鹵化碳回收方法和系統的改進與流程

本發明涉及捕獲和回收鹵化碳的方法和系統。具體地，本發明涉及當在醫療環境中用作揮發性麻醉劑時捕獲和回收鹵化碳的方法和系統。

技術背景

鹵化碳是有機化學分子，其包括至少一個碳原子與一個或多個鹵化碳原子共價鍵合。鹵化碳有許多用途，并在幾種工業中使用，如溶劑，農藥，制冷劑，耐火油，彈性體成分，粘合劑和密封劑，電絕緣涂層，塑料和麻醉劑。鹵化碳的替代術語是“鹵代碳氟化合物”。

用作麻醉劑的鹵化碳的實例通常包括地氟醚，異氟烷，七氟醚，氟烷和恩氟烷。這些麻醉劑可以稱為揮發性麻醉劑，因為它們在室溫下是液體，但是易于蒸發以產生用于患者吸入的蒸氣以誘導麻醉。使用麻醉機(也稱為Boyle's機器)的呼吸回路將這些試劑給予患者。如參考圖1描述包括其呼吸回路2的麻醉機的一部分的示意圖。麻醉機的主要功能是將氧氣與臨床醫生指定濃度的揮發性麻醉劑混合，以經由呼吸回路2輸送到患者。

麻醉機和呼吸回路2包括用于由患者(未示出)吸入的管道氣體網絡。空氣，氧氣(O₂)和一氧化二氮(N₂O)分別從一個空氣管3或一個氣缸管5，一個氧管7或一個氧氣瓶管9和一個一氧化二氮管11或一個一氧化二氮筒管13供應到后桿15。每個氣體管道3,7,11在4bar下供應氣體。空氣和氧氣由氣缸管5,9在137bar提供。氧化亞氮通過氣缸管13在44bar下供應。為了降低由氣缸管5,9,13供應的氣壓以匹配由氣體管道3,7,11供應的氣壓，每個氣缸管道5,9,13包括一個減壓閥(PRV)17，其減小由缸管5,9,13供應的氣壓到4bar。

空氣，氧氣和一氧化二氮中的每一種被單獨輸送到相應的可變流量閥19，其允許麻醉師根據需要混合空氣，氧氣和一氧化二氮。每個可變流量閥19進一步將氣體的壓力減小到剛好超過1bar。圖1示出了氣體通過空氣后桿管18，氧氣后桿管20和一氧化二氮后桿管22從左到右輸送到后桿15。對于本領域技術人員來說顯而易見的是，后桿管18,20,22可以不同地布置。例如，后桿管18,20,22可以按照以下圖1中從左向右順序排列：一氧化二氮后桿管22；氧后桿管20；和空氣后桿管18。

后桿15包括一個蒸發器10和一個壓力釋放閥16。蒸發器10包含一個蒸發室21，其中容納有麻醉劑12。蒸發室21布置成使得麻醉劑12在麻醉劑12的飽和蒸氣壓下蒸發以形成蒸氣14。例如，如果飽和蒸汽壓力過高以將藥劑12遞送至患者，則可變旁路閥23允許麻醉師控制從后桿15供應的通過蒸發器10的氣體的比例。因此，在離開后桿15的氣流內的揮發性麻醉劑12的輸出濃度被控制。

患者通過面罩4吸入氣體，面罩4套在患者的鼻子和嘴周圍并形成密封。面罩4連接到一根供應包含麻醉劑12氣體的吸入管6，以及通過一根呼出管8呼出的和未使用的氣體和藥劑12被運送離開患者。吸氣管6和呼氣管8通常是波紋軟管。

吸氣管6包括單向吸氣閥25，其在患者吸氣時打開。當單向吸氣閥25處于打開狀態時，氣體流過后桿15，通過蒸發室10，在那里其與來自麻醉劑12的蒸氣14混合。與藥劑蒸氣14混合的氣體被患者吸入。在使用中，呼吸回路2以安全的壓力和流速向患者提供以特定濃度與氧氣/空氣/一氧化二氮(N₂O)混合的麻醉劑的精確和連續供應。

呼氣管8連接到連接有單向呼氣閥26的呼氣管24，當單向呼氣閥26打開時，呼出和未使用的氣體由其通過。通過單向呼氣閥26的氣體流入呼吸袋28。排氣管30從呼吸袋28通向可變減壓閥32。

二氧化碳(CO₂)吸收罐34連接到呼氣管24和吸氣管15，并且布置成允許氣體通過吸收器罐34從呼氣管24流動到吸氣管6。吸收罐34包含鈉鈣36，其從流入吸收罐34的氣體中吸收二氧化碳。

在患者吸入氣體/藥劑混合物期間示出了圖1所示的呼吸回路2的構造。吸入氣體的移動由實線箭頭示出，并且呼出氣體的移動使用虛線箭頭示出。

患者的吸入導致呼氣閥26關閉并且吸氣閥25打開。這允許再循環氣體從呼吸袋28流過吸收氣體中CO₂的吸收罐34，吸收罐34并進入吸入管6。氣體通過蒸發室10，在其中與試劑蒸氣14混合。所得的氣體/藥劑混合物經由呼吸回路2的單向吸入閥25和吸入支路6以及呼吸面罩4施加給患者。患者將氣體/藥劑混合物吸入其肺中，其將一些藥劑蒸氣14溶解到患者的血液中。這導致麻醉的可逆狀態。

在患者呼氣時，呼氣閥26打開，并且吸氣閥25關閉。患者呼出的氣體，包括藥劑蒸氣14的未被患者吸收的部分，經由呼氣管8回流到呼吸回路2中。呼出氣體流入呼吸袋28，并且過量廢氣38通過減壓閥32排出。廢氣管40引導來自呼吸回路2的排出的廢氣38。

排出的廢氣38將包含至少痕量的未使用的麻醉劑蒸氣14。即使在醫療環境中的空氣中的微量麻醉劑也會對醫務人員產生影響，繼續暴露將導致不利的健康狀況，例如頭痛，自發流產的發生率增加，嬰兒的先天性異常和血液惡性腫瘤。因此，政府機構對醫院工作人員可能暴露的揮發性麻醉劑的水平設置了限制。在美國，手術室空氣中揮發性麻醉劑的含量不應超過百萬分之二(ppm)，N₂0的含量不應超過25ppm。在英國，揮發劑的極限設置為50ppm，而對于N₂0，極限設置為100ppm。

為了確保手術室內的環境和其他醫療環境保持在上述范圍內，防止含有揮發性麻醉劑蒸氣14的廢氣38進入醫療環境的大氣。

為了防止麻醉氣體釋放到手術室的大氣中，在大多數發達國家中，廢氣38被“清除”。在醫院和大型獸醫實踐中，手術室套件設置有負壓回路。負壓回路連接到麻醉機的排氣管40。負壓回路通過建筑物頂部的輸出管將廢氣38提取到大氣中。較小實踐的麻醉使用者使用跟隨可變壓力釋放閥32的回路壓力從排氣管40抽出廢氣38，其處于低于呼吸回路的壓力，以使廢氣38從排氣管40通過活性炭罐。這種炭罐通常能夠吸收12小時的廢氣38。然而，炭罐的一個問題是，一旦它們被使用，它們不能被再循環并且必須被處理，這是昂貴的。此外，由活性炭罐捕獲的未使用的揮發性試劑可在處理后緩慢釋放。

揮發性麻醉劑是鹵代碳氟化合物，因此特別不希望它們直接釋放到大氣中。含有溴和氯基團的鹵化碳(統稱為氯氟碳化合物(CFC))對臭氧層產生破壞作用。事實上，從任何工業中釋放CFC都會破壞臭氧層。在平流層中，較高波長的光分解CFC的C-Cl/Br鍵，其釋放高度反應性的自由基，分解臭氧(O₃)，耗盡地球的紫外線防護屏障。異氟烷和氟烷都是CFCs。每種試劑具有不同的反應性，這是由于每種試劑釋放的自由基的量以及碳鹵化物基團被破壞的容易性。氟烷是最具反應性的，因為Br基團可以相對容易地從分子中除去，隨后是異氟烷。一氧化二氮(N₂O)也有一些臭氧消耗潛能。

此外，N₂0和所有試劑，包括七氟烷和地氟烷，由于它們吸收紅外光的能力，所以是有效的溫室氣體。地氟烷是最有效的，由于其長時的大氣半衰期。1千克的地氟烷相當于約2000-3500kg的CO₂。

1987年蒙特利爾協定(及其后的修正案)限制了氟氯化碳的使用。因此，禁止在制冷和氣溶膠中使用氟氯化碳，并且監測所有不認為“必要”的氟氯化碳使用。氟氯化碳的醫療用途被認為是“必要的”，因此不受監測。隨著禁止在制冷和氣溶膠中使用氟氯化碳，由于醫療用途而使釋放到大氣中的鹵化碳的比例增加，并且可能進一步增加。目前，在美國每年交付400萬麻醉劑，在英國每年交付500萬麻醉劑。這些麻醉劑中的大多數在揮發性試劑的影響下遞送。此外，據估計，N₂0的醫療使用貢獻了3％的美國N₂O排放。

從呼吸回路2的廢氣38捕獲試劑蒸氣14的替代方式是使用液氧使廢氣38經受極端冷。鹵化碳將在約-118°結晶。然而，由于圍繞使用液氧的安全問題以及從超冷氧氣管道中除去和分離結晶性揮發性物質的實用性，這對于大多數醫療機構來說不是可行的選擇。

從廢氣38捕獲揮發性麻醉劑的另一現有技術系統是使廢氣38通過二氧化硅(SiO₂)，也稱為“二氧化硅”，用于通過蒸汽提取。這種類型的現有技術系統的示例在國際申請公開專利號WO 2011/026230A1中描述。

類似于上述的木炭方法，廢氣38從排氣管40捕獲并通過含有顆粒狀SiO₂的罐，藥劑12結合到該罐上。一旦SiO₂被麻醉劑12飽和，就去除SiO₂罐用于處理。在處理期間，SiO₂在高壓和高溫下經受蒸汽吹掃氣體以將麻醉劑12與SiO₂分離。收集的麻醉劑必須純化以除去水，然后通過分餾分離。

技術實現要素：

針對上述背景，本發明的目的是至少提供克服上述問題的捕獲，回收，再循環和使用鹵化碳的方法和裝置。根據本文提供的研究，本發明的這些和其他用途，特征和優點對于本領域技術人員將是顯而易見的。

根據本發明的一個方面，提供了一種從氣體中捕獲鹵化碳的方法。該方法可以包括用未暴露于超臨界流體的材料處理含有鹵化碳的氣體。或者或組合地，該方法可包括使含有鹵化碳的氣體通過材料。鹵化碳可以是麻醉劑。捕獲鹵化碳可以包括將氣體暴露于材料。在優選實施例中，該方法可以在醫療環境中執行，其中該材料可以是過濾材料。

該材料可以容納在模塊中，該模塊能夠抵抗超臨界流體，以使得捕獲的鹵化碳能夠通過溶解在超臨界流體中而被回收以形成超臨界溶液。因此，模塊可以被布置成承受超臨界壓力下的流體，該超臨界壓力可以在約7MPa和50MPa之間；和/或可以被布置成承受在30℃和100℃之間的超臨界溫度下的流體。優選地，模塊被布置成承受高內壓。

可以從超臨界溶液中分離鹵化碳。超臨界溶液和/或分離的鹵化碳可以根據需要輸送。本發明的這些另外的方面在下面進一步討論。本發明的各方面的組合使得鹵化碳能夠連續再循環。在醫療環境中，鹵化碳可以是麻醉劑，其可以是揮發性麻醉劑，并且本發明使得麻醉劑能夠被再循環和再利用。

