專利名稱：呼氣一氧化氮檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及呼氣檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地說，涉及呼氣一氧化氮作為氣道 炎癥標(biāo)志物的濃度的確定。
背景技術(shù)：
呼氣一氧化氮作為氣道炎癥的標(biāo)志物用于哞喘等呼吸病的檢測(cè)分析已
經(jīng)獲得醫(yī)療界充分肯定。歐洲與美國分別在1997年與1999年制定了呼氣 一氧化氮檢測(cè)推薦標(biāo)準(zhǔn)，并在2005年聯(lián)合制定與公布了該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn) ("ATS/ERS Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Low Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide, 2005" ， ATS為美國咽喉學(xué)會(huì)縮寫,ERC 為歐洲呼吸學(xué)會(huì)縮寫，以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)。該《標(biāo)準(zhǔn)》用來指導(dǎo)如何進(jìn) 行檢測(cè)與將檢測(cè)結(jié)果用于嗜喘等呼吸病的診斷與療效評(píng)價(jià)。
《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)呼氣檢測(cè)提出了高靈敏度與高選擇性要求，例如，對(duì)一氣 化氮檢測(cè)的精度和下限必須低于5ppb,檢測(cè)必須在控制的氣流與壓力范圍 內(nèi)進(jìn)行，檢測(cè)的結(jié)果不得受到溫度、濕度與其它氣體的干擾。通常能夠滿 足這一要求的是按此標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的化學(xué)發(fā)光分析儀。該儀器屬于實(shí)驗(yàn)室分析 儀器，不僅貴重，而且需要頻繁的標(biāo)定與專業(yè)維護(hù)，因此臨床應(yīng)用與推廣 受到極大限制。為此，人們一直試圖利用微小的氣體傳感器開發(fā)便攜式呼 氣檢測(cè)儀，甚至可以像糖尿病血糖檢測(cè)儀那樣，用于家庭健康護(hù)理。
目前的一氧化氮?dú)怏w傳感器，檢測(cè)精度與下限通常在ppm量級(jí)。如果 用于ppb量級(jí)的高靈敏度檢測(cè)，由于受到溫度、壓力、氣流與許多其它氣 體的干擾而失去選擇性，無法確定一氧化氮的濃度。因此必須開發(fā)高靈敏 度與高選擇性的氣體傳感器與檢測(cè)儀。
公開號(hào)為CN16814635的中國專利(對(duì)應(yīng)的美國專利申請(qǐng)?zhí)?US20040082872 )公布了 一種便攜式呼氣一氧化氮檢測(cè)儀。該發(fā)明主要利用標(biāo)準(zhǔn)推薦、也是化學(xué)發(fā)光分析儀采用的恒溫、恒壓、恒流和恒濕等控制裝 置避免呼氣樣品與環(huán)境的溫度、壓力、氣流與濕度對(duì)一氧化氮傳感器的千 擾。然而該發(fā)明并未說明呼氣中其它氣體的干擾以及消除或避免的方法。 此外這些通常用于實(shí)驗(yàn)室分析儀器中的控制裝置使得檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)十分復(fù) 雜，而且只能在規(guī)定的室內(nèi)溫度與濕度條件下實(shí)現(xiàn)有效的控制。
公開號(hào)為7352465的美國專利揭示了 一種利用生物光學(xué)傳感器檢測(cè)呼 氣一氧化氮的檢測(cè)儀。與電化學(xué)傳感器一樣，在低于ppm的檢測(cè)范圍內(nèi)， 該傳感器對(duì)濕度與呼氣中一些氣體，例如二氧化碳等十分敏感。該專利采 用3A分子篩和氧化鋁等多孔介質(zhì)分別去除水分子與二氧化碳。然而，由于 呼氣中還存在其它干擾氣體， 一一除去所有干擾氣體即使有可能，但也十 分復(fù)雜與昂貴。
