圖8是所述呼氣分析儀對(duì)N0,此S混合氣體的響應(yīng)曲線，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4及圖9、圖 10，由結(jié)果可見(jiàn)本發(fā)明所述方法及裝置可同時(shí)進(jìn)行NO及H2S的測(cè)量，其濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性 能滿足呼氣檢測(cè)的基本要求。
[0101] 表4
[0102]
[0103] 表5是利用所述分析方法對(duì)呼出氣中可能存在的幾種干擾氣體進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果， 由表可見(jiàn):利用本發(fā)明所述方法及裝置進(jìn)行測(cè)量在實(shí)現(xiàn)NO、也S的聯(lián)合檢測(cè)同時(shí)，可有效克 服傳感器選擇性較差的問(wèn)題，將C〇2、CO、也的降低到了 5ppbW下。滿足呼氣也S、N0聯(lián)合測(cè)量 的要求。
[0104] 表5測(cè)量方法的選擇性
[0105]
[0106] 圖11是利用所述呼氣分析儀進(jìn)行口呼氣氣體采樣分析的測(cè)試曲線，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表 6。具體采樣分析方法如下：口腔閉合3分鐘后，用累將口腔中的氣體W3ml/s(185ml/min) 的速度抽入采樣氣袋中（收集300~500ml氣體，測(cè)量2次），然后利用所述呼氣分析儀對(duì)其進(jìn) 行分析測(cè)量。
[0107] 由測(cè)量結(jié)果看:在該測(cè)量條件小口抽氣分析NO濃度為53+/-3 ppb,此S濃度范圍 為31+/- 9ppb，處于合理范圍。
[0108] 表6 口腔中的肥S及NO濃度
[0109]
[0110] 實(shí)施例二
[0111] 本實(shí)施例裝置可用于呼氣NO、出S及C0的聯(lián)合測(cè)定。
[0112] 所述裝置氣路結(jié)構(gòu)如圖12所示，該氣路由樣品室（301)、毛細(xì)管路、Naf ion管 (501)、過(guò)濾器(401、402、403)、氣體傳感器(601)、累(201、202)及閥口（101、102、104、105、 106)組成，其特征在于：
[0113] 所述閥口（ 101 )、樣品室(301 )、閥口（ 102 )及累(201)通過(guò)管路串聯(lián)連接；
[0114] 所述累（202)、Ξ通閥（103)、化f ion管（501)、氣體傳感器(601)及過(guò)濾器(402)及 閥口依次連接后并聯(lián)在氣室(301)兩端組成循環(huán)氣路；
[0115] 通過(guò)閥口（104)、閥口（105)、閥口（106)控制氣體在不同時(shí)段測(cè)量時(shí)先經(jīng)過(guò)特定的 過(guò)濾器過(guò)濾其中的部分或全部氣體成分后再通入所述傳感器進(jìn)行測(cè)量；
[0116] 所述樣品室為細(xì)長(zhǎng)管路，分析時(shí)氣體在其中的流動(dòng)為活塞流；
[0117] i)采樣：
[0118] 打開(kāi)閥口 101、閥口 102及采樣累201，氣體經(jīng)閥口 101、氣室301、閥口 102、采樣累 201排空，采樣完成后關(guān)閉采樣累201及閥口 101、閥口 102,此時(shí)100ml待測(cè)氣體被收集到氣 室301中（采樣流量lOml/s)
[0119] ii)測(cè)量；
[0120] 第一次測(cè)量：
[0121 ] 打開(kāi)分析累202，氣體經(jīng)氣室301、閥口 104、化f ion管501、氣體傳感器601、過(guò)濾器 402(填充KMn化過(guò)濾材料）回到氣室301中，此時(shí)氣體流量約Iml/s,用時(shí)50秒，在此條件下 所述氣體中的NO、此S、C0及其它活性組分在所述傳感器上都有響應(yīng)，傳感器響應(yīng)電流滿足 方程(1)(此時(shí)分析的氣體為氣室中前段50ml的氣體）。
[0122] 第二次測(cè)量：
[0123] 在第一次測(cè)量進(jìn)行50秒后，關(guān)閉閥口 104,打開(kāi)閥口 105,使氣體經(jīng)氣室301、氣室 301、閥口 105、過(guò)濾器401(填充ZnO過(guò)濾材料）、化f ion管501、氣體傳感器601、過(guò)濾器402 (KMn04過(guò)濾材料）回到氣室301中，此時(shí)氣體流量約Iml/s，用時(shí)約50秒，在此條件下，所述 氣體中的出S被過(guò)濾器其401過(guò)濾掉，NO被部分過(guò)濾，傳感器響應(yīng)電流滿足方程(2b)(此時(shí) 分析的氣體為氣室中后段50ml的氣體）。
[0124] 第Ξ次測(cè)量：
[0125] 在完成第二次測(cè)量后，繼續(xù)測(cè)量50秒，此時(shí)氣體經(jīng)氣室301、氣室301、閥口 105、過(guò) 濾器401(填充化0過(guò)濾材料）、化fion管501、氣體傳感器601、過(guò)濾器402(填充KMn化過(guò)濾材 料）回到氣室301中，在此條件下，所述氣體中的此S，NO均被完全過(guò)濾掉，傳感器的響應(yīng) 電流滿足方程(3b)。
[0126] 第四次測(cè)量：