該方法優選包括使含有一種或多種鹵化碳的氣體通過材料。該材料可以是或包括氣凝膠。最常見的氣凝膠由二氧化硅(SiO₂)制成，但是根據本發明的氣凝膠可以由其他材料制成或包含其它材料，例如，甲酚，甲酚，碳，碳酸鈣和沸石(硅鋁酸鹽)。沸石是天然發現的微孔硅酸鋁礦物，但也可以人工制造。碳可以暴露于高溫以擴展其表面積用于吸收。過濾材料可以摻雜有金屬。根據本發明，氣凝膠可以通過添加一種或多種鹵化碳，金屬氧化物，纖維素，碳納米管，或由聚合物內部支撐以改善它們的化學或機械性能。這些變化可以改善鹵化碳的結合和/或氣凝膠的穩定性。例如，用鹵化碳的功能化改善了鹵化碳與材料的結合。該材料可以包括粒狀顆粒。

此外，該材料可以包括或可以是可以通過形成金屬-氧-金屬橋而形成的金屬或金屬氧化物。優選的金屬和金屬氧化物的實例包括氧化鎳，氧化鉬，氧化鋁，二氧化鈦，氧化鋯，氧化鐵，氧化鉻，釩，鉑，銠，鈀和鎢。該材料可以包括或者是貴金屬。金屬和/或金屬氧化物可以通過沉積而添加到材料中，例如通過物理或化學氣相沉積。

當氣體通過材料時，鹵化碳可以結合到材料上。該材料可以從氣體捕獲鹵化碳，該氣體可以是來自麻醉機的廢氣。

當氣體中的鹵化碳與材料結合時，可以處理氣體。在被材料處理之后，處理過的氣體可以通過捕獲劑以捕獲未被材料處理的鹵化碳。捕獲劑可以是活性炭。可以監測由該材料處理的氣體的鹵化碳。已經由材料處理的氣體可以監測鹵化碳。處理氣體的濃度可以監測為處理氣體中的鹵化碳濃度高于預定飽和閾值，這可以表明該材料可以被鹵化碳飽和。該方法可以包括監測處理氣體以增加處理氣體中鹵化碳的濃度，這可以指示該材料被鹵化碳飽和。該方法可以包括當材料被鹵化碳飽和時停止向材料供應氣體。該方法可以包括切換氣體供應，使得其由如本文所述的替代材料處理。替代材料可以容納在另一個模塊中。

氣體可以來自醫療環境中的大氣。氣體可以由麻醉機提供。氣體可以通過心肺旁路機提供。因此，本發明的另一方面涉及到從氣體中捕獲麻醉劑的方法，所述方法包括使含有麻醉劑的氣體通過過濾材料。

根據本發明的一個方面，提供了一種從材料中回收，去除或提取鹵化碳的方法。該方法可以包括使材料暴露或經受超臨界流體。超臨界流體將膨脹以填充其容器以及通過像氣體的固體流出并且溶解像液體的材料。

鹵化碳與超臨界流體結合的主體材料破壞鹵化碳和材料之間的相互作用，并且鹵化碳可以從材料中移出和/或溶解在超臨界流體中，以形成含有鹵化碳的超臨界溶液。因此，鹵化碳可以與材料結合或相互作用，使得當材料暴露于超臨界流體時，鹵化碳可以被置換并溶解在超臨界流體中。該材料可以含有多種不同的鹵化碳，它們可以從該材料中回收。然后超臨界溶液可將鹵化碳攜帶離開材料，使材料完好無損。超臨界流體是在其臨界點以上的溫度和壓力下的物質，其中不存在氣體或液體的不同狀態。

因此，在材料經受超臨界流體之前，鹵化碳優選結合到材料上。該材料被布置成允許超臨界流體通過該材料。該材料可以是過濾材料。該材料可以包括氣凝膠。

超臨界流體可以處于約7MPa和50MPa之間的壓力；并且可以在30℃和100℃之間的溫度下。該材料優選地容納在可以在超臨界溫度和壓力下耐流體的模塊中。模塊可以布置成承受高的內部壓力。

超臨界流體可以是或包括超臨界二氧化碳(CO₂)。二氧化碳在其臨界溫度(31.1℃)和臨界壓力(7.39MPa)以上處于超臨界狀態。該溫度接近室溫，并且壓力在常用于醫藥和手術室的壓力之內。鹵化碳可以是一種或多種在超臨界CO₂中非常易溶，并且可以通過在超臨界CO₂溶解而從材料上洗去的麻醉劑。或者，超臨界流體可以是或包括一氧化二氮(N₂O)。

在醫學中，一氧化二氮可以與麻醉劑一起使用以維持麻醉。N₂O在與CO₂相似的溫度和壓力下變得超臨界。然而，N₂0當超臨界時通常是不穩定的。通過包括還原催化劑，可以分解或減少超臨界N₂O。例如，金屬催化劑通常在尿素或氨的存在下還原一氧化二氮。在本發明的優選實施方案中，材料包括還原催化劑，其可以是可沉積在材料上的金屬催化劑。優選的金屬催化劑是鉑。在鹵化碳已被材料捕獲之前或在材料暴露于超臨界流體之前，催化劑可負載反應物，優選脲。當氣體暴露于材料時，氣體中的一氧化二氮可以在催化劑的存在下與尿素(CO(NH₂)₂)反應以形成氮氣(N₂)，水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。

在本發明的優選實施方案中，當材料已暴露于鹵化碳和一氧化二氮時，可用超臨界CO₂沖洗該材料以洗脫鹵化碳和剩余的一氧化二氮(N₂O)。可以將二氧化碳供應給材料并加壓以實現超臨界壓力，優選約10MPa，并加熱以實現超臨界壓力，優選約35℃。然而，可以使用其它超臨界溫度和壓力。當超臨界CO₂流過材料時，N₂O可以在超臨界CO₂中稀釋并且可以變成超臨界N₂O。超臨界N₂O和超臨界CO₂混合物可以通過材料，催化劑和/或反應物。分解N₂O可以在超臨界溫度和壓力下發生。在超臨界溫度和壓力下，N₂O的分解反應速度顯著快于室溫和壓力。本發明的優點在于，N₂O在超臨界CO₂中的稀釋防止發生失控反應，這可能引起爆炸。氮氣，水和任何其它副產物可以通過本文詳述的分離步驟分離。

優選地，當材料用鹵化碳飽和時，材料暴露于超臨界流體。當材料暴露于超臨界流體時，其可以用超臨界流體沖洗以洗脫鹵化碳和任何一氧化二氮。

該方法可包括將超臨界溶液供應到用于從超臨界溶液中分離鹵化碳的分離系統的步驟。超臨界溶液中的超臨界流體可以用作流動相。分離系統可以包括至少一根色譜柱。分離系統可以包括分餾柱。

鹵化碳可包括多種不同類型的鹵化碳，其中該方法可包括從超臨界溶液中分離一種或多種不同類型的鹵化碳。該方法可以包括從超臨界溶液中除去非鹵化碳污染物的步驟。該方法可以包括從超臨界溶液中除去一氧化二氮(N₂O)的步驟。

使用蒸汽從材料回收，除去或提取鹵化碳的現有技術方法需要進一步的步驟以從蒸汽中分離鹵化碳，使得鹵化碳可以再利用。現有技術的系統和方法通常包括材料的蒸汽吹掃；通過冷凝分離鹵化碳；并通過分餾純化鹵化碳。根據本發明從過濾材料回收鹵化碳的方法相對于現有技術是有利的，因為當從超臨界溶液中除去鹵化碳時，超臨界流體可以用作分離劑。本發明有利地將從過濾材料中萃取鹵化碳與從超臨界溶液中分離鹵化碳相結合，如下所述。本發明處理從現有技術方法產生的溶液中除去水的需要。本發明有利地結合了一種或多種從過濾材料回收鹵化碳，從超臨界流體中分離鹵化碳，純化鹵化碳和輸送鹵化碳。

特別地，根據現有技術，氣凝膠可能被蒸汽或吹掃蒸汽損壞，這在氣凝膠的精細結構上施加表面張力。氣凝膠不被超臨界CO₂損壞，因為超臨界CO₂不施加表面張力。

根據本發明的另一方面，本發明涉及到用于處理鹵化碳的模塊。優選地，模塊可以包括用于從氣體捕獲鹵化碳的材料。在優選實施例中，模塊被布置成承受超臨界流體。模塊可以包括用于容納材料的殼體。模塊(優選地殼體)可以布置成允許氣體和超臨界流體穿過材料。優選地，氣體和超臨界流體交替地穿過材料。優選地，氣體和超臨界流體在交替的時間穿過材料。

模塊可以布置成使得氣體和超臨界流體可以在相反方向上移動通過材料。或者，氣體和超臨界流體可以以類似的方向移動通過過濾材料。優選地，模塊被布置成承受在約7MPa和50MPa之間的范圍內的超臨界壓力。優選地，模塊被布置成承受高內壓。

如上所述，材料可以是過濾材料，并且所述材料可以包括氣凝膠。由于材料可以使用超臨界工藝制造，所以該材料可以在多個回收循環中重復使用。所述模塊可以布置成允許材料被替換。所述氣凝膠的孔徑可以在0.5至50nm(5至500埃)之間。該材料可以包括二氧化硅(硅土)，沸石(硅鋁酸鹽)，碳和活性炭中的一種或多種。該材料，優選地可以是氣凝膠，可以摻雜有金屬，纖維素，碳納米管，聚合物或鹵化碳。該材料可以包括粒狀顆粒。該材料可以包括金屬催化劑。該金屬催化劑可以包括鉑。該材料可以包括反應物。該反應物可以包括尿素，無水氨和氨水中的一種或多種。

該模塊可以布置成允許含有鹵化碳和/或超臨界流體的氣體通過該材料進出。優選地，所述模塊可以包括允許氣體和超臨界流體進入和排出的第一導管。所述模塊可以包括允許氣體和超臨界流體進入和排出的第二導管，其中第一導管可以允許氣體進入模塊并且允許超臨界流體流出模塊；并且第二導管可以允許氣體流出模塊并且允許超臨界流體進入模塊。

所述模塊可以包括第一對導管并且可以包括第二對導管。任一或兩對導管可以布置成允許流體通過過濾材料的進入和排出。優選地，第一對導管可以允許氣體的進入和排出，并且第二對導管可以設置成允許超臨界流體的進入和排出。

模塊可以包括進氣管道，其布置成允許大氣空氣由材料處理。模塊可以布置成允許大氣空氣穿過過濾材料。在優選實施例中，所述模塊是一個罐。

根據另一方面，本發明涉及到包括至少一個如上所述的模塊的鹵化碳循環系統。

如果本發明在醫療環境中使用，則進氣管道可以允許從局部環境中吸入空氣，以便除了從醫療裝置接收氣體之外，還從手術室收集逃逸的麻醉劑氣體，例如麻醉機的排氣。在替代實施例中，模塊可以布置成允許含有麻醉劑的氣體通過一對導管進入和離開過濾材料，以及超臨界流體經由另一對管道的進入和流出穿過過濾材料。根據本發明的另一方面，提供了一種用于從氣體再循環麻醉劑的模塊，所述模塊包括殼體，所述殼體包括用于從氣體捕獲麻醉劑的過濾材料，其中所述殼體布置成允許超臨界流體穿過過濾材料。

根據本發明的另一方面，提供了一種包括至少一個如上所述的模塊的醫療裝置。優選地，所述醫療裝置包括多個模塊，并且麻醉機被布置成同時供應(i)含有麻醉劑的氣體到所述多個模塊中的至少一個模塊；和(ii)將超臨界流體供應到所述多個模塊中的至少一個其它模塊。在優選實施例中，麻醉機可以布置成在多個模塊的模塊之間切換氣體和超臨界流體的供應，以實現麻醉劑的連續流動。

