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原文传递一种高灵敏在线检测呼出气中HCN的装置和应用

专利名称：	一种高灵敏在线检测呼出气中HCN的装置和应用
摘要：	本发明提供了一种高灵敏在线检测呼出气中HCN的装置和应用，所用高灵敏在线分析系统包括呼出气进样装置、呼出气除湿装置、供气装置和HCN高灵敏检测装置。所述高灵敏在线分析的应用是利用上述高灵敏在线分析系统，将一定流速的人体呼出气经过除湿装置的除湿处理后直接进入HCN高灵敏检测装置进行分析。改变人体呼出气的流速和抽气泵的抽速可以获得不同浓度的HCN气体，进而得到不同强度的HCN特征离子信号响应。人体呼出气直接进入HCN高灵敏检测装置而不需要离线预富集、化学衍生等前处理步骤，操作简单，分析快速准确，检测灵敏度高，可检出sub‑ppbv量级的HCN。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	辽宁;21
申请人：	中国科学院大连化学物理研究所
发明人：	谢园园;李海洋;李庆运;花磊
专利状态：	有效
申请日期：	2017-12-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201711306047.0
公开号：	CN109900776A
代理机构：	沈阳科苑专利商标代理有限公司
代理人：	马驰
分类号：	G01N27/64(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	116023 辽宁省大连市中山路457号
主权项：	1.一种高灵敏在线检测呼出气中HCN的装置，其特征在于：包括呼出气流速控制装置(3)、呼出气除湿装置(6)、供气装置和以真空紫外灯(19)为电离源的HCN高灵敏检测装置(21)；所述呼出气流速测量装置(3)入口端与呼出气吹嘴(2)密封连接，出口端与三通阀(4)的一端口密封连接，三通阀(4)另两端口分别与呼出气除湿装置(6)入口密封连接和经尾气管与大气相连，人体呼出气(1)经过呼出气流速测量装置(3)后，一部分经过三通阀(4)被抽入呼出气除湿装置(6)，其余作为尾气(5)排出；所述供气装置包括第一、第二、第三载气气源(9)、(12)和(15)；第三载气气源(15)经第三质量流量计(16)作为反吹气直接通入靠近离子出口处的电离区(20)内；尾气排放管(22)的入口置于靠近真空紫外灯(19)处的电离区(20)一侧，尾气排放管(22)出口经第四质量流量计(17)和抽气泵(18)入口相连；由呼出气除湿装置(6)的流出气经呼出气进样管(11)通入HCN高灵敏检测装置(21)的反吹气出口和尾气排放管(22)的入口之间的电离区(20)内；第二载气气源(12)中的载气经第二质量流量计(13)和丙酮掺杂剂的样品瓶(14)通入呼出气进样管(11)出口和尾气排放管(22)的入口之间的电离区(20)内。 2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述呼出气流速测量装置(3)为两端开口的中空管，中空管侧壁设有两处压力感应点，于压力感应点处设有压力传感器，可以对流过的气体流速进行压力感应，将对应的压力值计算处理后得到流经呼出气流速测量装置(3)的气体流速值，中空管前端入口处与呼出气吹嘴(2)密封连接，后端出口处与三通阀(4)的一端密封连接。 3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：根据丙酮掺杂气的流速、反吹气的流速及需要的呼出气进样流速设定抽气泵(18)的流速，进入电离区(20)的气体一部分进入下级传输系统，其余通过抽气泵(18)排出。 4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述呼出气吹嘴(2)为两端开口的中空管，呼出气吹嘴(2)的一端为锥形管，用于和人体嘴部周围皮肤紧贴相触，便于人体呼出气(1)的收集并防止其外泄和外界气体的渗入污染，呼出气吹嘴(2)的另一端为圆柱形管，可与呼出气流速测量装置(3)密封连接；所述呼出气除湿装置(6)为双层套管结构，包括内径较大的外管(7)和内径较小具有除湿功能的内管(8)，外管(7)的两开口端与内管(8)的外壁面密封相连，外管(7)的侧壁上设有两个开口，其中一个开口通过气体管路和第一质量流量计(10)与干燥的第一载气气源(9)密封连接，另一个开口作为气体出口经尾气管与大气相通，内管(8)为管状水分子化学转化选择性透过膜，用于除湿的内管(8)气体入口与三通阀(4)密封连接，内管(8)的气体出口与呼出气进样管(11)密封连接。 5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述呼出气除湿装置(6)除湿时，人体呼出气(1)以一定流速流经内管(8)，其中的水分通过内管(8)渗透进入内管(8)与外管(7)之间的空间，同时干燥的第一载气气源(9)以一定流速流经内管(8)与外管(7)之间的空间将其中的水分迅速带出，便于呼出气中水分的快速充分渗出，外管(7)可为不锈钢或其他有机聚合物材料。 6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：载气气源为装有氧气的钢瓶或净化后的干燥空气，载气管路上均设有质量流量计，载气流量可控。 7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述HCN高灵敏检测装置(21)为直接气体进样的分析装置，主要为丙酮掺杂剂辅助的基于真空紫外灯(19)的气体进样的负离子模式在线质谱仪，通过呼出气进样管(11)与呼出气除湿装置(6)相连，对除湿后的呼出气中的HCN直接采样分析。 8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述丙酮掺杂剂蒸汽通过一定流量的载气带入HCN高灵敏检测装置(21)的电离区(20)，丙酮掺杂剂的浓度高低可通过调节载气流速和丙酮单位时间的挥发量进行调节；所述载气气源(15)通过质量流量计(16)调节，可获得一定流量的反吹气，通过载气导管进入电离区(20)，用于进一步稀释样品气的湿度，避免水汽对电离的干扰。 9.一种权利要求1-8任一所述装置在高灵敏在线检测呼出气中HCN分析过程的应用，其特征在于：采用权利要求1-8中任一所述装置进行操作，包括如下步骤： A.设定掺杂剂丙酮气和反吹气的进样流速，设定抽气泵的抽速，从而确定除湿后的呼出气的进样流速，设定与呼出气除湿装置(6)相连的干燥的第一载气气源(9)流速，之后打开上述所有质量流量计； B.设定呼出气流速测量装置(3)的流速值，吹入的人体呼出气(1)经呼出气流速测量装置(3)测量后进入呼出气除湿装置(6)除湿，最后经过呼出气进样管(11)直接进入HCN高灵敏检测装置(21)的电离区(20)，同时利用HCN高灵敏检测装置(21)对呼出气中的HCN在线采样分析，获得HCN的特征谱图。 10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于： HCN高灵敏检测装置(21)为气体进样的负离子模式在线质谱仪，采用真空紫外灯(19)发射的光子对丙酮分子进行电离，获得高产率的电子，电子被载气中的氧气分子捕获后得到氧气负离子，氧气负离子可对电子亲和能强的HCN进行高效电离，从而获得其特征谱图。
所属类别：	发明专利