另外一個(gè)非常重要、但上述以及其它發(fā)明尚未提及的問題是傳感器與 檢測(cè)的標(biāo)定方法。受到外部(溫度、濕度、干擾氣體等)與內(nèi)部(檢測(cè)部 件的失活或老化)條件的影響，所有傳感器與檢測(cè)儀或分析儀的性能都會(huì) 衰減，通常表現(xiàn)為零點(diǎn)與信號(hào)的漂移。因此使用中需要對(duì)零點(diǎn)與靈敏度進(jìn) 行頻繁的標(biāo)定，而這些標(biāo)定通常需要外部輔助設(shè)備與專業(yè)操作。雖然可以 采取頻繁更換傳感器與檢測(cè)部件的方法避免標(biāo)定，但為此付出的代價(jià)可能 比標(biāo)定更高。
本發(fā)明提供一種新型的呼氣一氧化氮檢測(cè)儀。該檢測(cè)儀在保持了傳統(tǒng) 氣體檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的前提下，不僅最大程度與范圍內(nèi)消除或避免了呼氣 與環(huán)境溫度、濕度、壓力與干擾氣體的影響，保證了對(duì)一氧化氮檢測(cè)的靈 敏度與選擇性，而且還通過檢測(cè)儀內(nèi)部自標(biāo)定的方法，避免了以往所有檢 測(cè)儀或分析儀的頻繁的外部專業(yè)標(biāo)定或更換傳感器等檢測(cè)部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前技術(shù)包括上述發(fā)明的不足開發(fā)了一種呼氣一氧化氮檢 測(cè)裝置，不僅滿足了標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且消除了溫度、濕度、氣流以及干擾 氣體的影響，更重要的是避免了外部標(biāo)定。
本發(fā)明提供的呼氣一氧化氮檢測(cè)儀包括 一個(gè)對(duì)呼氣取樣的取樣模塊、 一個(gè)對(duì)呼氣一氧化氮檢測(cè)的檢測(cè)模塊、 一個(gè)對(duì)取樣與檢測(cè)進(jìn)行自動(dòng)控制并 對(duì)信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)與顯示的控制模塊。


將參照附圖結(jié)合在下面的具體實(shí)施說明、實(shí)施例與權(quán)利要求更加詳細(xì)
地描述本發(fā)明。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中 圖1是本發(fā)明的呼氣一氧化氮檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明呼氣一氧化氮檢測(cè)儀中的取樣模塊結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明呼氣一氧化氮檢測(cè)儀中的檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
《標(biāo)準(zhǔn)》推薦的呼氣一氧化氮的檢測(cè)要求與程序可以分成取樣與檢測(cè) 兩個(gè)部分。為此，本發(fā)明的檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)圖1包括了一個(gè)取樣模塊(102)與 一個(gè)檢測(cè)模塊(104),而其中的控制模塊(108)用來按照《標(biāo)準(zhǔn)》要求 進(jìn)行與控制呼氣的取樣與檢測(cè)。
圖2表明了取樣模塊(102)的結(jié)構(gòu)。如果測(cè)試者緊貼著檢測(cè)儀進(jìn)行 檢測(cè)，其中的過濾器125與121可以選擇放在檢測(cè)儀殼體之內(nèi)。如果測(cè)試 者必須離開檢測(cè)儀 一段距離進(jìn)行檢測(cè)，則兩個(gè)過濾器優(yōu)選的方式是放置在 檢測(cè)儀殼體之外，并通過一個(gè)軟管進(jìn)入檢測(cè)儀。這樣做的原因在下面描述 的檢測(cè)程序中將非常明顯。按《標(biāo)準(zhǔn)》要求，測(cè)試者首先吸入沒有一氧化 氮("卯b)的干凈氣體。在圖2中，測(cè)試者吸入的氣體必須通過一氧化 氮過濾器152與病毒細(xì)菌過濾器121,保證進(jìn)入口腔的氣體NO濃度低于 5ppb,并且安全衛(wèi)生。如此要求這兩個(gè)過濾器盡可能的接近口腔而不在兩 者之間存在一段留有死體積的距離。否則該死體積的氣體將被首先吸入口 腔。該設(shè)計(jì)也解釋了前面描述的對(duì)兩個(gè)過濾器的位置選擇。這里使用的是 《標(biāo)準(zhǔn)》推薦的高錳酸鉀/活性炭一氧化氮過濾材料以及醫(yī)療用呼吸機(jī)的病 毒細(xì)菌過濾器。2-3秒鐘的吸氣結(jié)束后，測(cè)試者緊著這呼氣。此時(shí)呼氣僅 通過病毒細(xì)菌過濾器進(jìn)入檢測(cè)儀，而一氧化氮過濾器的單向閥阻止呼氣進(jìn) 入該過濾器。