根據本發明的一個方面，提供了一種用于從超臨界溶液中分離一種或多種物質的處理方法。該方法優選包括從包含鹵化碳和超臨界流體的超臨界溶液中分離一種或多種鹵化碳。優選地，一種或多種鹵化碳可以溶解在超臨界流體中。該方法可包括將超臨界溶液供應到分離系統。

該方法可以包括使用超臨界流體作為可以是洗脫系統的分離系統中的流動相。分離方法可以用于從超臨界流體中純化和收集一種或多種鹵化碳。該方法可以包括將超臨界流體供應到分離系統。該方法可以包括生產監測一種或多種鹵化碳的產物。該方法可以包括如果產物包含一種或多種鹵化碳則收集該產物。該方法可以包括如果產物不含鹵化碳則處理該產物。該方法可包括從產物中除去一種或多種鹵化碳的步驟。該方法可以包括收集從超臨界流體中分離的鹵化碳的步驟。該方法可包括使用旋風收集器收集鹵化碳。該方法可以包括從超臨界溶液中分離污染物的步驟。優選地，污染物包括水，尿素，氨和甲醛中的一種或多種。

一個或多個分離步驟可以通過色譜法實施。可以在試劑從捕獲材料洗脫后使用超臨界層析。色譜法可以基于在超臨界流體流動相的影響下導致不同流速的極性，分子大小，分子量或其它分子生理化學差異。分離系統可以包括用于監測來自至少一根色譜柱的輸出的監測裝置。該系統可以包括用于控制至少一根色譜柱的輸出的控制器。在超臨界CO₂減壓之后，一個或多個溫度控制的旋風收集器可從氣態CO₂收集純化的鹵化碳或污染物。

在優選的實施方案中，使用基于極性的正相色譜柱來從其它污染物(水，尿素，氨，甲醛等)中分離麻醉劑(其全部具有相似的極性)。不同的色譜柱可以串聯使用以幫助分離，并且可能需要多于一根柱來去除所有污染物。在優選的實施方案中，區分麻醉劑分子大小的分子大小排阻色譜柱可用于將試劑彼此分離，用于隨后在冷卻的氣旋收集器中從CO₂收集。

一個或多個分離步驟可以通過分餾實施。分餾可以由超臨界二氧化碳驅動。超臨界分餾可以包括通過它們在不同壓力和溫度下的揮發性來分離溶解在超臨界流體中的鹵化碳的揮發性餾分。CO₂流動相可以通過將CO₂的壓力從其超臨界壓力逐步降低至大氣壓來產生。在每個壓力階段，混合物可在溫度控制下通過分餾柱。因此，可以液化各個鹵化碳餾分用于收集。因此，高度純化的鹵化碳餾分彼此分離并與CO₂分離。

在上述方面中，一種或多種鹵化碳可以是一種或多種麻醉劑。一種或多種麻醉劑可以是一種或多種揮發性麻醉劑。一種或多種鹵化碳也可以是通過工業方法使用或生產的工業鹵化碳。

為了從超臨界流體中回收一種或多種物質，本發明的一個方面涉及到用于從超臨界溶液中回收一種或多種物質的分離系統，其中所述分離系統設置為將鹵化碳與包含鹵化碳和超臨界流體的超臨界溶液分離。

分離系統可以包括可以向其提供超臨界溶液的分離裝置。分離裝置可以包括至少一根色譜柱，超臨界溶液可以被供應到該色譜柱中。分離裝置可以包括至少一根分餾柱，超臨界溶液可以被供給到該分餾柱中。分離系統可以包括用于監測由分離裝置產生的產物的監測裝置。該監測裝置可以包括紅外光譜傳感器。該紅外光譜傳感器可以是傅立葉變換紅外光譜裝置。替代的監測手段和方法包括質譜，UV檢測，拉曼光譜，聲共振光譜和壓電晶體共振。

優選地，系統可以包括用于控制分離裝置的輸出的控制器，其中如果產物包含鹵化碳，則控制器可以將分離裝置的輸出引導到收集模塊。收集模塊可以布置成分離一種或多種鹵烴類型。該系統可以包括一個用于控制產品到收集模塊中的輸入的收集模塊控制裝置。該系統可以包括一個用于監測進入收集模塊的鹵化碳類型的收集模塊監測裝置。收集模塊監測裝置可以包括紅外光譜傳感器。該紅外光譜傳感器可以是傅立葉變換紅外光譜裝置。該收集模塊可以包括至少一個旋風收集器。

當本發明用于醫療環境中時，鹵化碳可以是麻醉劑。因此，本發明延伸到將麻醉劑遞送或引入醫療裝置的方法。優選地，麻醉劑溶解在超臨界流體中。根據本發明的優選實施例，將含有麻醉劑的超臨界流體注入麻醉呼吸回路的吸氣分支。

根據現有技術的麻醉機將氧氣/空氣/亞硝酸與麻醉劑混合，然后將其輸送到呼吸回路。本發明的優點在于，需要僅向呼吸回路添加氧氣和/或空氣以替換患者在麻醉期間消耗的那些氣體。這通常為約200ml/min氧氣。根據本發明，溶解在超臨界流體中的麻醉劑可以直接添加到呼吸回路中，即獨立于氧氣和/或空氣。

在現有技術中，如果臨床醫生希望給予患者更多的麻醉，他們必須通過蒸發器并且進入呼吸回路輸送更多的氧氣/空氣/亞硝酸。這移動了在麻醉機的呼吸回路中再循環的一些氣體，這浪費了被置換的氣體。本發明的優點在于，不必改變氣體流量以改變輸送給患者的麻醉劑的濃度。氧氣/空氣/氮氣的流動可以是連續和穩定的，并且不根據所需的試劑濃度而改變。優選地，控制模塊，例如一個電腦，可以基于臨床醫生需要的濃度計算要直接遞送到呼吸回路中的麻醉劑的量。因此，臨床醫生可以改變期望的麻醉劑濃度而不改變氧氣/空氣/亞硝酸鹽的流量。例如，當臨床醫生希望增加患者的麻醉深度時，臨床醫生可以增加供應到呼吸回路的麻醉劑的濃度。相反，當臨床醫生希望恢復患者時，臨床醫生可以選擇麻醉劑濃度為零，這導致麻醉劑被從呼吸回路捕獲和/或回收。因此，呼吸回路中的氣體可以用新鮮的氧氣/空氣/氮氣替換。

因此，在優選的實施例中，醫療裝置可以是麻醉機，并且包含在麻醉劑的超臨流體可以被輸送到麻醉機。優選地，麻醉劑可以注射到醫療裝置中。包含麻醉劑的超臨界流體可被輸送或注射到麻醉機的支柱或呼吸回路中。

醫療裝置可以是心肺旁路機。可以將含有麻醉劑的超臨界流體輸送到心肺旁路機。包含麻醉劑的超臨界流體可以被輸送到氣流中，到達心肺旁路機的氧合器。可以將含有麻醉劑的超臨界流體注入到心肺旁路機的動脈管中。

該方法可以包括從醫療裝置捕獲麻醉劑。該方法可以包括監測進入和/或離開醫療裝置的麻醉劑的水平和/或濃度。該方法可以包括通過計算機和/或通過臨床醫生控制來調節麻醉劑的輸送。

因此，本發明的一個方面還涉及到用于將麻醉劑輸送或引入醫療裝置的系統。優選地，麻醉劑的超臨界溶液可以溶解在超臨界流體中并遞送到醫療裝置。該系統可以包括容納溶解在超臨界流體中的麻醉劑的超臨界溶液的筒或儲存罐。

優選地，該系統包括用于將超臨界溶液遞送到醫療裝置的遞送裝置。遞送裝置可以包括用于遞送超臨界溶液的注射器。遞送裝置可以包括保溫套筒以保持超臨界溫度。該系統可以被布置成將超臨界溶液遞送到麻醉機或心肺旁路機。該系統可以被布置成將麻醉劑引入麻醉機的呼吸回路中或者引入到心肺旁路機中。

該系統可以包括用于監測系統中的麻醉劑水平的至少一個傳感器。優選地，所述至少一個傳感器可以包括紅外光譜傳感器。紅外光譜傳感器可以是傅立葉變換紅外光譜裝置。該系統可以包括用于控制由系統遞送的麻醉劑的量的控制模塊。該系統可以包括注射器模塊或注射器。注射器模塊或注射器可以被布置成將麻醉劑和超臨界流體輸送到麻醉機的呼吸回路或支柱，或者心肺旁路機的動脈線路。該系統可以包括用于控制由系統遞送的麻醉劑的量的控制模塊。

注射器可以是計算機控制的，以使得能夠使用超臨界流體的壓力作為驅動壓力將精確量的稀釋的鹵化碳遞送到呼吸回路中。當超臨界流體被減壓時，可以加熱注射器以防止結冰。當超臨界流體溫熱和減壓時，其分散和蒸發鹵化碳用于遞送到患者。呼吸回路中的二氧化碳吸收器可以吸收用于輸送藥劑的少量二氧化碳。

遞送系統可以包括如上所述的一個或多個模塊和/或如上所述的回收系統。該系統可以包括加壓和溫度調節的模塊，其含有溶解在超臨界流體中的鹵化碳。

本領域技術人員將清楚，遞送系統可以與上述捕獲、回收和分離系統組合使用，以提供能夠遞送和再循環麻醉氣體的移動閉環麻醉機。

根據本發明的另一方面，提供了一種用于回收鹵化碳的方法和系統。除了下面的優選實施例，用于回收鹵化碳的方法和系統可以包括上述捕獲、回收、分離和遞送步驟和裝置的任何組合。

回收鹵化碳的方法優選包括用鹵化碳粘合材料處理含有鹵化碳的氣體，以將鹵化碳與材料結合；并且可以包括將材料暴露于超臨界流體以溶解結合到超臨界流體中的材料的鹵化碳以形成超臨界溶液。

優選地，通過使氣體通過材料來處理氣體。超臨界流體可以穿過材料以溶解結合到材料的鹵化碳。該方法可以包括監測處理氣體中鹵化碳的濃度，并且可以包括以將預定濃度的鹵化碳從處理步驟切換到暴露步驟。優選地，該方法可以在處理和曝光步驟之間交替。可選地，加工步驟和暴露步驟可以同時發生。

在優選的實施例中，該方法可包括從超臨界溶液中分離鹵化碳的步驟。該方法可以包括將超臨界溶液遞送到醫療裝置。優選地，含有鹵化碳的氣體可以由醫療裝置提供。該方法可以包括監測輸送到裝置的鹵化碳的濃度，并且可以包括監測從醫療裝置接收的鹵化碳的濃度。

根據本發明的一個方面，提供了一種用于回收鹵化碳的回收系統。回收系統優選包含用于從氣體中捕獲鹵化碳的鹵化碳結合材料。該系統可以布置成將材料暴露于(i)含有鹵化碳的氣體以捕獲鹵化碳；和優選地，(ii)超臨界流體以在超臨界溶液中溶解鹵化碳。

所述回收系統可以包括如上所述的至少一個模塊。所述回收系統可以包括用于將含有鹵化碳的氣體供應到至少一個模塊的氣體進入管。回收系統可以包括用于將處理過的氣體從至少一個模塊運走的氣體出口管。回收系統可以包括用于將超臨界流體供應到至少一個模塊的超臨界流體入口管。該系統可以包括用于承載超臨界流體的超臨界流體流出管，其中將鹵化碳從模塊中溶解掉。

