氨捕獲器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氨的捕獲，特別是氣態(tài)氨的捕獲。本發(fā)明還涉及一種包含這種氨捕獲 的裝置或裝備，制造和使用這種捕獲特別是檢測(cè)氨的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氨是以氣態(tài)形式存在于人體的呼吸物中，然而，它可以用來(lái)指示疾病并已具有被 用作篩選大范圍疾病的潛力。這些包括腎臟疾病，肝硬化，或感染，例如幽門螺桿菌或念珠 菌微生物。同時(shí)，人體呼吸體中氨的增加，也可顯示人體精神壓力增加。由于這些原因，提 供一種測(cè)定該化合物的簡(jiǎn)單而快速的方法顯得尤為重要。
[0003] 在一個(gè)健康的個(gè)體中，氨在呼吸氣中的典型含量是在十億分之800-900的量級(jí)， 在不健康的人體中，則可高達(dá)百萬(wàn)分之1-15 (體積比）。由于健康個(gè)體和不健康個(gè)體之間在 這個(gè)范圍的較低水平的差異小，因此，需要提供一種精確的檢測(cè)氨的方法很重要。
[0004] 氣態(tài)氨樣品的感應(yīng)呈現(xiàn)出許多潛在問(wèn)題，包括在呼吸氣中氨的含量相對(duì)較低，一 個(gè)健康的和不健康的個(gè)體之間氨的水平有時(shí)差別很小，采樣方法（例如口或鼻取樣都需要 選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)溶液和捕獲方法）。
[0005] 在我們最近申請(qǐng)的專利GB1315803. 5 (2013年9月5日提交）中，我們報(bào)道了一個(gè) 創(chuàng)新的可靈敏地檢測(cè)呼吸氣中氨的方法，可以在診斷地有效水平上檢測(cè)氨。我們的方法選 擇性強(qiáng)、靈敏度高，是一種涉及檢測(cè)前氨化學(xué)轉(zhuǎn)換的間接檢測(cè)氨電化學(xué)方法。
[0006] 呼吸采樣是一個(gè)極其重要的方面，經(jīng)常被忽視，需要高效捕捉分析物（如氨），以 便被檢測(cè)到。例如，許多氨的分析方法要求氨溶液，溶劑可是水、有機(jī)溶劑、凝膠還是離子液 體。需要要克服的問(wèn)題是如何最好地呈現(xiàn)呼吸（或其它氣體）樣品以使氨進(jìn)入與傳感器相 連的溶液。
[0007] 如果呼吸樣本直接通入溶劑（或使用可控的方法注射），捕獲氣體的溶液需要大 的體積并導(dǎo)致氨的濃度被稀釋。在低的氨濃度條件下，稀釋帶來(lái)問(wèn)題并可能導(dǎo)致最終的濃 度太低而超出無(wú)法有效檢測(cè)。為了克服液體器（水系或非水系）中的這個(gè)問(wèn)題，可使用非 常小體積的溶液。然而，典型的單次呼出的氣樣體積約500mL。大體積的呼吸氣通入小體積 的溶劑會(huì)導(dǎo)致溶質(zhì)揮發(fā)而不是氨的溶解。即使這不會(huì)發(fā)生，這種捕獲呼吸樣品的方法也是 很難獲得可重復(fù)的結(jié)果。使用凝膠/離子液體/其他導(dǎo)電介質(zhì)是更復(fù)雜的，因?yàn)槿芤旱淖?身粘度比水溶液的要小。此外，氨在溶液中的溶解度也是一個(gè)限制因素。因此，表面上看似 簡(jiǎn)單的以一種適當(dāng)?shù)姆绞綇暮粑鼩庵蝎@取分析用的氨樣品也是一個(gè)挑戰(zhàn)。