《標(biāo)準(zhǔn)》推薦的呼氣流量與壓力分別在50毫升/秒與5-20毫米水柱， 呼氣時(shí)間大于6秒，由此得到大約為300毫升的呼氣樣品5前一部分由于 是口腔而非氣道或肺部的氣體必須排放，后一部分用于4全測(cè)。此外還必須
體混入進(jìn)入的呼氣，影響檢測(cè)的可靠性。本發(fā)明為此采取的設(shè)計(jì)原則是保 證檢測(cè)儀氣路與氣體經(jīng)過的部件均保持活塞流的流動(dòng)狀態(tài)。具體的說，呼 氣從過濾器121開始沿著所有管路與部件均為向前活塞排擠的流動(dòng)狀態(tài)， 推動(dòng)前面原來存在的氣體，不發(fā)生流動(dòng)方向前后的氣體混合，直至將前面 的氣體以及呼氣的前一部份氣體排出檢測(cè)儀?；钊鞯漠a(chǎn)生與保持取決于 流速、流動(dòng)距離、流通截面以及流動(dòng)部件的幾何形狀?；瘜W(xué)工程對(duì)活塞流 裝置和管路的設(shè)計(jì)與選擇有專門介紹。最常見的活塞流裝置為細(xì)長(zhǎng)的管道。 另外的設(shè)計(jì)考慮是盡量避免檢測(cè)儀內(nèi)部裝置或部件中的死體積。 一個(gè)最簡(jiǎn) 單的設(shè)計(jì)是檢測(cè)儀中氣體管路與氣室所占的體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于檢測(cè)儀內(nèi)所有可 能的死體積，例如具有99%的占有率。
除非檢測(cè)元件(這里是傳感器或氣敏元件)能夠在不到6秒內(nèi)就獲得 可靠的檢測(cè)結(jié)果，否則必須設(shè)置一個(gè)氣阻和氣容調(diào)節(jié)呼氣進(jìn)入檢測(cè)模塊的 流量與壓力，并延緩或延長(zhǎng)流動(dòng)的時(shí)間。氣動(dòng)工程對(duì)滿足這種要求的氣阻 和氣容元件或裝置的設(shè)計(jì)與選擇專門的介紹。此外必須考慮的是降低呼氣 100%的相對(duì)濕度，避免在檢測(cè)儀內(nèi)管路、氣泵、閥門、傳感器等部件內(nèi)的 冷凝，保證它們的正常工作能力與可靠性。
圖2表明的取樣模塊考慮了這些設(shè)計(jì)因素。呼氣首先通過該模塊中的 降濕器(122)，降低呼氣的濕度。該降濕器可以選用在通過的時(shí)間內(nèi)對(duì)水 分子而不對(duì)一氧化氮吸附的材料，例如3A分子篩或高分子吸水材料、只允 許水分子滲透到干燥環(huán)境的NAFI0N高分子滲透管；半導(dǎo)體致冷或者機(jī)械作 用的水凝結(jié)與降濕裝置。濕度降低后的氣體然后分別通過氣阻與氣容。氣 阻的作用是限制流速，氣容的作用是延緩氣體的流動(dòng)。 一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法 是采用細(xì)長(zhǎng)的活塞流管路同時(shí)限制流速與延緩流動(dòng)，而且該細(xì)長(zhǎng)管路同時(shí) 裝有吸水填料，具有降濕的作用。這樣從過濾器121開始算起，到該取樣 模塊的出口 (至檢測(cè)模塊)之間的細(xì)長(zhǎng)管路便足以滿足活塞流的條件。也
可以按照氣動(dòng)工程提供的各種氣阻與氣容元件與裝置進(jìn)行選擇。
為保證《標(biāo)準(zhǔn)》建議的呼氣流量與壓力，該模塊設(shè)置了一個(gè)壓敏元件
(126)。由于壓力與流量對(duì)流通截面一定的氣路是關(guān)聯(lián)的，因此只需要一
個(gè)壓力測(cè)量。該元件的輸出信號(hào)通過控制模塊指導(dǎo)被檢測(cè)者自動(dòng)的調(diào)節(jié)呼 氣的流量與壓力到合適的范圍。氣阻與氣容等也會(huì)對(duì)過強(qiáng)(流量或壓力過 大)的呼氣產(chǎn)生反饋?zhàn)饔?。因此該壓敏元件主要是監(jiān)控過弱的呼氣，防止 一定呼氣時(shí)間內(nèi)并未產(chǎn)生足夠的氣量供檢測(cè)分析之用。