因此，材料可以容納在一個或多個模塊中。所述回收系統可以布置成將流體供應到一個或多個模塊，使得超臨界流體通過材料以溶解鹵化碳。在優選實施例中，流體是超臨界流體。在優選實施例中，流體是氣體。氣體優選含有鹵化碳。回收系統可以布置成將包含鹵化碳的氣體供應到一個或多個模塊，使得氣體通過該材料以捕獲鹵化碳。

該系統可以設置成在將材料暴露于含有鹵化碳的氣體中以捕獲鹵化碳，和將該材料暴露于超臨界流體以溶解鹵化碳之間進行切換。該系統可以布置成將材料交替地暴露于含有鹵化碳的(i)氣體；和(ii)超臨界流體。該系統可以布置成將材料暴露于含有鹵化碳的氣體；并同時將材料暴露于超臨界流體。

該系統可以布置成使得多個模塊中的每個模塊可以布置成將容納在模塊中的材料暴露于(i)包含鹵化碳的氣體以捕獲鹵化碳；和(ii)超臨界流體，以在超臨界溶液中溶解鹵化碳。所述多個模塊中的每個模塊被布置成在——將容納在模塊中的材料暴露于(i)含鹵化碳的氣體，以捕獲鹵化碳；以及(ii)超臨界流體，以將鹵化碳溶解在超臨界溶液中——之間進行切換。

該系統可以布置成將氣體供應到所述多個模塊中的一個或多個模塊，以在超臨界流體通過其它模塊中的至少一個模塊的同時捕獲鹵化碳以溶解鹵化碳。該系統可以被布置成在——將材料暴露于(i)含鹵化碳的氣體，以捕獲鹵化碳；以及(ii)超臨界流體，以將鹵化碳溶解在超臨界溶液中——之間切換所述多個模塊的一個或多個模塊的模式。在具有至少兩個模塊的回收系統的實施例中，系統可布置成使含有鹵化碳的氣體通過一個模塊以捕獲鹵化碳，并使超臨界流體通過另一個模塊以溶解所捕獲的鹵化碳。在優選實施例中，所述系統布置成將第一模塊從將包含麻醉劑的氣體穿過所述第一模塊切換到將超臨界流體穿過所述第一模塊；并且將第二模塊從使超臨界流體穿過切換到使包含麻醉劑的氣體穿過。這使得系統能夠在含有麻醉劑的氣體穿過模塊之時或之前，所述模塊被鹵化碳飽和。回收系統可以包括用于將含有鹵化碳的氣體供應給材料的氣體進入裝置。該系統可以包括用于控制氣體到材料的流動的控制裝置。該系統可以包括用于將處理過的氣體從該材料帶走的氣體出口裝置。回收系統可以包括用于監測處理氣體中的鹵化碳濃度的監測裝置，并且監測裝置可以被布置成向控制裝置發送控制信號。回收系統可以包括用于向材料提供超臨界流體的超臨界流體進入管。該系統可以包括用于承載超臨界流體的超臨界流體流出管，其中鹵化碳可以從材料中溶解掉。

有利地，本發明能夠使含有鹵化碳的氣體連續流動，同時優選地，提供溶解在超臨界流體中的連續的鹵化碳流以供使用。在鹵烴包含一種或多種麻醉劑的實施例中，本發明使得在麻醉情況下從患者返回的麻醉劑能夠從氣體中捕獲，從材料回收并遞送回患者。因此，在優選實施例中，回收系統可以將超臨界溶液遞送到醫療裝置。氣體可以包含從醫療裝置供應的鹵化碳。

因此，本發明能夠不間斷地從廢氣中捕獲鹵化碳；并且，可以是一種或多種麻醉劑的鹵化碳可以連續提供給用于誘導麻醉的裝置。例如，麻醉機。或者，本發明可以向心肺旁路機提供鹵化碳。因此，回收系統可以布置成使得氣體通過一個模塊以在超臨界流體通過另一個模塊以溶解由另一個模塊捕獲的鹵化碳的同時捕獲鹵化碳。

可以切換多個模塊中的每個模塊的操作，并且開關可以在每個模塊之間同步，使得每個模塊同時切換操作，以此使得系統可以被布置為同時切換模塊的操作。

優選地，回收系統包括氣體控制裝置以切換模塊之間的氣體流。該系統可以包括另一氣體進入管，用于將含有鹵化碳的氣體供給另一個模塊。該系統可以進一步包括另一氣體出口管，用于將處理過的氣體從該另一模塊運走。

在優選的實施例中，回收系統包括設置成監測從每個模塊排出的鹵化碳的濃度的監測裝置。優選地，監測裝置是傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)裝置。該系統可以包括氣體流動控制裝置以控制到模塊的氣體流動。優選地，當監測裝置檢測到其中一個模塊被鹵化碳飽和時，監測裝置布置成向氣體控制裝置發送信號以切換模塊之間的氣流。這允許模塊在模塊處理氣體達到飽和點時被交換，從而提供可用的鹵化碳的連續流在優選的實施例中，麻醉劑的超臨界溶液可以被注入到供給氧合器的氣流中，或者注射到心肺旁路機的氧合器氣流中。這使得揮發性麻醉劑能夠從氣體以相等的分壓擴散到通過氧合器的血液中，以維持麻醉。不溶解的鹵化碳和和已經從任何分壓力梯度從血液轉移到氧合器的氣體被耗盡。在本發明的一個實施例中，來自氧合器的廢氣通過模塊以捕獲鹵化碳。

遞送系統可包括含有溶解在超臨界流體中的麻醉劑的加壓和溫度調節模塊和溫熱的注射器模塊，以將精確量的麻醉劑和超臨界流體傳遞至充氧器或直接進入動脈血液供應的氣體。在輸送到充氧器氣體供應的情況下，超臨界流體的升溫和降壓驅動麻醉劑分散和/或蒸發到氣流中。在遞送到心肺旁路機的動脈管的情況下，二氧化碳由于其高溶解性而快速溶解在血液中，這快速地將麻醉劑稀釋到血液中。

有利地，本發明提供了一種封閉的回收系統，其能夠在不需要在心臟麻醉中使患者通氣的情況下將準確濃度的揮發性制劑安全遞送到患者。目前，如果使用揮發性試劑從常規蒸發器供應充氧器，則需要高流量并且是浪費的。因此，許多醫院在體外循環期間使用靜脈麻醉。本發明使得能夠有效地使用揮發性麻醉劑，有利的，因為據報道它們具有比異丙酚更好的神經保護作用。

此外，純揮發性麻醉劑極其不溶于水或血液。因此，當作為液體直接輸送到患者的血液中時，麻醉劑可能大劑量保留在患者的循環系統中。因此，本發明克服了如何提供一種用于以低到足以安全的濃度將揮發性麻醉劑直接提供到血液中的系統的問題。

本領域技術人員將清楚，模塊和遞送系統可以單獨使用。捕獲模塊可以用于通過常規麻醉機來循環在體外循環之前和/或期間遞送的麻醉氣體，其中蒸發器提供充氧器。溶解在超臨界流體中的單獨麻醉劑源可以用于將溶解在超臨界流體中的麻醉劑遞送到醫療裝置。以這種方式，輸送系統可以通過使用溶解在具有注射器模塊的超臨界流體中的加壓的溫度控制的麻醉劑的獨立源來提供獨立于閉環系統的麻醉劑。

該系統還可以包括用于控制由系統輸送的鹵化碳的量的控制模塊。控制模塊和/或一個或多個傳感器可以被連接，使得返回到系統的鹵烴水平的變化導致由系統輸送的鹵化碳水平的變化。控制模塊和一個或多個傳感器可以被連接以維持溶解在超臨界流體中的鹵化碳的恒定供應。這種供應來自再循環的鹵化碳，其系統損失由鹵化碳的液體源或溶解在超臨界流體中的單獨供應的鹵化碳替代。

本發明提供從廢氣捕獲、回收、分離、遞送和再循環鹵化碳的裝置和方法，廢氣可來自麻醉機的呼吸回路。通過捕獲可能包含揮發性麻醉劑的鹵化碳，并防止它們釋放到大氣中，可以減少全部的鹵化碳排放。

本發明的方面是相互關聯的，以提供改善醫療和工業部門中鹵化碳的捕獲和再利用的裝置和方法。

應當理解，本發明的任何上述方面或實施例的一個或多個方面，實施例和特征可以容易地組合，這對于本領域技術人員將是顯而易見的。此外，前述優點可以涉及本發明的多個方面。

說明書附圖

現在將參照附圖僅通過示例的方式描述本發明的實施例，其中相同的附圖標記表示相同的部件，其中：

圖1是根據現有技術的麻醉機的呼吸回路的示意圖；

圖2是根據本發明的實施例的用于從被污染的氣體中捕獲麻醉劑的模塊的示意圖；

圖3是根據本發明的實施例的用于從麻醉機和手術室環境的污染氣體中捕獲麻醉劑的替代模塊的示意圖；

圖4是在包括根據本發明的實施例的多個手術室和/或麻醉機的醫療環境中使用的本發明的示意圖；

圖5是根據本發明的實施例的用于回收在罐中捕獲的麻醉劑的裝置的示意圖；

圖6是根據本發明實施例的用于回收和凈化捕獲在罐中的麻醉劑的替代裝置的示意圖；

圖7是根據本發明的實施例的用于分離麻醉劑的裝置的示意圖；

圖8是根據本發明的實施例的用于分離麻醉劑的替代裝置的示意圖；

圖9是根據本發明的實施例的用于麻醉機中的麻醉劑循環的裝置的示意圖；

圖10是根據本發明實施例的用于麻醉機中的麻醉劑再循環的替代裝置的示意圖；

圖11是根據本發明的實施例的用于捕獲輸送到心臟旁路機的麻醉劑的裝置的示意圖；和

圖12是根據本發明的實施例的用于將麻醉劑遞送到呼吸回路的本發明的使用的示意圖。

具體實施方式

用于處理鹵化碳，特別是從氣體中捕獲麻醉劑的模塊90示于圖2中。壓力罐100包括殼體103，殼體103包含用于從氣體捕獲鹵化碳的材料，該材料通過至少一個網狀物保持在罐100中(圖2中未示出)。在本發明的當前描述的實施例中，材料是過濾材料102，其是由二氧化硅(SiO₂)形成并用鹵化碳官能化的氣凝膠。在本發明的替代實施例中，過濾材料可以由下面描述的其他材料構成。模塊90，特別是罐100，能夠承受超臨界流體，以允許超臨界流體通過過濾材料102。

氣凝膠是衍生自凝膠的合成多孔超輕材料，其中凝膠的液體組分已經被氣體替代。通過首先產生凝膠形成氣凝膠。一旦形成凝膠，通過溶劑交換除去凝膠的液體組分。最后，使材料經受超臨界CO₂。超臨界CO₂是CO₂的流體狀態，其中CO₂處于或高于其臨界溫度和壓力的溫度和壓力，其分別為31.1℃(304.25K)和7.39MPa(72.9atm)。當其處于超臨界狀態時，CO₂具有氣體和流體的性質，因為它將膨脹以像氣體一樣填充其容器，但可溶解像液體的材料。此外，超臨界CO₂不具有任何表面張力。因此，當允許超臨界CO₂汽化時，其不會在通常使氣凝膠材料塌陷的氣凝膠材料上施加毛細管靜水壓力。最終結果是所有的液體從凝膠中除去以獲得氣凝膠，其中凝膠結構保持完整。

