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原文传递一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统及方法

专利名称：	一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统及方法
摘要：	本发明提供了一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统及方法，所述检测系统包括冷肼预浓缩装置、赫里奥特气体池、两个垂直腔面发射激光二极管、两个光电探测器、信号处理系统以及控制系统。本发明利用冷肼预浓缩装置去除了呼出气体中水分的干扰，提高了待测气体浓度，利用近红外可调谐半导体吸收光谱测量系统实现死腔气和肺泡气的在线实时检测，同时，能够实时获得不同呼吸阶段丙酮气体含量，具有更高的检测精度和灵敏度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	河北大学
发明人：	娄存广;刘秀玲;王鑫;侯凯旋;荆聪蕊;张建涛
专利状态：	有效
申请日期：	2019-10-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201911006749.6
公开号：	CN110618108A
代理机构：	石家庄国域专利商标事务所有限公司
代理人：	苏艳肃
分类号：	G01N21/39(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	071002 河北省保定市五四东路180号河北大学
主权项：	1.一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统，其特征在于，包括：冷肼预浓缩装置，用于去除呼出气体中的水分，从而排出浓缩的丙酮气体分子，在所述冷肼预浓缩装置的前端设有吹气口；赫里奥特气体池，为密闭腔体，在腔体的两端各自设有带通光孔的高反射率凹面镜，在腔体的侧壁上设有进气口、出气口、压力监测口以及压力控制口，所述进气口与所述冷肼预浓缩装置相连通，在所述进气口和出气口处均设有单向阀，在所述出气口和压力控制口处均设有真空泵，在所述压力监测口处设有气体压力传感器；两个垂直腔面发射激光二极管，均设于所述赫里奥特气体池的左侧，两个垂直腔面发射激光二极管由激光驱动器控制，并产生中心波长分别为1579.57 nm和1669.73 nm的激光，两束激光可同时射入到赫里奥特气体池中；两个光电探测器，均设于所述赫里奥特气体池的右侧，用于分别检测透过赫里奥特气体池后对应激光的光信号强度；信号处理系统，用于根据检测的光信号强度变化计算得到赫里奥特气体池中二氧化碳和丙酮浓度各自随时间变化的情况，并根据二氧化碳浓度信息实时分辨出肺泡气和死腔气，从而分别得到对应肺泡气和死腔气的丙酮气体浓度；控制系统，用于控制对应真空泵将赫里奥特气体池中的气体排出。 2.根据权利要求1所述的呼出气体中内源性丙酮的检测系统，其特征在于，冷肼预浓缩装置内的温度为-30℃，所述吹气口处设有HDPE吹嘴和过滤器。 3.根据权利要求1所述的呼出气体中内源性丙酮的检测系统，其特征在于，所述赫里奥特气体池为直径为4 cm、长度为20 cm的圆柱形不锈钢腔体，在所述垂直腔面发射激光二极管与赫里奥特气体池之间设有楔形窗。 4.根据权利要求1所述的呼出气体中内源性丙酮的检测系统，其特征在于，用于二氧化碳检测的垂直腔面发射激光二极管的输出波长在1578~1583 nm内可调谐，用于丙酮气体检测的垂直腔面发射激光二极管的波长在1667~1673 nm内可调谐，垂直腔面发射激光二极管的工作电流均小于10 mA，功率均不超过10 mw。 5.根据权利要求1所述的呼出气体中内源性丙酮的检测系统，其特征在于，两束激光分别在赫里奥特气体池的两个高反射率凹面镜之间进行连续反射后，光程可达20m。 6.一种呼出气体中内源性丙酮的检测方法，其特征在于，包括以下步骤： a、设置权利要求1~5任一检测系统；启动所述检测系统，通过控制系统将赫里奥特气体池抽至真空-50 kPa，受试者通过吹气口将肺部气体呼入冷肼预浓缩装置中，气体经冷肼预浓缩装置除去水分干扰后进入赫里奥特气体池中； b、通过激光驱动器驱动两个垂直腔面发射激光二极管分别产生并发射锯齿波信号的光束，所锯齿波信号加载有正弦波，两光束穿过赫里奥特池后各自聚焦到对应的光电探测器，光电探测器将所得的信号输送至信号处理系统进行分析处理； c、信号处理系统通过锁相放大器提取二次谐波信号的幅值，并计算得到气体中二氧化碳和丙酮浓度各自随时间变化的波形图，根据二氧化碳的波形图自动判定出肺泡气和死腔气，从而分别得到对应肺泡气和死腔气的丙酮气体浓度； d、控制系统控制对应真空泵，将气体排出，进行下一个周期的测量。 7.根据权利要求6所述的呼出气体中内源性丙酮的检测方法，其特征在于，测量前需测定赫里奥特气体池中充入氮气后所产生的二次谐波的幅值，并计算出氮气的吸收作为背景扣除。 8.根据权利要求6所述的呼出气体中内源性丙酮的检测方法，其特征在于，在测量过程中，需监测赫里奥特气体池内的压力和温度，并保持赫里奥特气体池的压力和温度为预先设定的目标值。
所属类别：	发明专利