呼氣從取樣模塊進(jìn)入檢測(cè)模塊(104 )。該模塊基本上是發(fā)明者公布的 兩項(xiàng)專利技術(shù)(中國專利申請(qǐng)?zhí)杝w2008001與sw2008002 )的組合。圖3表 明了本發(fā)明采用的檢測(cè)模塊的結(jié)構(gòu)圖。從取樣模塊進(jìn)入的氣體首先經(jīng)電磁 閥142與150排空。作為一個(gè)實(shí)施例，如果按《標(biāo)準(zhǔn)》的50毫升/秒的流 量、呼氣6秒來與取樣模塊的氣體有效容積100毫升計(jì)算，如果呼氣的前 4秒進(jìn)行排空而非檢測(cè)。該段時(shí)間內(nèi)，進(jìn)入與排放的氣體均為200毫升， 排放的氣體中包括IOO毫升檢測(cè)儀中原來的氣體和IOO毫升前一部分呼氣。 那么取樣模塊就有100毫升的后一部分呼氣，按《標(biāo)準(zhǔn)》推薦可以用于檢 測(cè)。也就是說檢測(cè)可以在呼氣開始算起的第5或6秒鐘開始。
此時(shí)檢測(cè)模塊中氣泵以一定的流量驅(qū)使呼氣樣品從取樣模塊經(jīng)過電磁 閥(142)到氣敏元件U46)進(jìn)行檢測(cè)。該檢測(cè)信號(hào)包括一氧化氮與其它 因素(例如環(huán)境與氣體本身的溫度、濕度、壓力、流量、其它氣體等)的 貢獻(xiàn)。檢測(cè)后的氣體以活塞流的方式排擠氣室(148)中原來的氣體經(jīng)電磁 閥(150)放空，并占據(jù)該氣室。獲得穩(wěn)定的檢測(cè)數(shù)值后，切換電磁閥(150) 僅允許呼氣樣品從氣室146由此流到過濾器152，除去其中的一氧化氮(< 3ppb)，然后經(jīng)電f茲閥142回到氣每丈元件進(jìn)行二次;險(xiǎn)測(cè)，該檢測(cè)信號(hào)^U呆 留了其它因素的貢獻(xiàn)，不再有一氧化氮的貢獻(xiàn)。最后一氧化氮的檢測(cè)結(jié)果 為兩次測(cè)量的差值。該差值消除了除一氧化氮之外的其它因素的影響，從 而具有較高的選擇性與靈敏度。
這里描述的二次測(cè)量的電流相應(yīng)值可以用來零點(diǎn)設(shè)定。此外，零點(diǎn)設(shè) 定與靈壽丈度標(biāo)定也可以由圖2中148-150-142-144-146-148表明的循環(huán)電 解電路進(jìn)行。 一氧化氮在不斷的循環(huán)電解中完全消耗。按法拉第定律，由
循環(huán)電流的積分可以確定 一 氧化氮的質(zhì)量；由該氣路的體積可以知道一 氧 化氮的濃度。該傳感器的靈敏度與零點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)最大與最小的穩(wěn)態(tài)電流。 因此這里描述的檢測(cè)模塊不僅具有高靈敏度與高選擇性的特點(diǎn)，而且還具 有自標(biāo)定的功能。通過控制模塊，用戶可以隨時(shí)選擇這一功能。
上述的描述只是作為本發(fā)明的 一 個(gè)應(yīng)用實(shí)施例。按本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想，
圖2中的四通電》茲閥142與150可以一皮等效的一些單向閥、二通閥或與三 通閥等效的組合所取代，而且氣泵、氣室與氣敏元件的相互位置也可以互 換，這些均屬于本專利的保護(hù)內(nèi)容。
控制模塊的用途包括控制并檢查取樣模塊與檢測(cè)模塊的各個(gè)部件的 動(dòng)作與功能、處理壓敏與氣敏元件的檢測(cè)信號(hào)、記錄檢測(cè)的次數(shù)、信息處 理和存儲(chǔ)。
控制模塊可完成對(duì)整個(gè)儀器系統(tǒng)的自檢和初始化。然后可根據(jù)使用者 的需要進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，比如控制電磁閥、氣泵等。同時(shí)自動(dòng)化設(shè)定 功能可支持輸入用戶信息，以便后續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)管理。
其次，控制模塊可完成對(duì)檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)采集，在吸氣過程和呼氣測(cè) 試過程中，對(duì)包括氣體壓力信號(hào)、呼氣N0氣敏元件信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和變換， 使之成為可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，收集并存儲(chǔ)。