氣凝膠的最常見的類型是二氧化硅氣凝膠。然而，存在其它氣凝膠，例如由碳或金屬氧化物、碳酸鈣和間苯二酚甲醛制造的氣凝膠。所生產的氣凝膠可以摻雜有金屬化合物，例如鎳、貴金屬、碳氟化合物或金屬氧化物。氣凝膠的摻雜提供某些性質，例如防止吸水性，氣體選擇性，催化或吸附特性。所生產的氣凝膠還可以通過纖維素官能化，氣凝膠，碳納米管的碳化和單體在氣凝膠形成之后的聚合以改善機械強度。

罐100具有進入導管104，其可移除地連接到進入管106，進入管106接收來自麻醉機的排出管40的廢氣38。當患者呼出時，其呼出空氣的壓力推動廢氣38通過壓力釋放閥32，然后壓力釋放閥32流過罐100。罐100包括出口管道108，出口管道110可移除地連接到出口管道108。經處理的氣體122通過出口管110離開罐100進入大氣。出口管110包括小的活性炭過濾器120，離開罐100的氣體通過小活性炭過濾器120，以確保任何殘留的揮發性藥劑被吸收并防止釋放到大氣中。

使用中，廢氣38從麻醉機的排出管道40流入到進入管道106中。罐100接收廢氣38的麻醉機可以輸送幾種不同類型的藥劑。因此，罐100可以處理和收集揮發性麻醉劑的混合物。

如上所述，廢氣38包含非代謝的揮發性麻醉劑12，是一類鹵化碳。通過用過濾材料處理含有麻醉劑12的廢氣38，從而從廢氣38中捕獲麻醉劑12，如上所述，過濾材料通過暴露于超臨界流體而不損壞。含有麻醉劑的廢氣12通過過濾材料102。廢氣38中的揮發性麻醉劑12在廢氣38通過罐100時結合到過濾材料102。主要由于范德華力和一些非常弱的氫鍵，麻醉劑12結合到過濾材料102。一旦廢氣38已經通過過濾材料102，處理過的氣體122就通過出口管110離開罐100。留在處理過的氣體122中的任何剩余麻醉劑12在被處理的氣體122退出大氣。

當罐100中的過濾材料102被麻醉劑12飽和時，可以終止廢氣38到入口管106的進料，并且罐100從入口管106和出口管110移除。

圖3示出了根據本發明的替代實施例的替代模塊90a。罐101有入口導管104，入口導管104可移除地連接到入口管106，入口管106接收來自麻醉機的排出管40的廢氣38。另外，罐101在殼體103中具有第一管道105a和第二管道105b。第一管道105a和第二管道105b允許來自另一個源的氣體通過罐101。在當前描述的實施例中，環境空氣107從可以容納少量麻醉劑12的手術室自由地通過管道105a、105b。

過濾材料102通過入口網109a和出口網109b保持在殼體103內部。網格狀物體109a、109b是金屬。罐101包括出口導管108。罐101的寬度減小以形成具有出口頸部113的圓錐形文氏管室111。出口導管108安裝在出口頸部113上。

泵(未示出)附接到出口管道108并且布置成分別從入口管106和管道105a、105b吸入廢氣38和環境空氣107。廢氣38和環境空氣107的組合通過過濾材料102被吸入。麻醉劑12在廢氣38和環境空氣107通過過濾材料102時從其中捕獲。所得到的處理過的氣體122是然后在通過另一活性炭過濾器(圖3中未示出)之后釋放到大氣中以捕獲任何殘余麻醉劑12。

當罐101中的過濾材料102被麻醉劑12飽和時，廢氣38和環境空氣107到罐101的進料終止，并且罐101從進入管106和出口管110移除。

一個或多個罐100可以用于處理來自多個麻醉機和/或手術室的氣體。圖4示出了用于使用第一罐100a和第二罐100b來處理來自多個麻醉機和/或手術室的氣體的處理系統150。罐100a、100b可以類似于參考圖2描述的罐100。在圖4所示的系統中，第一接收管152a接收來自第一麻醉機的廢氣38；第二接收管152b接收來自第二麻醉機的廢氣38；并且第三接收管152c從手術室接收環境空氣107。為了簡單起見，在圖4中示出了三個接收管152a、152b、152c。然而，處理系統150可以包括任何數量的接收管。每個接收管152a、152b、152c可以接收來自麻醉機的廢氣38或來自手術室的環境空氣107。

接收管152a、152b、152c會聚到主接收管154中。廢氣38和環境空氣107朝第一方向閥156a流動。第一換向閥156a將廢氣38和環境空氣107的流引導到第一進入管106a或第二進入管106b。圖4示出了第一方向閥156a，其引導廢氣38和環境空氣107流入第一進入管106a。第一罐100a連接在第一進入管106a和第一出口管110a之間，使得廢氣38和環境空氣107流過第一罐100a中的過濾材料102，其捕獲來自氣體38的麻醉劑和空氣第二罐100b連接在第二進入管106b和第二出口管110b之間，使得當第一方向閥156a引導流動時，廢氣38和環境空氣107流過第二罐100b中的過濾材料102的氣體38和空氣107通過第二進入管106b。

第一出口管110a和第二出口管110b在第二方向閥156b處匯合，第二方向閥156b將處理過的氣體122引導到主出口管110。第二方向閥156b引導來自第一出口管110a的處理過的氣體122流或第二出口管110b到主出口管110。

第一方向閥156a和第二方向閥156b中的每一個的方向由閥控制器158控制。閥控制器158可操作地連接到用于監測氣體的模塊。在本實施例中，在目前描述的實施例中是傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)裝置160的紅外光譜用于分析在第一和第二出口管110a、110b中的每一個中流動的氣體。在本發明的替代實施例中，可以使用色散紅外設備。FT-IR裝置160布置成從在第一和第二出口管110a、110b中的每一個中流動的氣體接收樣品161。替代的監測裝置或傳感器和方法包括質譜、UV檢測、曼光譜、聲共振光譜和壓電晶體共振。

在圖4所示的配置中，FT-IR裝置160周期性地測試來自第一出口管110a的處理過的氣體122。FT-IR裝置160分析每個樣品的麻醉劑12。在處理過的氣體122中的預定濃度以上的麻醉劑12的檢測表明第一罐100a中的過濾材料102被麻醉劑12飽和。例如，一次過濾材料被麻醉劑12飽和，離開罐100a的氣體中的麻醉劑12的濃度將升高到進入罐100a的麻醉劑12的濃度。如果離開罐100a并流過第一出口管100a的氣體中的麻醉劑12的濃度由FT-IR裝置160檢測為上升超過預定閾值濃度，則FT-IR裝置160發送飽和信號162到閥控制器158。

可選地，離開罐100a的藥劑12的濃度的增加可觸發向閥控制器發送飽和信號162。例如，當麻醉劑12被過濾材料102捕獲時，可以是微量的恒定濃度的麻醉劑12可以離開罐100a。因此，過濾材料102的飽和指示可以是離開罐100a的藥劑12的濃度的增加。

當通過FT-IR裝置160在第一出口管110a中檢測到高于預定濃度的麻醉劑12時，FT-IR裝置160將飽和信號162發送到閥控制器158。在接收到飽和信號162時，控制器158向每個閥控制器156a、156b發送開關信號164。在接收到開關信號164時，第一閥控制器156a將廢氣38和環境空氣107的流動方向切換到第二進入管106b，并且第二方向閥156b切換方向，以允許處理過的氣體122從第二出口管110b流到主出口管110。一旦氣體38和空氣107流過第二罐100b，可以更換第一罐。繼而，一旦第二罐100b的過濾材料已經飽和，換向閥將在相反方向上切換，以允許更換第二罐100b。

因此，處理系統150提供這樣的系統，其中多于一個麻醉機的輸出和/或多于一個手術室的環境空氣可以通過一組罐。處理系統的另外的實施例可以包括通過相應的入口管和出口管并聯連接的多于兩個的罐。根據這些另外的實施例的處理系統可以用于處理整個醫院的麻醉氣體清除系統(AGSS)。

圖5中所示的罐100已經用于吸收結合到罐100中的過濾材料102的麻醉劑12。在此參照圖5描述從過濾材料102中回收麻醉劑12的方法其示出了根據本發明的實施例的用于從罐100取回代理12的回收系統200。

回收系統200將過濾材料102暴露于超臨界流體。在當前實施例中，超臨界CO₂ 203被饋送到罐100中，其中超臨界CO₂ 203通過過濾材料102。液態CO₂201從液態CO₂罐202饋送到系統200中，并且收集在碳分離泵206將CO₂201從儲存器204泵送到分離冷凝器或蓄積器208中，其將上述CO₂ 201的溫度加壓并升高其臨界溫度和壓力以形成超臨界CO₂ 203。分離泵206和蓄能器208控制超臨界CO₂ 203進入罐100的條件。

將超臨界CO₂ 203進料到罐100的出口管道108中，其中其通過過濾材料102。結合到過濾材料102的揮發性麻醉劑12將溶解在超臨界CO₂ 203中，使得藥劑12和超臨界CO₂ 203形成超臨界溶液250。超臨界CO₂ 203用于從過濾材料102置換和溶解麻醉劑12。超臨界溶液250通過入口導管104離開罐100。

超臨界CO₂ 203用作流動相，通過色譜柱210將超臨界麻醉劑12吸入其中。如下所述，色譜柱可以基于極性，分子尺寸和重量分離超臨界麻醉劑12。超臨界溶液250被供應到注入器211，注入器211將超臨界溶液250等分地注入色譜柱210中。

罐100和色譜柱210內的壓力由背壓調節器205維持。在通過色譜柱210之后，分離的揮發性麻醉劑12和CO₂從它們的超臨界狀態釋放，并且揮發性麻醉劑12通過氣旋收集收集到收集容器212中。隨后將氣態CO₂重新壓縮用于重復使用。累積器208，罐100和色譜柱210通過一個或多個烘箱(未示出)保持在超臨界溫度。旋風收集器212可以保持在低溫下以從氣態CO₂201液化麻醉劑12。

色譜柱210可以基于在超臨界流體流動相的影響下導致不同流速的極性，分子大小和重量和/或其他分子生理化學差異。例如，具有分子大小過濾器的色譜柱可導致在柱內不同的保留時間，其可將不同類型的麻醉劑12彼此分離。或者，基于極性的色譜柱可以從超臨界溶液250中分離污染物。在本發明的替代實施方案中，在注入用于分離的超臨界溶液250的等分試樣之后，可以將純超臨界CO₂ 203作為流動相(未示出)。

除了捕獲劑12之外，過濾材料102還捕獲也可以釋放到超臨界溶液250中的污染物，例如水、尿素、氨、甲醛。在當前描述的實施例中，基于極性的色譜柱2-PE(2-乙基吡啶)用于將麻醉劑與污染物分離。

回收系統200允許污染物經由色譜柱210從超臨界溶液250移除并且通過氣旋收集到收集容器212中。

本領域技術人員將清楚，可以串聯放置多于一根色譜柱210以進行不同的分離。如果多個麻醉劑12被過濾材料102吸收，則在去除污染物之后可能需要另一根色譜柱。在優選實施例中，基于分子大小的色譜柱210用于分離麻醉劑。一個或多個色譜柱的產物的監測可以通過紅外監測設備進行，例如本文所述的設備。一個或多個色譜柱的產物流可以由控制器控制，例如計算機以選擇揮發性麻醉劑12并在需要時排除污染物。

當罐100已經用于捕獲單一類型的麻醉劑12并且過濾材料捕獲污染物的風險最小時，不需要使用色譜柱210。超臨界CO₂和超臨界揮發性麻醉劑的混合物12保持在超臨界狀態，用于隨后經由呼吸回路再次輸送到患者，或者它們從超臨界條件減壓，并且揮發性麻醉劑12由旋風收集器212收集。如下面詳細描述的，氣態CO₂隨后被再次壓縮、使用。