[0008] -旦在溶液中，氨通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種具有某些性能的衍生物，致使產(chǎn)生一個(gè) 可行性更強(qiáng)的檢測(cè)信號(hào)（例如，通過(guò)和一種化學(xué)試劑反應(yīng)將會(huì)生成一種光活性更強(qiáng)的物 質(zhì)）。然而，在氨溶解之前，這樣的化學(xué)試劑不能出現(xiàn)在溶劑中，因?yàn)樗鼈儗?huì)降低氨的溶解 度，并降低了信號(hào)強(qiáng)度。因此，它們將會(huì)在氨溶解后加入，這一步使整個(gè)過(guò)程復(fù)雜化，增加了 制造成本，在某些情況下降低了分析的可靠性。而且，呼吸氣中的其他成分也可能出現(xiàn)在溶 液中，可能會(huì)干擾氨的檢測(cè)。所以，需要開(kāi)發(fā)一種只有呼吸氣中的氨能被捕獲的器，在分析 時(shí)呼吸氣中其它的氣體成分被排除。
[0009] 本發(fā)明旨在克服或改善這些問(wèn)題或其中的一些方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的第一個(gè)方面公開(kāi)了氨捕獲器，由收集基體、和固定在收集基體上的 酸組成。這個(gè)捕獲器可以通過(guò)氨從酸中得到一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)化為銨離子而在收集基體上捕獲 氨。與下面的眾所周知的反應(yīng)式一致：
[0011]
[0012] 同樣接觸氨后，氨捕獲器可以說(shuō)包含收集基體、在收集基體上捕獲的銨離子以及 固定在收集基體上的酸（一般酸是過(guò)量的）。
[0013] 氨一般是氣態(tài)的，這里描述的收集氨的簡(jiǎn)單方法，是從氣流中捕捉氨。允許其它所 有氣體作為廢氣排掉，這是非常簡(jiǎn)單有效的。一旦被捕獲，氨能被釋放、檢測(cè)，或者直接在收 集基體上被檢測(cè)，這個(gè)精確的方法依賴于檢測(cè)用的傳感器的類型。但是，可看出不管是氨被 釋放后再檢測(cè)還是原位檢測(cè)，使用本發(fā)明的氨捕獲器能得到高濃度、高純度樣品。這使得更 易于分析氨。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本捕獲器對(duì)氨高度有效、精確，從呼吸氣中提取氨具有100%的提取 率。
[0014] 所使用的術(shù)語(yǔ)"氨"旨在包括質(zhì)子化了的銨離子。明顯地，對(duì)于本領(lǐng)域的讀者，在 某些情況下指的是氨的檢測(cè)，確切的說(shuō)這也是銨離子檢測(cè)，在談及檢測(cè)方法時(shí)也是如此。在 水溶液中檢測(cè)時(shí)尤其是如此，在這種情況下，取決于于PH，會(huì)形成銨離子。
[0015] 氣態(tài)氨一般是來(lái)自人或動(dòng)物的呼吸氣中。這里使用的術(shù)語(yǔ)"呼出氣"指的是由肺 排出的一些或者全部成分的混合物。這可能包括一個(gè)或兩個(gè)鼻子呼吸或者嘴呼吸，一般含 有氣態(tài)成分。例如，空氣，這里的空氣一般被耗盡了氧氣、富含二氧化碳。而且，蒸汽、液態(tài) 成分也可能存在，例如水蒸氣或者水。蒸汽、液態(tài)組分可能包含溶解的的物質(zhì)。同樣地，本 發(fā)明的捕獲器旨在能夠捕獲呼吸中的氨。本發(fā)明的捕獲器可能捕獲氣態(tài)氨或者從呼吸冷凝 物中捕獲氨，這里用的呼吸冷凝物指的是呼吸中的液態(tài)組分或者凝結(jié)的蒸汽組分。
[0016] 通常情況下，酸是強(qiáng)酸，因?yàn)檫@樣能確保當(dāng)氨氣與收集基體接觸時(shí)氨氣能迅速轉(zhuǎn) 變。酸主要是礦物酸，例如氏?0 4，氏504，!1(：1，圓03以及這些酸和弱酸的組合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)單獨(dú) 的有機(jī)酸不夠強(qiáng)，不能有效捕獲100%的氨，在某些情況下會(huì)干擾檢測(cè)。通常的磷酸、鹽酸、 硝酸是氣態(tài)酸在水溶液中。