與其相適應(yīng)的后處理算法，包括數(shù)字濾波、有效數(shù)據(jù)提取、基準(zhǔn)信號(hào) 檢測(cè)和提取，可保證測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性，并顯示最終計(jì)算結(jié)果。
最后，系統(tǒng)軟件可控制儀器系統(tǒng)完成系統(tǒng)回復(fù)初始狀態(tài)，完成系統(tǒng)自 標(biāo)定。測(cè)試數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)于儀器中，供后續(xù)查詢，并可通過數(shù)據(jù)接口完成向 PC機(jī)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，實(shí)現(xiàn)更多的數(shù)據(jù)管理功能。
控制模塊具有友好的用戶界面，在開機(jī)預(yù)熱、自檢、吸氣、呼氣、清 空和自標(biāo)定等過程中，均可實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)并自動(dòng)轉(zhuǎn)換狀態(tài)，提示使用 者確認(rèn)或者直接進(jìn)行下一步操作，提示并糾正操作過程中的錯(cuò)誤。
該模塊還具備良好的數(shù)據(jù)處理功能
1) 用戶數(shù)據(jù)管理可以支持超過2000條用戶數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)容量可 以按用戶要求選擇)，按照不同地區(qū)使用者的要求定制數(shù)據(jù)格 式和參數(shù)，可記錄用戶姓名、年齡、性別、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試溫
度值、測(cè)試N0值、當(dāng)?shù)乜諝釴O濃度值等，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)比較 和跟蹤。并可通過匹配的PC端軟件將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，利用Windows 系統(tǒng)的其他數(shù)據(jù)處理軟件，進(jìn)行后期數(shù)據(jù)管理和分析。
2) 數(shù)據(jù)采集和后處理可以在有效溫度和壓力條件下，自動(dòng)采集 超過1000次/秒的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過特殊的多重?cái)?shù)字濾波方法，不 但從硬件上，而且從軟件上消除噪聲，保證數(shù)據(jù)在相應(yīng)條件下 的有效性。
3) 數(shù)據(jù)校準(zhǔn)通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同溫度、濕度條件下的測(cè)試，系 統(tǒng)可以將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在檢測(cè)模塊中。在實(shí)際測(cè)試時(shí)，按照當(dāng) 時(shí)條件，選取不同的校準(zhǔn)常數(shù)，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行再校正。在如 前文所示零點(diǎn)標(biāo)定時(shí)，也采取同樣算法。這樣，可保證數(shù)據(jù)針 對(duì)同一個(gè)傳感器下的統(tǒng)一性和可比性。并使得系統(tǒng)能在比傳統(tǒng) 檢測(cè)儀器更寬的溫度范圍內(nèi)工作。
該模塊作為儀表系統(tǒng)的核心單元，也有良好的自維護(hù)功能
1) 系統(tǒng)初始化功能?？梢猿跏蓟{(diào)校系統(tǒng)到達(dá)最佳狀態(tài)。
2) 系統(tǒng)自標(biāo)定功能，按照前文所述的方法，通過該模塊軟件的處 理，可實(shí)現(xiàn)完全的系統(tǒng)自標(biāo)定，從而避免不斷更換外部標(biāo)定設(shè) 備對(duì)系統(tǒng)帶來的危害和不穩(wěn)定性。
