一種呼氣氨氣分析儀的制作方法
【專利摘要】一種呼氣氨氣分析儀，由分析模塊對所采集的呼出氣體進行測量分析，所述分析模塊由樣品室、三通閥、氨氣過濾器、氨氣傳感器和泵組成；由控制模塊對所述分析模塊進行控制，并進行信息的收集、處理、存儲與通訊等。利用該分析儀對口呼氣氨氣濃度進行分析計算。
【專利說明】一種呼氣氨氣分析儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及呼氣氣體檢測領域。
【背景技術】
[0002]血液中氨氣含量的變化與多種生理疾病(如肝臟、胃、肺功能障礙等)有關，而當血液中的氨氣過高時，可以通過呼氣排出，這意味著呼出氣氨氣可以作為多種疾病和代謝過程的生物標記物，為臨床提供一種無創診斷手段。
[0003]近年來,關于呼氣氨氣檢測的研究很多，如D.J.Kearney于2002年在《DigestiveDiseases and Sciences》上發表的關于呼出氨氣測量用于幽門纏繞桿菌感染診斷的研究；P.Gouma于2010年在《Ieee Sensors Journal》上報道了米用基于金屬氧化物的微型傳感器進行呼出氨氣檢測研究可以達到PPb量級的檢測靈敏度；Giovanni Neri于2012年在《Nephrology Dialysis Transplantation》發表了米用IMS和CRDS技術實時分析血液透析患者呼出氨氣含量，研究了透析過程中呼出氨氣濃度的變化情況以及BUN與Kt/V之間的關系O
[0004]US 2004/0077965 Al中也公布了一種氨氣傳感器和一種通過用此氨氣傳感器來測量呼氣氨氣以診斷幽門螺桿菌感染的方法，該發明中的氨氣傳感器直接與口呼氣連接，該氨氣傳感器的表面材料是聚四氟乙烯，是一個無水的酸堿傳感器；該發明在使用時，記錄受試者口呼氣的基底氨氣濃度水平和氨氣水平的變化值，與陰性/陽性幽門螺桿菌感染者的數值進行比較確定該受試者的幽門螺桿菌的感染狀態。
[0005]但是上述研究中提到的口呼氣氨氣的基準值范圍很寬，即使在控制實驗(如禁食)的條件下測試值也有從0.l-3ppm不等，這不利于疾病的特異性診斷。造成這種現象的原因可能是:
O氨氣極易溶于水，氨分子跟水分子通過氫鍵結合成一水合氨(νη3.η2ο),—水合氨能小部分電離成銨離子(NH4+)和氫氧根離子(0Η—)，溶液中NH3和NH4+的相對量取決于溶液的pH,在酸性溶液中，H+可將全部NH3轉化成NH4+,將溶液堿化，NH4+失去H+又轉化為NH3,溶液pH=9.3時，NH3和NH4+的相對量對半。所以在呼氣的整個過程中，氨氣參與氣道氣體交換，氨氣濃度在通過肺，氣道和口腔的過程中會不斷改變；
2)口呼氣濕度將近100%，一旦呼出很快冷凝成飽和水氣，大量氨氣溶解于水中，造成結果的偏低；
3)氨氣分子的化學性質很活潑，管路壁及分析儀器內部的表面很容易會為氣相氨分子提供結合位點，造成吸附-脫附平衡:如果氣相氨氣濃度增大超過氣壁平衡濃度，就會吸附，而如果氣相濃度下降，氨分子就會脫附。極性分子水的存在，會與氨分子競爭相同的結合位點，從而導致氨氣濃度變化的響應時間更加的長。表面材料、面積、流速、樣品濕度及設備的使用情況，響應時間甚至能以小時計。
[0006]目前氨氣檢測的化學測定方法相對較成熟的主要有納氏試劑比色法、靛酚藍比色法等，其中納氏試劑比色法因操作簡便，顯色快速，一般多被采用；靛酚藍比色法靈敏度高，顯色較穩定，干擾少，但操作條件要求嚴格，顯色時間長是影響快速測定的主要原因，國標GB/T18204.25《公共場所空氣中氨測定方法》規定以靛酚藍比色法為測定空氣中的氨氣。采樣方式為:吸收管內裝IOml吸收液，以0.5ml/min流量，采氣5L。這種方法顯色時間較長，樣品量較大，不適用于檢測人體呼氣。