氣態CO₂207流入再壓縮泵214，再壓縮泵214將氣態CO₂207泵送到再壓縮冷凝器216中，該再壓縮冷凝器216將氣態CO₂207轉化為儲存在CO₂儲存器204中的液態CO₂201，或者儲存任何過量的CO₂在液體CO₂罐202中。

圖6示出了替代的回收系統200a和用于從罐100的過濾材料102中提取麻醉劑12的方法，其包括三個色譜柱：第一色譜柱210a、第二色譜柱210b和第三色譜柱210c。

液態CO₂201從液態CO₂罐202進料到系統200a中。泵206將CO₂201從液態CO₂罐202泵送到溫度控制的蓄熱器208中。這加壓并升高CO₂的溫度201，以形成超臨界CO₂ 203，并提供儲存器以供應恒定流量的超臨界CO₂ 203。泵206和溫度控制的蓄積器208控制超臨界CO₂203進入其中的條件罐100。

超臨界CO₂ 203被進料到罐100的出口導管108中，其中它通過捕獲了多種揮發性麻醉劑12的過濾材料102。與過濾材料102結合的揮發性麻醉劑12溶解在超臨界CO₂ 203，形成超臨界溶液250。超臨界溶液250通過入口導管104離開罐100并收集在超臨界流體收集容器213中。

超臨界溶液250進料至主注射管209中，所述主注射管209進料至第一注射管209a、第二注射管209b和第三注射管209c。第一注射管209a將超臨界CO₂ 203和麻醉劑12溶液250供應到第一注射器211a；第二注射管209b將超臨界CO₂ 203和麻醉劑12溶液250供應到第二注射器211b；以及第三注入管209c將超臨界CO₂ 203和麻醉劑12、溶液250供應到第三注射器211c。

第一注射器211a、第二注射器211b和第三注射器211c被布置成將超臨界CO₂203和麻醉劑12溶液250等分分別注射到第一色譜柱210a、第二色譜柱210b和第三色譜柱210c中。

至每個色譜柱的溶液250的每個注射被純超臨界CO₂203流跟蹤，所述純超臨界CO₂203流通過超臨界CO₂供應管227從蓄能器208供應。超臨界CO₂ 203用作色譜柱210a、210b、210c的流動相，其驅動麻醉劑12從污染物中分離。色譜柱旨在從超臨界溶液250除去和分離親水性污染物和顯著不同的疏水性污染物，所述親水性污染物例如甲醇和甲醛，所述顯著不同的疏水性污染物例如麻醉劑分解產物，從而使本發明回收的麻醉劑12的純度最大化。

在本發明所述的實施例中，色譜柱基于極性分離麻醉劑12。麻醉劑12具有非常相似的極性，因此可被一起洗脫。然而，在本發明的可選實施例中，可使用基于其它特性(如尺寸排阻)來分離試劑的色譜柱。例如，能夠區分麻醉劑12的分子大小的分子尺寸排阻色譜柱可被用于將試劑彼此分離，用于隨后在氣旋收集器中收集。可選地，可串聯放置色譜柱，以在超臨界溶液250的相同等分試樣上進行不同的分離。

由每個色譜柱210a、210b、210c產生的產物分別進料至第一色譜出口管217a、第二色譜出口管217b和第三色譜出口管217c。每個色譜出口管217a、217b、217c連接到各自的收集管219a、219b、219c和各自的廢物管221a、221b、221c。第一收集管219a、第二收集管219b和第三收集管219c匯集為主收集管219。第一廢物管221a、第二廢物管221b和第三廢物管221c匯集為主廢物管221，所述主廢物管221通向廢物排放口229。流經每個色譜出口管217a、217b、217c的產品流通過由閥控制器225控制的各自的控制閥223a、223b、223c被引導到各自的收集管219a、219b、219c或各自的廢物管221a、221b、221c。

FT-IR裝置160監測由每個色譜柱210a、210b、210c產生的產物。當FT-IR裝置160檢測到麻醉劑12正由一個或多個色譜柱210a、210b、210c產生時，閥控制器225設定各自的控制閥223a，223b，223c，使得試劑產品230流過各自的收集管219a、219b、219c。除了麻醉劑12之外，由一個或多個色譜柱210a、210b、210c產生的產物230也含有CO₂。產物230處于超臨界狀態。超臨界狀態由圖7和圖8所示的背壓調節器205維持。包含蓄能器208那些下游的所有部件都處于高于流體超臨界溫度的溫度控制環境(未示出)中。在優選實施例中，超臨界流體是二氧化碳，溫度為35℃，但也可使用高于CO₂超臨界溫度的其它溫度。

可選地，當FT-IR裝置160檢測到一個或多個色譜柱210a、210b、210c不再產生麻醉劑12時，閥控制器225設定各自的控制閥223a、223b、223c，以使得廢棄產物231通過各自的廢物管221a、221b、221c流到廢物排放口229。廢物排放口229允許廢棄產物231變成氣相，所述氣相被排放到大氣中。

本文所述的回收系統通常在7.4MPa至50MPa(或更高)下操作。優選壓力為10MPa；以及在31℃至100℃(或更高)下操作。優選溫度為35℃。本文所述的回收系統同樣可以用于回收來自罐101的麻醉劑12，所述罐101參見圖3所述。

如果多種不同的麻醉劑12已經被圖6所示的罐100捕獲，則由一個或多個色譜柱210a、210b、210c產生的氣體230將包含多種麻醉劑12。圖7和圖8示出用于從包含于氣體230中的多種麻醉劑12中分離每種麻醉劑12的裝置和方法。

圖7表示試劑收集系統600，其中一種或多種物質從包含鹵化碳和超臨界流體的超臨界溶液中分離。在本文所述的實施例中，超臨界溶液是試劑-產物230，從試劑-產物230中分離一種或多種鹵化碳。試劑-產物230被供應到色譜柱入口管602。試劑-產物230包含三種麻醉劑12：試劑A 12a、試劑B 12b和試劑C 12c。將麻醉劑12a、12b、12c溶解在超臨界CO₂中。示例性試劑包括異氟烷、七氟烷和地氟烷。

色譜柱入口管602將試劑-產物230供應到色譜柱210。色譜柱出口管604將色譜柱210的產物引導到背壓調節器205，定向閥605連接到該背壓調節器205。背壓調節器205使色譜柱210的產物減壓，這使得色譜柱210的產物冷卻。為了減輕冷卻的影響，背壓調節器205包含加熱模塊(未示出)，該加熱模塊防止減壓之后的結冰，這可能導致閥605的粘著。定向閥605由控制器607控制。FT-IR裝置160通過經由位于色譜柱出口管604中的在線IR流動池(未示出)的發射光來監測由色譜柱210產生的產物，并且將相應的信號614發送到控制器607，其在下面進行進一步描述。

試劑收集系統600包括收集模塊608，其內部由溫度控制系統冷卻以液化麻醉劑12。收集模塊608的內部包括三個蓄熱器：第一蓄熱器610a、第二蓄熱器610b和第三蓄熱器610c。每個蓄熱器610a、610b、610c通過各自的蓄熱器入口管612a、612b、612c連接到定向閥605。

FT-IR裝置160確保每個蓄熱器610a、610b，610c收集不同的試劑。例如，當FT-IR裝置160檢測到色譜柱210正在產生試劑A 12a時，則FT-IR裝置160向控制器607發送信號614，控制器607反過來設定閥605，以使得試劑A 12a流入第一蓄熱器610a。如果FT-IR裝置160檢測到色譜柱210正在產生試劑B 12b，則FT-IR裝置160向控制器607發送信號614，控制器607反過來設定閥605，以使得試劑B 12b流入第二蓄熱器610b。類似地，如果FT-IR裝置160檢測到試劑C 12c正在由色譜柱210產生，則FT-IR裝置160向控制器607發送信號614，控制器607反過來設定閥605，以使得試劑C 12c流入第三蓄熱器610c。每個蓄熱器610a、610b、610c被布置成將熱量從麻醉劑氣體12a、12b、12c傳遞走，麻醉劑氣體12a、12b、12c進入蓄熱器中被冷卻并液化，其被收集在相應的氣旋收集器616a、616b、616c中。允許氣態CO₂通過相應的氣旋排氣口618a、618b、618c從每個氣旋收集器616a、616b、616c逸出。

可選的實施例可包含其它色譜柱。色譜柱可基于極性、分子大小或重量分離。

本發明的優選實施例使用具有能夠區分不同麻醉劑的孔徑的尺寸排阻色譜柱。

可選地，超臨界分餾可用于分離單個麻醉劑。該方法涉及使用分階段減壓的CO₂，以及所述分階段減壓的CO₂在冷分餾柱中用作驅動氣體以基于試劑的揮發性來洗脫不同的試劑。因此，較低揮發度的餾分在緩慢通過柱的過程中首先凝結。較高揮發性的餾分與CO₂繼續進入下一個柱。在該柱中，柱的進一步冷卻導致該餾分的冷凝及其與CO₂的分離。

圖8示出了可選的試劑收集系統600a，其使用分餾來將麻醉劑12從試劑-產物230中分離。如上所述，試劑-產物230在其進入系統600a時處于超臨界狀態。試劑-產物230沿著管650流到背壓調節器205。試劑-產物230減壓至低于臨界壓力下并加熱以防止背壓調節器205的結冰。試劑-產物230沿著第一分餾柱入口管654a流到第一分餾柱652a。

第一分餾柱出口管656a從第一分餾柱652a延伸到第一減壓閥205a。壓力進一步由下游壓力調節閥658a控制。第二分餾柱入口管654b從第一減壓閥205a延伸到第二分餾柱652b。第二分餾柱出口管656b從第二分餾柱652b延伸到第二減壓閥205b。排氣管659從第二減壓閥205b延伸到排氣口660。

每個分餾柱652a、652b包括非吸收性玻璃珠661a、661b和冷卻夾套662a、662b，以允許每個分餾柱652a、652b的溫度控制。第一收集容器664a與第一分餾柱652a相關聯，第二收集容器664b與第二分餾柱652b相關聯。

溶液503的壓力由壓力調節閥205a和205b分級降壓。不易揮發的麻醉劑12，例如試劑X 12x，被第一分餾柱652a液化并收集在第一收集容器664a中。CO₂和具有較高揮發性的麻醉劑，例如試劑Y 12y，進入第二分餾柱652b，其可以通過壓力調節閥205b進一步減壓。由于分餾柱661b中的低溫，剩余的麻醉劑液化并收集在第二收集容器中。氣態CO₂經由排氣口660釋放。可選地，可推薦氣態CO₂用于進一步使用(未示出)。

多個分餾柱可以并聯布置，這使得能夠以更高的速率回收所選擇的試劑。或者，多個分餾柱可以串聯布置，如圖8所示，以允許收集更大范圍的試劑。

在本發明的可選實施例中，可以使用在線的紅外線裝置，優選FT-IR傳感器，來檢測在液化麻醉劑12x，12y中麻醉劑和污染物的存在。可使用進一步的分離步驟，例如使用色譜或分餾，以獲得所需的麻醉劑12x，12y的純度。

根據本發明的另一個實施例，用于再引入鹵化碳的回收系統300如圖9所示。在本發明所述的實施例中，回收系統300包括鹵化碳結合材料、過濾材料102，用于從氣體中捕獲鹵化碳。系統300被布置成將材料暴露于含有鹵化碳的氣體中以捕獲鹵化碳，并暴露于超臨界流體中以在超臨界溶液中溶解鹵化碳。在本發明所述的實施例中，鹵化碳是揮發性麻醉劑12，所述揮發性麻醉劑12已經從麻醉機的廢氣38中提取，并且返回到同一麻醉機中，如圖9所示。