3) 系統(tǒng)的智能化錯(cuò)誤處理功能，可以自動(dòng)檢測(cè)傳感器是否存在、 傳感器是否到期、電池電量不足和系統(tǒng)時(shí)鐘等錯(cuò)誤，并提示使 用者注意更換。
4) 系統(tǒng)的升級(jí)功能，提供PC端軟件，不但實(shí)現(xiàn)與儀器控制模塊 相同的數(shù)據(jù)處理功能，而且可以使用內(nèi)置的下載軟件對(duì)儀器進(jìn) 行快速軟件升級(jí)，減少了繁瑣的后期維護(hù)。
該模塊不但可以提供NO氣體檢測(cè)，通過變更軟件，也可擴(kuò)展到其他氣 體檢測(cè)裝置。
應(yīng)用實(shí)施例一
本例用來說明本發(fā)明如何檢測(cè)呼氣中ppb范圍內(nèi)的一氧化氮濃度。本 例采用的電化學(xué)氣敏元件是本發(fā)明者在用于工業(yè)氣體安全ppm量級(jí)檢測(cè)用 傳統(tǒng)元件基礎(chǔ)上開發(fā)改進(jìn)而成的。通過將催化材料的納米化處理并增設(shè)一 個(gè)補(bǔ)償電極，該氣敏元件對(duì)空氣中一氧化氮的檢測(cè)下限與精度可以達(dá)到5 -10 ppb。如果進(jìn)行恒溫與恒濕的控制，檢測(cè)下限與精度可以低于5 ppb。 此外，也考察了空氣與呼氣中其它氣體的干擾，包括一氧化碳、二氧化碳、 酒精、氨氣、氫氣、硫化氫、丙酮、二氧化氮、氧氣、水蒸氣(濕度)等。 在高于它們正常的濃度范圍內(nèi)，這些氣體的貢獻(xiàn)都低于5ppb。然而，如此 之高靈敏度的氣敏元件的零點(diǎn)與靈敏度的漂移卻十分顯著。例如，二十次 檢測(cè)后，靈敏度下降了 5%。
按照?qǐng)D1、 2與3表明的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在一個(gè)基板上構(gòu)成了取樣模塊與 檢測(cè)模塊。取樣模塊中， 一氧化氮過濾器有高錳酸鉀與活性炭混合構(gòu)成， 細(xì)菌病毒過濾器為醫(yī)療用呼吸機(jī)的空氣過濾器。降濕器采用的是3A分子 篩。氣阻為一個(gè)變截面的流動(dòng)管道。氣容采用的是一個(gè)有效容積為130毫 升的內(nèi)徑為10毫米的細(xì)長(zhǎng)聚四氟乙蜂盤管。檢測(cè)模塊采用的是一個(gè)流量為 3毫升/秒的氣體循環(huán)泵、 一個(gè)30毫升的聚四氟乙烯盤管作為檢測(cè)氣容。
對(duì)三名志愿者進(jìn)行了測(cè)試。作為對(duì)比，利用本裝置提供的取樣模塊接 入一氧化氮化學(xué)分光分析儀(美國通用電氣儀器，型號(hào)NOA280i)進(jìn)行相 同的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果基本一致，三名志愿者的化學(xué)分光分析儀檢測(cè)的一氧 化氮濃度分別為13， 24與44 ppb。而本應(yīng)用實(shí)施例測(cè)試裝置給出的結(jié)果 分別為12, 24與43ppb。
應(yīng)用實(shí)施例二
本例用來說明本發(fā)明如何進(jìn)行檢測(cè)呼氣一氧化氮的自標(biāo)定。如應(yīng)用實(shí) 施例描述的，高靈敏度氣體檢測(cè)的 一個(gè)突出問題是由于干擾因素或氣敏元 件本身失活或老化引起的靈敏度快速衰減。
將使用一定時(shí)間的一氧化氮?dú)饷粼靡阎獫舛?40ppb)的氣體進(jìn)行 的標(biāo)定表明該元件的靈敏度已經(jīng)下降了 20%。該元件按原來的靈敏度關(guān)系
給出的檢測(cè)濃度為32ppb。代替使用外部已知濃度的配氣標(biāo)定的方法，該
應(yīng)用實(shí)施例表明如何進(jìn)行自檢或自標(biāo)定的方法避免這一問題。在本應(yīng)用實(shí) 施例中，采用應(yīng)用實(shí)施例一中的自標(biāo)定功能對(duì)該氣敏元件進(jìn)行靈敏度校正。
其初始設(shè)定的靈敏度在0-300ppb范圍內(nèi)按電壓輸出的關(guān)系為0. 56ppb/mV。 本發(fā)明檢測(cè)裝置對(duì)40ppb配氣的檢測(cè)信號(hào)為59mV，按該靈敏度給出的檢測(cè) 濃度為33卯b。如果啟動(dòng)自標(biāo)定功能，則無需該靈敏度關(guān)系確定的濃度為 41ppb。由此將靈敏度重新設(shè)定為41/59，即O, 69ppb/mV。按此新設(shè)定的靈 壽丈度，對(duì)40ppbb標(biāo)準(zhǔn)配氣的檢測(cè)結(jié)果則為40. 7卯b、而不是校正前的33卯b， 因此避免了錯(cuò)誤的檢測(cè)結(jié)果。