[0007]精確測量ppb濃度范圍內的氨氣濃度的方法和儀器仍是研究者探索的目標。目前市場上直接用于檢測呼氣氨氣濃度的儀器很少，大多處于實驗室研究階段，傳感器選擇性很難滿足要求，呼氣中的許多組分，尤其是濕度對測量的干擾較大。如何提高測量的選擇性是呼氣氨測量的一項關鍵技術。目前美國Pranalytica公司的nephrolux型呼氣氨氣分析儀采用氣體光聲傳感器，日產Oral Ammonia Analyzer為光學傳感器,但是由于其儀器昂貴，且分析周期較長，使用麻煩，而不適于呼氣檢測領域使用。
[0008]而呼氣氨氣濃度檢測應用于臨床診斷疾病并無明確切點值，肝腎功能障礙患者的呼氣氨濃度一般在2ppm左右，健康人在300ppb左右，幽門螺桿菌感染的患者口服尿素前后呼氣氨濃度的變化在500ppb左右，考慮到情況，呼氣氨氣分析儀器需要達到如下性能指標要求:
【權利要求】
1.一種呼氣氨氣分析儀，由分析模塊和控制模塊組成，分析模塊對所采集的呼出氣體進行測量分析，控制模塊對所述分析模塊進行控制，并進行信息的收集、處理、存儲與通訊等，其特征在于:所述分析模塊(100)由樣品室(101)、三通閥(102)、氨氣傳感器(104)和泵(105)通過管路(106)串聯組成；在所述三通閥(102)的一個出口與氨氣傳感器(104)之間連接一個氨氣過濾器(103);所述氨氣過濾器(103)由Nafion管置于一個封閉的套管中組成，Nafion管與套管之間的空隙中填充液態水、吸水的海綿或其他材料以維持該封閉空間的相對濕度為100%。
2.如權利要求1所述一種呼氣氨氣分析儀，其特征在于:針對不同的控制濕度要求，所述氨氣過濾器(103)的Nafion管與套管之間的空隙可以填充干燥劑，包括分子篩、硅膠、活性氧化鋁，也可以填充相應濕度的飽和鹽水溶液。
3.如權利要求1所述一種呼氣氨氣分析儀，其特征在于:所述樣品室(101)及管路(106)所選用材料為不吸附氨的惰性材料，包括聚四氟乙烯或其改性材料。
4.如權利要求1所述一種呼氣氨氣分析儀，其特征在于:所述樣品室(101)裝有恒溫模塊，保證樣品室的溫度不低于38°C。
5.一種呼氣氨測量方法，該方法使用權利要求1所述設備，其過程包括采樣、分析及計算三個步驟，其特征在于所述分析過程按如下步驟進行: 采樣:將口呼氣/鼻呼氣呼至所述樣品室(101)中；或用泵(105)將待測氣體抽至樣品室(101)中； 分析:第一步:控制三通閥(102)，通過泵(105)抽氣，將氣室(101)中的氣體經過三通閥(102)、氨氣過濾器(103)、氨氣傳感器(104)，泵(105)后排空，記錄其穩態響應電流(I1);第二步=I1-穩定后，切換所述三通閥(102)使得樣品室(101)中的氣體經過三通閥(102)、管路(106)、氨氣傳感器(104)，泵(105)后排空，記錄其穩態響應電流(I2); 計算:通過電流(I1)、電流(I2)及傳感器靈敏度(k)計算樣品室中氣體濃度:C=(I2-I1)/k。
6.如權利要求5所述一種呼氣氨測量方法，其特征在于:其中所述傳感器(104)的靈敏度k可通過下述方法進行標定:首先將干燥的零點氣及已知濃度的氨氣分別通入樣品室(101)中，然后控制三通閥(102)使得樣品室(101)中的氣體經過三通閥(102)、管路(106)、氨氣傳感器(104)，泵(105)后排空，記錄其穩態響應電流(零點氣穩態響應電流I。，標準氣體穩態響應電流I。)，所述傳感器的靈敏度通過下式計算Ik=(Ie-1tl)A^
【文檔編號】G01N1/28GK103487481SQ201310482977
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月16日 優先權日:2013年10月16日
【發明者】曹青, 韓杰, 謝雷 申請人:無錫市尚沃醫療電子股份有限公司