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原文传递基于CN自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置及方法

专利名称：	基于CN自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置及方法
摘要：	本发明涉及一种基于CN自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置及方法，检测过程为：脉冲形式的被测者呼出气体排至检测箱中，经聚焦的激光束烧蚀成等离子体，呼出气体中的CO2与环境中的N2结合，生成CN自由基分子，多通道光谱仪收集得到CN自由基分子同位素光谱数据，传输至数据处理计算机中数据处理，得到CN自由基分子谱线的频率位移与谱线强度，进而得到被检测者呼气中碳元素同位素的丰度信息。本发明可避免繁琐的样品预处理，并无需在真空环境下检测，可缩短检测时间，提高检测效率，降低检测装置的成本。此外，CN自由基分子的发射谱线不会受原子谱线干扰，而质谱检测对于质量数相近的物质谱线标定困难，因而本发明的检测精度更高。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京信息工程大学
发明人：	张启航;刘玉柱;李相鸿;陈宇;颜逸辉;尹文怡;丁鹏飞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-10-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-22T00:00:00+0800
申请号：	CN201910947734.3
公开号：	CN110487731A
代理机构：	南京钟山专利代理有限公司
代理人：	王磊
分类号：	G01N21/25(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	210044 江苏省南京市江北新区宁六路219号
主权项：	1.基于CN自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置，其特征在于，包括：检测箱(1)、气体导管(4)、时序控制器(11)、多通道光谱仪(12)、数据处理计算机(13)，以及设置在检测箱(1)内的脉冲阀门(5)、Nd：YAG脉冲激光器(6)、聚焦透镜(7)和光纤探头(9)；气体导管(4)伸入检测箱(1)内，脉冲阀门(5)安装在气体导管(4)端部，气体导管(4)相对的另一端端部设有吹嘴(2)；Nd：YAG脉冲激光器(6)发出的激光束(8)被聚焦透镜(7)聚焦至脉冲阀门(5)出口位置，光纤探头(9)对着脉冲阀门(5)出口位置；时序控制器(11)分别与Nd：YAG脉冲激光器(6)和多通道光谱仪(12)相连，光纤探头(9)与多通道光谱仪(12)相连，多通道光谱仪(12)与数据处理计算机(13)相连。 2.根据权利要求1所述的基于CN自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置，其特征在于，时序控制器(11)分别与Nd：YAG脉冲激光器(6)和多通道光谱仪(12)通过光纤(10)连接，光纤探头(9)与多通道光谱仪(12)通过光纤(10)连接，多通道光谱仪(12)与数据处理计算机(13)通过光纤(10)连接，检测箱(1)上开有多个供光纤(10)穿过的通孔。 3.根据权利要求1或2所述的基于CN自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置，其特征在于，气体导管(4)上还设有用于吸收被测气体中水分的过滤器(3)。 4.基于CN自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、吹嘴(2)接受被检测者服用尿素[13C]胶囊后呼出的气体，该气体沿着气体导管(4)经过滤器(3)吸收水分后，在脉冲阀门(5)处以脉冲形式排至检测箱(1)内；步骤二、排至检测箱(1)内的呼出气体分子被Nd：YAG脉冲激光器(6)发出的、经聚焦透镜(7)聚焦的1064nm激光束(8)烧蚀成等离子体，呼出的气体中的CO2分子与检测箱(1)内环境中的N2分子结合，生成CN自由基分子，多通道光谱仪(12)通过光纤探头(9)收集得到CN自由基分子同位素光谱数据，过程中，调节时序控制器(11)，消除光谱数据背景噪声；步骤三、多通道光谱仪(12)收集的CN自由基分子同位素光谱数据传输至数据处理计算机(13)中进行数据处理，得到同位素光谱中的CN自由基分子光谱的频率位移与谱线强度，进而得到被检测者呼气中碳元素同位素的丰度信息； CN自由基分子光谱的频率位移Δν公式为：公式(1)中，μ为CN自由基分子的约合质量数，i表示13C及其他碳同位素，ωe和χe均为光谱常数，v为振动量子数，A′表示上能级参数，A″表示下能级参数； CN自由基分子光谱的谱线强度为CN自由基分子对应的频率谱线积分得到的特征峰面积；具体包括：步骤3-1、首先，对CN自由基分子同位素光谱数据依次进行归一化和小波变换降噪处理，接着，在降噪后的光谱中提取B2∑+(v＝0)→X2∑+(v＝1)能态跃迁下，12CN自由基分子对应的频率谱线和13CN自由基分子对应的频率谱线，并分别通过积分得到12CN和13CN自由基分子频率谱线的特征峰面积，即谱线强度；步骤3-2、计算12CN和13CN自由基分子的振动能级信息，由E＝hν，得到特征谱线频率理论值，E为振动能级能量，h为普朗克常数，ν为分子的振动频率；再对已知丰度比的CO2同位素样品进行实验测量，采集样品CN自由基分子光谱，提取特征谱线频率理论值处谱线强度，并使用最小二乘法确定CN自由基谱线强度与同位素丰度间的定标曲线；步骤3-3、将步骤3-1中得到的谱线强度代入步骤3-2的定标曲线中进行比对，反演出同位素的丰度，确定13C同位素的含量。 5.根据权利要求4所述的基于CN自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测方法，其特征在于，步骤3-1中，CN自由基采用B2∑+(v＝0)→X2∑+(v＝1)能态的跃迁，12CN自由基分子对应谱线频率ν1＝8.3624×1014Hz，13CN自由基分子对应于该跃迁的谱线频率ν2＝8.3521×1014Hz。
所属类别：	发明专利