照檢測(cè)儀內(nèi)部設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行自標(biāo)定，而無需將該儀器返回廠商或由自己 按廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)氣體與方法進(jìn)行外部標(biāo)定，也不需要通過頻繁的更換傳 感器而以更高的代價(jià)避免標(biāo)定問題。這樣做不僅節(jié)約了使用成本與時(shí)間， 而且利用檢測(cè)氣體的自標(biāo)給出的結(jié)果更為真實(shí)可靠。
上述實(shí)施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的，熟 悉本領(lǐng)域的人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做 出種種修改或變化，因而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng) 該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最大范圍。
權(quán)利要求
1.一種呼氣一氧化氮檢測(cè)儀，其特征在于，包括取樣模塊，該取樣模塊對(duì)測(cè)試者進(jìn)行呼氣的排放與取樣；檢測(cè)模塊，該檢測(cè)模塊對(duì)所述取樣模塊中的呼氣樣品進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行零點(diǎn)與靈敏度的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，保證ATS/ERS標(biāo)準(zhǔn)要求的檢測(cè)靈敏度、選擇性與可靠性；控制模塊，該控制模塊對(duì)所述取樣模塊與檢測(cè)模塊的取樣與檢測(cè)進(jìn)行控制、并進(jìn)行信息的收集、處理、存儲(chǔ)與通訊。
2. 如權(quán)利要求1所述的呼氣一氧化氮檢測(cè)儀，其特征在于， 所述取樣模塊包括空氣 一 氧化氮過濾器，用來除去測(cè)試者吸氣中的 一 氧化氮； 病毒細(xì)菌過濾器，用來除去測(cè)試者吸氣與呼氣中的病毒細(xì)菌； 降濕器，用來降低測(cè)試者呼出氣體的相對(duì)濕度，防止在取樣與檢測(cè)氣 路中的冷凝；' 氣阻，用來調(diào)節(jié)呼氣的壓力與流速； 氣容，用來充放呼氣樣品；壓敏元件，用來測(cè)量呼氣與吸氣過程中氣體壓力的變化。
3, 如權(quán)利要求2所述的取樣模塊，其特征在于，所述降濕器包括 呼氣通過時(shí)間內(nèi)對(duì)水分子而不對(duì)一氧化氮吸附的材料，例如3A分子篩或高分子吸水材料；或者只允許水分子滲透到干燥環(huán)境的NAFI0N高分子滲透管；或者 半導(dǎo)體致冷降濕裝置；或者 機(jī)械作用的水凝結(jié)或降濕裝置。
4. 如權(quán)利要求1所述的呼氣一氧化氮檢測(cè)儀，其特征在于， 所述檢測(cè)模塊包括 一組電磁閥用來控制氣流的方向與氣路的開關(guān)；氣泵，用來按一定的流量驅(qū)使氣流；氣敏元件，該元件對(duì)一氧化氮產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)；檢測(cè)氣容，用來充放被檢測(cè)的呼氣；呼氣一氧化氮過濾器，用于除去被測(cè)氣體中的 一氧化氮。
5.如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)模塊，其特征在于，所述氣敏元件包括: 對(duì)一氧化氮檢測(cè)的電化學(xué)氣敏元件，或者 對(duì)一氧化氮檢測(cè)的氧化物半導(dǎo)體氣敏元件，或者 對(duì)一 氧化氮檢測(cè)的碳納米管氣敏元件。