圖9所示的回收系統300具有如上所述的第一模塊，并且系統300被布置成向該模塊供應流體，以使得流體通過過濾材料102。回收系統300提供最適宜的揮發性麻醉劑12以回收至長期手術和重癥監護的患者。回收系統300被布置成連續地再循環單個揮發性麻醉劑。

回收系統300包括第一二氧化硅氣凝膠罐100a和第二二氧化硅氣凝膠罐100b。每個罐100a、100b具有廢氣入口管道104a、104b和氣體出口管道108a、108b，所述廢氣入口管道104a、104b以允許廢氣38進入每個罐100a、100b，所述氣體出口管道108a、108b以允許處理過的氣體離開每個罐100a、100b。第一廢氣入口管道104a和第二廢氣入口管道104b各自連接到相應的第一廢氣入口管106a和第二廢氣入口管106b。每個入口管106a、106b包括入口閥302a、302b，以用于控制廢氣38流入各自的罐100a、100b中。第一處理氣體出口管道108a和第二處理氣體出口管道108b各自可拆卸地連接到相應的第一出口管110a和第二出口管110b。第一和第二出口管110a、110b集合以形成單個主出口管110，所述主出口管110包括傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)裝置160，其被布置成檢測主出口管110中的揮發性麻醉劑12的存在的。主出口管110中的揮發性麻醉劑12的濃度的升高指示當前從廢氣38中移除麻醉劑12的罐是飽和的，這將需要切換罐100a、100b的操作。在氣體通過傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)裝置160之后，其然后通過捕獲任何殘余麻醉劑12的小活性炭過濾器120。

除了廢氣入口管道104a、104b和處理氣體出口管道108a、108b之外，每個罐100a、100b具有超臨界CO₂入口端304a、304b和超臨界CO₂出口端306a、306b。每個CO₂入口端304a、304b連接到CO₂入口管308a、308b，其將超臨界CO₂ 203供應到每個相應的罐100a、100b中。每個CO₂入口管308a、308b包括CO₂閥310a、310b，用于控制超臨界CO₂ 203流入每個相應的罐100a、100b中。每個CO₂入口管308a、308b從主CO₂入口管308進料。每個超臨界CO₂出口端306a、306b連接到相應的CO₂出口管312a、312b。每個CO₂出口管312a、312b連接到主CO₂出口管312，其傳遞來自第一和第二罐100a、100b的超臨界CO₂ 203。

主CO₂出口管312通向背壓調節器320，該背壓調節器320對CO₂和溶解的麻醉劑12進行加熱和減壓。冷卻的氣旋分離室322將揮發性麻醉劑12液化并與氣態CO₂分離。氣態CO₂在回收CO₂管324中流動到CO₂儲罐204。CO₂罐202連接至回收CO₂管324以補充回收系統300中的CO₂。分離泵206將CO₂從儲罐204泵送到分離蓄能器208中。分離泵206將CO₂的壓力增加到高于臨界壓力CO₂(73bar)。蓄能器208和罐100a、100b放置在烘箱(未示出)中，以將溫度保持在CO₂的臨界溫度(31.1℃)以上。蓄能器208加熱CO₂并提供超臨界CO₂的緩沖以將回路中的壓力維持在臨界壓力以上。優選地，操作溫度為35℃，壓力為100bar(10MPa)。然而，在可選實施例中，這些值可以更高。分離泵206和蓄能器208控制液體CO₂進入主CO₂入口管308的條件。

輸送室316被加熱到CO₂的臨界溫度以上，并存儲溶解在超臨界CO₂中的麻醉劑12，以用于麻醉機的呼吸回路2。輸送室316可經由輸送管314從氣旋分離器322接收注射的再循環麻醉劑12，或從包含非再循環麻醉劑12的容器326接收注射的再循環麻醉劑12，所述非再循環麻醉劑12可從另一個來源獲得。輸送室316中的麻醉劑12溶解在超臨界CO₂中。通過傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)裝置160測量濃度。因此，超臨界CO₂中的麻醉劑12的濃度可通過從氣旋分離器322或容器中添加更多或更少的麻醉劑12而調節到正確的水平，或者可通過從分離泵206(連接未示出)將超臨界CO₂添加到輸送室316而調節到正確的水平。

注射管330從輸送室316延伸到麻醉機的呼吸回路2。注射管330包括在計算機和臨床控制閥332的影響下的加熱的注射器334。注射器將溶解在超臨界CO₂中的麻醉劑12注射到呼吸回路2中，優選直接注射到吸氣管6中。當CO₂被減壓盒加熱時，其蒸發并將麻醉劑12分散以輸送給患者。呼吸回路2的堿石灰罐34可移動到吸氣支管6以吸收由注射器334輸送的少量CO₂。

現參考圖9，描述了一種回收鹵化碳的方法。患者呼吸含有揮發性麻醉劑12的氣體，該氣體由如上所述和圖9所示的呼吸回路2的吸氣管6供應。患者通過呼氣管呼出未使用的麻醉劑12。通過減壓閥32(圖9中未示出)釋放的廢氣38流過廢氣排放管40，廢氣排放管40連接到主入口管106，主入口管106分成第一入口管106a和第二入口管106b。第一入口閥302a打開以允許廢氣38進入第一罐100a，以及第二入口閥302b關閉，以防止廢氣38進入第二罐100b。含麻醉劑12的廢氣38由鹵化碳結合材料處理以將鹵化碳結合到材料上。通過第一罐100a的流動如上所述，參見圖2，并且經由其出口端108a離開第一罐100a。處理氣122經由活性炭過濾器120釋放到大氣中。

第一CO₂閥310a關閉以防止超臨界CO₂進入第一罐100a，并且第二CO₂閥310b打開以允許超臨界CO₂進入第二罐100b。材料102暴露于進入第二罐100b的超臨界CO₂，其流過過濾材料102以溶解鹵化碳，，例如麻醉劑12，如上所述通過將麻醉劑12溶解在超臨界CO₂中將其結合到材料102，，參見圖5。溶解的鹵化碳和超臨界流體形成超臨界溶液。超臨界溶液通過第二超臨界CO₂出口端306b離開第二罐100b，其中所述超臨界溶液中稀釋劑12被稀釋。

在通過本發明的當前實施例的廢氣38的處理期間，第一入口閥302a和第一CO₂閥310a被布置成使得當第一入口閥302a打開時，第一CO₂閥310a關閉，反之亦然。類似地，第二入口閥302b和第二CO₂閥310b布置成使得當第二入口閥302b打開時，第二CO₂閥310b關閉，反之亦然。因此，閥302a、302b、310a、310b被布置成使得第一罐100a或第二罐100b中的任一個不能同時接收廢氣38和超臨界CO₂。此外，在本發明的當前實施例的廢氣38的處理期間，第一入口閥302a和第二入口閥302b被布置成使得它們不能處于相同的狀態，即同時打開或關閉。類似地，第一CO₂閥310a和第二CO₂閥310b被布置成使得它們不能處于相同的狀態，即同時打開或關閉。

在可選的實施例中，位于主入口管106、第一入口管106a和第二入口管106b的接合處的入口三通閥可可選第一和第二進入閥302a、302b中的每一個。另外，位于主超臨界CO₂管308，第一超臨界CO₂管308a和第二超臨界CO₂管308b的接合處的三通CO₂閥可代替第一和第二超臨界CO₂閥310a、310b。

進入回收系統300的兩個罐100a、100b的廢氣38和超臨界CO₂ 302的供應由閥302a、302b、310a，310b控制以使得罐100a、100b中的一個接收廢氣38，而罐100a、100b中的另一個接收超臨界CO₂ 302。此外，罐100a、100b中的一個捕獲來自廢氣38的麻醉劑12，而罐100a、100b中的另一個去除麻醉劑12以再利用于麻醉劑的呼吸回路2。

閥302a、302b、310a、310b操作的狀態以規則的間隔同時交換。在圖9所示的本發明的實施例中，在第一交換期間，第一入口閥302a關閉，第一CO₂閥310a打開，第二入口閥302b打開，第二CO₂閥310b關閉。在稍后的點，當第一罐102a的過濾材料102飽和時，閥302a、302b、310a、310b的狀態被交換回到它們先前的狀態。需知悉的是，在本發明的其它實施例中，交換可以在過濾材料102飽和之前發生。當閥302a、302b、310a、310b的狀態首次交換時，第一罐100a不再接收廢氣38，而是接收超臨界CO₂ 203以釋放捕獲在罐100a中的麻醉劑12。第二罐100b不再接收超臨界CO₂ 203，而是接收廢氣38捕獲麻醉劑12。

交換閥302a、302b、310a、310b的狀態，因此交換罐100a、100b的功能，使得試劑回收系統300能夠連續操作。如上所述，過濾材料102能夠承受超臨界流體。因此，根據本發明實施例的材料和一個或多個模塊可以重復使用，即經受多個捕獲-回收循環，而在其性能上沒有明顯的衰減。然而，在本發明的可選實施例中，過濾材料和/或一個或多個模塊可能需要在多個捕獲-回收循環之后更換。由回收系統300回收的麻醉劑12可以保持溶解在超臨界CO₂203中，其可如上所述直接注射到麻醉機的呼吸回路2中，或返回到蒸發器(未示出)。

麻醉機允許麻醉師向患者輸送具有準確稀釋量的揮發性麻醉劑12的特定氧氣成分。本發明使得麻醉劑12能夠以所需的濃度快速施用于患者。將揮發性麻醉劑12直接提供到麻醉機的呼吸回路2中使得能夠快速引導麻醉劑12。本發明還提供給麻醉師對麻醉劑12的劑量的精細控制。紅外吸收光譜儀160監測呼吸回路2的吸入管6和呼出管8中的麻醉劑12的濃度。吸入管6中的麻醉劑12的濃度被監測，以確保向患者施用正確的試劑濃度。呼氣管8中的麻醉劑12的濃度被監測，作為麻醉深度的指示。例如，呼氣末試劑濃度的水平是麻醉深度的可靠指標。紅外吸收光譜儀160連接到控制模塊(未示出)，該控制模塊通過影響輸送閥332的功能來控制麻醉劑12的輸送，基于由紅外吸收光譜儀160獲得的讀數。

本發明還使得來自患者的用于麻醉劑12的整個輸出能夠被清除。此外，本發明提供了來自呼吸回路2的麻醉劑12的立即清除和患者的快速喚醒。

圖10示出了具有與上述裝置相同的許多特征的可選的回收系統301。可選的回收系統301輸送溶解在超臨界CO₂ 203中的麻醉劑12并且再循環所捕獲的廢氣38本身，并且包括用于將麻醉劑12與污染物分離的色譜柱210。可選的回收系統301優選與單一麻醉劑一起使用，但是可使用另外的色譜或分餾方法以允許使用多種麻醉劑。

在可選的回收系統301中，來自麻醉機呼吸回路2的廢氣38經由各自的第一和第二入口管154a、154b流過主入口管154至第一和第二罐100a、100b。在可選的實施例中，主入口管154還可接收來自手術室的環境空氣107。

根據使用可選的回收系統301的方法，第一入口閥302a打開以允許廢氣38進入第一罐100a，并且第二入口閥302b關閉，以防止氣體38進入第二罐100b。如上所述，氣體38由第一罐100a處理，以捕獲麻醉劑12并經由其出口端108a離開第一罐100a。處理氣122釋放到大氣中。

第一CO₂閥310a關閉以防止超臨界CO₂進入第一罐100a，并且第二CO₂閥310b打開以允許超臨界CO₂進入第二罐100b。進入第二罐100b的超臨界CO₂流經過濾材料102以回收結合至過濾材料102的麻醉劑12，其通過將麻醉劑12溶解在超臨界CO₂形成超臨界溶液250。超臨界溶液250通過第二超臨界CO₂出口端306b、第二CO₂出口管312b離開第二罐100b，并通過主CO₂出口管312進入超臨界溶液儲罐338。