[0127] 在完成第Ξ次測(cè)量后，關(guān)閉閥口 105，打開(kāi)閥口 106繼續(xù)測(cè)量50秒，此時(shí)氣體經(jīng)氣室 301、氣室301、閥口 106、過(guò)濾器403(填充Pt/Al2〇3過(guò)濾材料）、化fion管501、氣體傳感器601 、過(guò)濾器402(填充KMn化過(guò)濾材料）回到氣室301中，在此條件下，所述氣體中的此S、N0、C0 均被完全過(guò)濾掉，傳感器的響應(yīng)電流滿足方程(4b)。
[0128] 運(yùn)樣通過(guò)上述氣路及測(cè)量步驟設(shè)計(jì)完成了所述方法的11、12、13、14的測(cè)量，建立 聯(lián)立方程(1)、（2b)、（3b)、（4b),根據(jù)方程組求解所得公式（10)、（11)、（12)計(jì)算混合氣 中出S、NO及C0的濃度。
[0129] 計(jì)算公式（10)、（11)、（12)牽設(shè)到兩個(gè)參數(shù)Pno、扣2S、及傳感器對(duì)NO、此S、C0響應(yīng)的 靈敏度Knq、Kh2s、Kg網(wǎng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)氣測(cè)量來(lái)確定。
[0130] 表7為利用所述分析裝置進(jìn)行口呼氣測(cè)量的結(jié)果，具體呼氣采樣分析方法為：W 50ml/s的呼氣流速(每次測(cè)量前用清水漱口）將呼出氣體收集到一氣袋中（收集300ml~500 命令），然后利用所述呼氣分析儀對(duì)所收集的氣體進(jìn)行進(jìn)行分析測(cè)量(每袋氣測(cè)兩次）。
[0131] 由測(cè)量結(jié)果看:在該測(cè)量條件小口抽氣分析NO濃度為53+/-3 ppb,此S濃度范圍 為31+/- 9卵b，C0濃度范圍為3.0+/-0.9 ppm,處于合理范圍。
[0132] 表7. 口呼NO、肥S及C0的濃度測(cè)量
[0133]
[0134] 實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明所掲示的解決問(wèn)題的思路，本領(lǐng)域的專業(yè)人員可W選擇不同 的過(guò)濾材料來(lái)構(gòu)建氣路并設(shè)計(jì)合適的分析測(cè)量時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣中不同組分的同時(shí)測(cè) 量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用一個(gè)氣體傳感器測(cè)量多種呼出氣體濃度的裝置，所述裝置由樣品室(301)、 毛細(xì)管路、Nafion管（501)、過(guò)濾器1(401)、過(guò)濾器2(402)、過(guò)濾器3(403)、氣體傳感器 (601)、栗1(201 )、栗2(202)及閥門 1(101)、閥門2(102)、閥門3(104)閥門4(105)、閥門5 (106)組成，其特征在于： 所述閥門1(101)、樣品室(301)、閥門2(102)及栗1(201)通過(guò)管路串聯(lián)連接； 所述栗2(202)、閥門3(104)、Naf ion管（501)、氣體傳感器(601)及過(guò)濾器2(402)及閥門 依次連接后并聯(lián)在樣品室（301)兩端組成循環(huán)氣路;通過(guò)閥門3(104)、閥門4(105)、閥門5 (106)控制氣體在不同時(shí)段測(cè)量時(shí)使待測(cè)氣體先經(jīng)過(guò)特定的過(guò)濾器1(401)或過(guò)濾器3(403) 過(guò)濾其中的部分或全部氣體成分后再通入所述傳感器進(jìn)行測(cè)量； 所述樣品室為細(xì)長(zhǎng)管路，分析時(shí)氣體在其中的流動(dòng)為活塞流； 所述氣體傳感器的特征為:所述氣體傳感器對(duì)待測(cè)的呼出氣體組分具有線性的響應(yīng)， 所述的氣體傳感器包括電化學(xué)氣體傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器、催化燃燒式氣體傳感器。2. 如權(quán)利要求1所述一種利用一個(gè)氣體傳感器測(cè)量多種呼出氣體濃度的裝置，其中所 述過(guò)濾器為特定的過(guò)濾器，其特征為:所述過(guò)濾器可全部或部分過(guò)濾NO、H2S，CO，且所述氣 體通過(guò)所述過(guò)濾器后濃度變化率是一定的，而不過(guò)濾混合氣體中的其它氣體組分。3. 如權(quán)利要求2所述一種利用一個(gè)氣體傳感器測(cè)量多種呼出氣體濃度的裝置中所述氣 體過(guò)濾器，其特征為:所述氣體過(guò)濾器中至少包括一種材料可部分過(guò)濾NO、H 2S、CO，且所述 氣體通過(guò)過(guò)濾材料后濃度變化率是一定的，而不過(guò)濾所述混合氣體中的其它組分。4. 如權(quán)利要求2所述一種利用一個(gè)氣體傳感器測(cè)量多種呼出氣體濃度的裝置中所述過(guò) 濾器，其特征為所述過(guò)濾器中至少包括一種過(guò)濾器可完全過(guò)濾如、!1 25、0)，而不過(guò)濾混合 氣體中的其它組分。
【文檔編號(hào)】G01N27/26GK205484344SQ201521126311
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日
【發(fā)明人】謝雷, 韓杰
【申請(qǐng)人】無(wú)錫市尚沃醫(yī)療電子股份有限公司