6.如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)模塊，其特征在于，所述呼氣一氧化氮過 濾器僅僅除去呼氣中的一氧化氮，經(jīng)過該過濾器的殘余的一氧化氮濃度低 于檢測(cè)儀的檢測(cè)下限和精度，也可以除去氣體對(duì)所述氣敏元件不產(chǎn)生任何 千擾的氣體，由此對(duì)傳感器的零點(diǎn)或基線進(jìn)行校準(zhǔn)，扣除溫度、濕度、二 氧化氮、 一氧化碳、二氧化碳、氧氣等干擾氣體對(duì)氣敏元件響應(yīng)的影響。
7.如權(quán)利要求4所述的檢測(cè)模塊，其特征在于當(dāng)所述氣敏元件為電流 型電化學(xué)傳感器時(shí)，通過與所述檢測(cè)氣容和氣泵構(gòu)成的循環(huán)電解過程對(duì)傳 感器的靈敏度進(jìn)行校準(zhǔn)。
8.如權(quán)利要求1所述的呼氣一氧化氮檢測(cè)儀，其特征在于， 所述控制模塊包括微處理器單元核心處理器，進(jìn)行系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)。 傳輸單元用于傳輸控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，并作為接口，實(shí)現(xiàn)同PC機(jī)的通信，以及對(duì)取樣模塊的控制。顯示和操作單元人機(jī)界面，用于數(shù)據(jù)顯示和界面操作。 控制程序和驅(qū)動(dòng)程序軟件用于系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)通信、信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理，并包含相應(yīng)的數(shù)據(jù)算法。
9.如權(quán)利要求8所述的控制模塊，其特征在于，所述微處理器單元包括具有數(shù)據(jù)處理功能的CPU;與之匹酉己^/夕卜圍電路禾口 Firmware: EEPR0M、 SDRAM、 Flash Memory Chip
10.如權(quán)利要求8所述的控制模塊，其特征在于，所述傳輸單元包括:控制取樣模塊的電路；.與PC機(jī)通信接口和軟件程序下載接口；與檢測(cè)模塊連接的控韋^和數(shù)據(jù)采樣處理電路；實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路；測(cè)試和自檢電路；
11.如權(quán)利要求8所述的控制模塊，其特征在于，所述顯示和操作單 元包括大尺寸觸摸式液晶顯示屏。
12,如權(quán)利要求8所述的控制模塊，其特征在于，所述控制程序和驅(qū) 動(dòng)程序軟件包括控制和驅(qū)動(dòng)軟件模塊； 數(shù)據(jù)采集軟件模塊； .通信軟件模塊； 數(shù)據(jù)處理軟件模塊和算法； 系統(tǒng)初始化自檢和自標(biāo)定軟件和算法； 以及與之相匹配的PC端軟件。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種呼氣一氧化氮檢測(cè)儀。該檢測(cè)儀包括取樣、檢測(cè)與控制三個(gè)模塊。取樣模塊遵循國際呼氣檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的程序，對(duì)測(cè)試者進(jìn)入檢測(cè)儀的呼氣質(zhì)量、流量和壓力進(jìn)行自動(dòng)控制，并對(duì)呼氣進(jìn)行降低濕度和氣流的阻容匹配，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的最佳氣流條件。檢測(cè)模塊除了具有滿足呼氣檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求的靈敏度與選擇性要求外，還具有零點(diǎn)與靈敏度校準(zhǔn)的自標(biāo)定功能?？刂颇K對(duì)取樣與檢測(cè)進(jìn)行所有必須的自動(dòng)控制，進(jìn)行信息處理、儲(chǔ)存和通訊，并通過觸摸屏用戶界面選擇各種功能、輸入測(cè)試者的信息、指導(dǎo)檢測(cè)過程、記錄與顯示檢測(cè)的結(jié)果。
文檔編號(hào)G01N33/497GK101354394SQ20081019597
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日
發(fā)明者沈立軍, 杰 韓 申請(qǐng)人:無錫尚沃生物科技有限公司