超臨界溶液儲罐338將超臨界溶液250供應到色譜柱注射器211，其將超臨界溶液250等分經由色譜柱入口管340注入色譜柱210。供應管227提供純超臨界CO₂ 203作為流動相。色譜柱出口管341允許流體離開色譜柱210。色譜柱210從麻醉劑12和超臨界CO₂中分離污染物，并且麻醉劑12和超臨界CO₂的混合物經由色譜柱出口管341離開色譜柱210。

溶解在超臨界CO₂中的麻醉劑12沿著色譜柱出口管341流動到背壓調節器345，其對混合物進行減壓和加熱。減壓后的混合物流到閥342，所述閥342由FT-IR裝置160控制，所述FT-IR裝置160監測色譜柱出口管341中的流體。當色譜柱出口管341中的流體含有污染物時，閥342將任何污染物經由色譜柱出口端釋放至大氣。當樣品含有試劑時，閥342將流體流引導至蓄熱器346，所述蓄熱器346將熱量從流體流中轉移出來，以使得麻醉劑12冷卻并液化收集于氣旋分離室320中。

可控的試劑注射器348控制液化試劑注射到輸送室316中。FT-IR裝置160監測輸送室316中試劑的濃度。輸送室316中試劑的濃度可通過可控的試劑注射器348添加更多的麻醉劑12進行調整，或通過可控超臨界CO₂注射器349注射更多的超臨界CO₂ 203進行調整。

超臨界CO₂和受控濃度的試劑通過加熱的注射器504從壓縮管330直接注射到呼吸回路2中。紅外吸收光譜儀160監測吸入管6和呼出管6中的麻醉劑12的濃度。紅外吸收光譜儀160連接到控制器505，以確保將正確的試劑濃度施用給患者。控制器505也可受臨床醫生的影響。當超臨界CO₂被注射器504減壓時，其被加熱以防止結冰。這使得麻醉劑12分散并蒸發到呼吸回路2中。僅使用少量的CO₂，并且這些CO₂被呼吸回路2中的堿石灰36吸收。

根據另一個實施例，本發明可用于將溶解在超臨界流體中的麻醉劑的超臨界溶液輸送到醫療裝置。圖11示出了包括肺氣體交換器402的心臟旁路回路400，其在本領域中也稱為氧合器，其從靜脈血液404中移除廢氣38同時為血液補氧。泵406、抽吸管線408和靜脈管線410用于在操作期間從患者獲取靜脈血液404。從患者取得的靜脈血液404在進入肺氣體交換器402之前收集在血液儲存器412中。

氧氣和麻醉劑12經由氧氣管414從麻醉機(圖11中未示出)供應到肺氣體交換器402，廢氣38經由排氣管30離開交換器402。廢氣38含有揮發性麻醉劑12，其未被患者代謝或吸收。排氣管30連接到入口管106，所述入口管106可拆卸地連接到罐100的入口管道104，如圖2所示，并如上所述。當廢氣38通過過濾材料時，罐100通過將麻醉劑12結合到過濾材料102上來捕獲麻醉劑12，如上所述，參考圖2。已去除麻醉劑12的廢氣38通過出口管道108離開罐100，出口管110可拆卸地連接到所述出口管道108。出口管110包括小的活性炭過濾器120，以在處理氣122從出口管110釋放到大氣中之前捕獲處理氣122中的任何殘留麻醉劑12。已去除麻醉劑12的氧合血液經由交換出口管416離開肺氣體交換器402。

包括超臨界CO₂ 203和揮發性麻醉劑12的超臨界溶液418儲存在加壓儲罐420中，加壓儲罐420安裝在加熱套筒421中以將溫度保持在臨界溫度以上。儲罐420提供由控制器433控制的加熱的電子控制注射器閥432。超臨界溶液418流經交換器出口管416被直接注射到患者的血液中。超臨界CO₂ 203被注射器閥432減壓并且用分散和汽化的麻醉劑12吸收到血液中。血液稀釋劑從交換器出口管416流入由控制器433控制的離心泵422，并且將包含試劑稀釋液的血液推進到動脈管線424，其將血液試劑稀釋液供給到患者的動脈中。動脈管線424包括氣泡捕捉器426以防止氣泡進入患者的循環系統。

從動脈管線424采集血液樣品用于分析。通過紅外吸收光譜儀160測量血液樣品，以確定返回到患者的血液中的麻醉劑12的濃度。如果需要的話，可改變輸送到交換器出口管416中的麻醉劑12的濃度。紅外吸收光譜儀160還監測來自肺氣體交換402的廢氣38中的揮發性麻醉劑12，其提供了測量麻醉深度的手段。此外，紅外吸收光譜儀160監測處理氣122，以指示過濾材料102何時已被麻醉劑12飽和。

在本發明的可選實施例中，上述的回收系統300、301中的任一個可以與心臟旁路回路400組合以形成用于再引入揮發性麻醉劑的回收系統，所述揮發性麻醉劑通過心臟旁路回路400從患者血液中提取。本發明的另外的實施例中，麻醉劑和超臨界CO₂的混合物可被注入進入氧合器的氣體進料或心臟旁路回路400的動脈管線424。

本發明還可以用于不具有靜脈血液儲存器412的小型旁路回路中。

在另一實施例中，本發明可用于便攜式麻醉機500，例如可被軍方、救災組織或醫院使用，如圖12所示。便攜式麻醉機500包括可更換的加壓儲罐502，其含有溶解在超臨界CO₂中的麻醉劑的超臨界溶液503。可更換的儲罐502安裝在加溫套筒421中，其確保溶液保持在超臨界溫度。加溫套筒由加溫套筒控制器507控制。

儲罐502進料至由注射器系統控制器509控制的注射器504，所述注射器系統控制器509將溶液503注射到汽化室21中，所述汽化室21結合到便攜式麻醉機500的呼吸回路2中。單向閥16連接到吸入管6，所述吸入管6被布置成供應由患者吸入的包含麻醉劑12的氣體。便攜式麻醉機500包括呼氣管8，通過所述呼氣管8呼出的和未使用的氣體和麻醉劑12通過單向呼氣閥26從患者輸送到呼氣管24。

CO₂吸收罐34連接到呼氣管24。吸收罐34包含石灰蘇打水36以吸收流過罐34的氣體中的二氧化碳。通風機或袋506將CO₂吸收罐34連接到汽化室以完成呼吸回路2，并且提供對呼吸回路2加壓以向患者輸送呼吸的裝置。

便攜式麻醉機500包括紅外監視裝置。在本發明所述的實施例中，使用FT-IR裝置160，其被布置成監測流經吸氣管6和呼氣管8的流體中的麻醉劑12的水平。在本發明的可選實施例中，紅外監控裝置可為色散紅外設備以改善便攜性，因為色散紅外設備通常比FT-IR設備更簡單和更小巧。如果FT-IR裝置160檢測到吸氣管6和呼氣管8中的任一個中的流體中的試劑的水平需要調節，則其發送信號508到控制器509，如果需要的話，所述控制器509指示注射器504增加或減少注入溶液503。控制器509還調節通氣機以輸送由臨床醫生決定的通氣所需的壓力和速率。

壓力釋放閥32將廢氣38直接引導從入口管106到達入口管道104。廢氣30由容納過濾材料102的罐100處理，所述過濾材料102捕獲麻醉劑12。處理氣122經由出口管道108離開罐100，流過活性炭過濾器120并排放到大氣中。

在本發明的可選實施例中，催化劑可沉積在罐100的入口管道104處的陶瓷蜂窩結構上。在該位置，在回收期間，催化劑在超臨界溶液離開罐100時作用于該超臨界溶液。在另外的實施例中，將催化劑作為摻雜劑引入氣凝膠中。本領域技術人員清楚的是，許多不同的貴金屬和非貴金屬可以用作催化劑。

雖然本文已經參考醫學環境詳細地公開了本發明的特定實施例，但是這僅通過示例的方式并且僅出于說明的目的。本發明可用于在期望或需要鹵化碳捕集和/或再利用的其它工業中捕獲和回收鹵化碳。

在本發明的可選實施例中，來自使用鹵化碳的工廠的生產區域的廢氣通過包含過濾材料的罐100、101。鹵化碳被過濾材料捕獲。一旦過濾材料已經飽和，其可以經受如上所述的超臨界CO₂，以溶解超臨界CO₂中的鹵化碳產生超臨界溶液。如上所述，可以通過色譜法和分餾來分離超臨界CO 2中的鹵化碳。

一氧化二氮(N₂O)是兒科和孕婦麻醉中的重要氣體。然而，N₂O在超臨界條件下不穩定，但是當與還原催化劑一起使用時可被控制。

在本發明的另一實施例中，模塊90可包括還原催化劑，例如貴金屬或半貴金屬/金屬氧化物。在優選的實施方案中，金屬催化劑是鉑，盡管可以使用其它物質如氧化鈦、氧化鎢、氧化釩、氧化鉬、銠、鈀。還原催化劑可沉積在過濾材料102上，過濾材料102優選氣凝膠或上述任何其它過濾材料。可選地，過濾材料102可包括還原催化劑。還原催化劑可裝載反應物，優選在鹵化碳捕獲之前或者在超臨界CO₂萃取的鹵化碳回收之前的尿素。以這種方式，當含有麻醉劑12的廢氣38進入模塊時，一氧化二氮可以在催化劑的存在下與尿素(CO(NH₂)₂)反應以形成氮氣(N₂)，水(H₂O)和二氧化碳(CO₂)。

當罐100被麻醉劑12飽和時，其可用超臨界CO₂沖洗以洗脫鹵化碳麻醉劑12，如圖5、6、9和10中所示。在本實施例中，由于存在吸附在過濾材料上的一氧化二氮和選擇性還原劑，其也會減少一氧化二氮。將二氧化碳泵送到罐中以獲得超臨界壓力，優選在10MPa和35℃，盡管可能需要更高的壓力和溫度。當回路被加壓時，當背壓調節器打開時，在存在尿素的情況下，流過系統的流體通過過濾材料和催化劑引起超臨界N₂O在超臨界CO₂中稀釋。在超臨界壓力和溫度下，且在不存在氧氣的情況下，反應速率高。可通過色譜分離從試劑中提取氮氣和其它副產物。

本領域技術人員將清楚的是，本發明可用于在麻醉劑回收以外的情況下的一氧化二氮中間體(NO_x)的選擇性還原催化，所述NO_x包括一氧化二氮(N₂O)，所述麻醉劑回收以外的情況例如發電或發熱和汽車工業。

在本發明的其它實施例中，可以使用其它超臨界流體，例如超臨界一氧化二氮(N₂O)。N₂O在與CO₂相似的溫度和壓力下變為超臨界，并且以與超臨界CO₂類似的方式表現。例如，在上述本發明的可選實施例中，超臨界N₂O可用于溶解麻醉劑12，所述麻醉劑12結合到罐100、101中的任一個中已被麻醉劑12飽和的過濾材料102上。在這些實施例中，需正視的是，如上所述的還原催化劑用于將N₂O還原成亞硝酸和氧氣，和/或超臨界N₂O可在超臨界CO₂中稀釋以穩定超臨界N₂O。

上述實施例并不旨在限制所附權利要求的保護范圍。此外，一個或多個上述實施例的特征可容易地與另一個實施例的一個或多個特征組合。還需知曉的是，在不脫離由權利要求限定的本發明的保護范圍的情況下，可以對本發明進行各種替換、更改和修改。