當(dāng)使用這種酸的水溶液時(shí)，鹽酸和硝酸有揮發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)并且停止 提供捕獲氨用的質(zhì)子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)硫酸對(duì)許多裝置有太強(qiáng)的腐蝕，經(jīng)常會(huì)腐蝕收集基體。然 而，使用耐酸性的收集基體時(shí)，硫酸可能可以使用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)磷酸具有足夠的強(qiáng)度捕獲氣流 中的全部氨，特別是當(dāng)磷酸干燥成油狀時(shí)很容易固定在收集基體上。
[0017] 這里使用的術(shù)語(yǔ)"強(qiáng)酸"指的是當(dāng)其溶于水時(shí)能夠完全解離。"弱酸"則與之相反， 即不能完全解離。強(qiáng)酸的典型pKa值在-10至-2間，而弱酸的則在-2到12之間。
[0018] 通常，收集基體是多孔的。經(jīng)常選那些有足夠多的孔隙能使氣流通過(guò)的收集基體， 從而確保所有的氨都被捕獲，且收集基體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度而不會(huì)被氣流破壞，還要很薄以 將其對(duì)氣流的阻力降至最低，使得呼出的氣流體易于進(jìn)入捕獲器。多孔性可以通過(guò)穿孔的 非多孔性材料（如塑性材料）或者直接使用多孔材料獲得。通?；w使用纖維材料，在很 多情況下，這些纖維材料來(lái)自紙或者紡織材料?；w也經(jīng)常是多孔紙，例如考慮到價(jià)格和實(shí) 際可用性等原因，會(huì)選用濾紙。另一種方法是利用上面提到的酸或酸的組合溶液。
[0019] 通常這個(gè)捕獲器包含一個(gè)收集基體的外罩，基體就置于這個(gè)外罩里或者懸于其 中。通常收集基體會(huì)充滿這個(gè)外罩，橫跨外罩的橫截面，通過(guò)外罩的任何氣體必須和基體相 互作用。在許多情況下，外罩配置的是允許氣體進(jìn)入和排出捕獲器的。一般外罩配備一個(gè) 入口以允許氣體進(jìn)入捕獲器，一個(gè)出口以允許氣體排出捕獲器。同時(shí)，也可是只有一個(gè)孔， 既可作為入口也可作為出口。通常入口和出口是下列形式放置的，氣體從入口進(jìn)入，流經(jīng)收 集基體，至出口排出。這通常意味著入口和出口在基體的兩面，以致進(jìn)入捕獲器的氣體必須 經(jīng)過(guò)基體，因而確保氣流中所有的氨都會(huì)被提取。這種結(jié)構(gòu)具有額外好處是呼吸樣品擴(kuò)散 /流過(guò)濾紙，對(duì)用戶沒(méi)有明顯的害處。例如，已知的使用液體器的檢測(cè)方法有吸入液體的風(fēng) 險(xiǎn)。由于在這里描述的捕獲器里沒(méi)有液體，因而這樣的情況不會(huì)發(fā)生。外罩的精確的構(gòu)造 可進(jìn)一步改進(jìn)以適應(yīng)于提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的產(chǎn)品。
[0020] 外罩可能由塑料、金屬、玻璃、或者其他材料（例如紙）。但是，規(guī)定外殼是無(wú)孔的， 通常情況下外罩由硬質(zhì)材料構(gòu)成，這些材料是惰性的，或者說(shuō)不與氣流中的組分發(fā)生反應(yīng)。
[0021] 化學(xué)捕獲允許使用最小體積的溶液（包含試劑）進(jìn)行測(cè)量/檢測(cè)。在另一個(gè)實(shí)施 方案中，捕獲溶液可以置于呼吸氣收集腔或者通過(guò)將呼吸氣轉(zhuǎn)入酸性溶液的方法。
[0022] 本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種氨檢測(cè)裝置，其包括一個(gè)發(fā)明的第一個(gè)方面所述的 氨捕獲器，以及一個(gè)氨傳感器。任