CN104111228B - 测量气体浓度差的方法及非色散红外光谱仪的进样装置 - Google Patents

Abstract

一种测量气体浓度差的方法及非色散红外光谱仪的进样装置，其中，所述方法包括：S1)设置呼气和底气的进样顺序、进样方式；S2)根据所述进样顺序及进样方式，建立CO样品标准气体和CO底气标准气体的电平差与浓度差拟合的标准曲线；S3)采集受试者的呼气和底气；S4)在呼气进口插入呼气样品，底气进口插入底气；S5)用清洗气清洗测量气室；S6)按照上述设置的进样顺序及进样方式，分别测量呼气和底气中CO的电平数；得到呼气和底气的CO电平差；S7)根据所述底气和呼气的电平差，利用所建立的标准曲线，得到呼气和底气中的CO的浓度差。有效地消除了电平零点漂移难以控制和清洗气中残余CO量不可控对CO浓度测量精度的影响，并克服了待测呼气所需样品量大的问题。

Description

测量气体浓度差的方法及非色散红外光谱仪的进样装置

技术领域

本发明涉及样品量少、浓度较低且对测量精度要求较高的气体分析方法，更具体地说，涉及一种测量气体浓度差的方法及为实现这种方法而提供的非色散红外光谱仪的进样装置。

背景技术

哺乳动物造血系统的一个特殊和重要的作用是生成红细胞，红细胞给动物体的各个组织输送氧气。测定红细胞寿命可用于贫血等多种疾病的鉴别诊断，了解疾病的发病机理及判断预后治疗，因此人体红细胞寿命的测量至关重要。研究证实准确测出呼气一氧化碳浓度与采集呼气前所在的场所的空气中的CO含量之差值，可推算出人体红细胞寿命，测量空气中的CO浓度的常用的方法由非色散红外光谱法、气相色谱法、电化学方法、汞置换法等。其中非色散红外光谱法和电化学方法由于需要气体样品量大，不适合用作为人体呼气的CO浓度测定；气相色谱法需要的样品量少，测量精度也可满足红细胞寿命所需的低浓度CO的测定，但仪器操作、维护复杂，价格昂贵，不适合在临床上推广使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述人体呼气的CO浓度的测定方法操作、维修复杂，仪器昂贵的缺陷，提出一种测量CO浓度差的方法，其采用少量、多次、间歇的进样方式向测量气室内进样，建立了电平差与浓度差的标准曲线，并将呼气与底气紧挨着测量得到其浓度差，同时提供了一种用于非色散红外光谱仪的进样装置，所述进样装置采用气缸，实现了少量、多次、间歇进样。使用该进样装置和上述测量CO浓度差的方法，其测量CO浓度时需要的样品量少、测量精度高，并基本消除了零点漂移的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种测量气体浓度差的方法，包括以下步骤：

S1)设置呼气和底气的进样顺序、进样方式，所述进样方式包括呼气和底气的进样次数、每次的进样量、相邻两次进样的时间间隔；

S2)根据所述进样顺序及进样方式，建立CO样品标准气体和CO底气标准气体的电平差与浓度差拟合的标准曲线；

S3)分别采集受试者的呼气和受试者被采集呼气前所在场所的底气；

S4)在非色散红外光谱仪的呼气进口插入呼气样品，底气进口插入底气；

S5)用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

S6)按照上述设置的进样顺序及进样方式，分别测量呼气和底气中CO的电平数；根据呼气和底气中CO的电平数，得到呼气和底气的CO电平差；

S7)根据所述底气和呼气的电平差，利用所建立的上述标准曲线，得到呼气和底气中的CO的浓度差。

在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述步骤S2)包括以下步骤：

配制不同浓度的CO样品标准气体，以及一个作为参考的CO底气标准气体；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样顺序和进样方式，分别测量样品标准气体和底气标准气体的电平数；

根据上述样品标准气体和底气标准气体中的电平数，得到样品标准气体和底气标准气体的电平差；

根据样品标准气体与底气标准气体的电平差对应样品标准气体与底气标准气体的浓度差拟合得到标准曲线，所述标准曲线的表达式为：

X_呼气-X_本底＝A(D_呼气-D_本底)+B

其中，A和B均为拟合的常数，X_呼气为呼气中CO的浓度，X_本底为底气中CO的浓度，D_呼气为呼气中CO的电平数，D_本底为底气中CO的电平数。

在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述按照上述进样方式及进样顺序，分别测量样品标准气体和底气标准气体的电平数；根据上述样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到样品标准气体和底气标准气体的电平差，包括以下步骤：

按照上述进样方式及进样顺序，所述进样顺序为先进底气标准气体再进样气标准气体，即将作为参考的底气标准气体注入测量气室，得到并存储底气标准气体最后一次进样后的电平数；

按照上述进样方式，将其中一个样品标准气体注入测量气室，得到并存储所述样品标准气体最后一次进样后的电平数；

根据上述其中一个样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到上述样品标准气体与底气标准气体的电平差；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样方式，将作为参考的底气标准气体注入测量气室，得到并存储底气标准气体最后一次进样后的电平数；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样方式，将另一个样品标准气体注入测量气室，得到并存储所述样品标准气体最后一次进样后的电平数；

根据上述另一个样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到上述样品标准气体与底气标准气体的电平差。

在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述步骤S6）包括以下步骤：

按照上述进样方式，将底气注入到测量气室，得到并存储底气最后一次进样后CO的电平数；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样方式，将呼气注入到测量气室，得到并存储呼气最后一次进样后CO的电平数；

根据上述底气和呼气的电平数，得到底气和呼气的电平差。

在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述清洗气为经过CO催化剂和干燥剂处理后的空气。

在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，述每个呼气和底气的进样次数为2次～9次。

在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述每次的进样量为40毫升～400毫升。

在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述相邻两次进样的时间间隔为12秒～48秒，以使每次进入的气体与测量气室中原有的气体充分混合。

一种用于非色散红外光谱仪的进样装置，包括进气口、气泵、总电磁阀、测量气室和排气口，所述进气口与所述气泵连接，所述气泵经过所述总电磁阀与所述测量气室连接，所述排气口设置在所述测量气室上，所述进样装置还包括气体控制单元、气管和气缸，所述气体控制单元包括气路切换缓冲区、呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀，所述气路切换缓冲区连接在所述气管和所述总电磁阀之间，所述呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀均接入所述气路切换缓冲区，所述呼气电磁阀和底气电磁阀分别用于向所述气路切换缓冲区输送呼气和底气，所述气泵电磁阀与所述气泵相连用于向所述气路切换缓冲区输送清洗气，所述气缸与所述气管连接，用于将待测气体打入所述测量气室内。

在本发明所述的用于非色散红外光谱仪的进样装置中，所述气体控制单元还包括用于替换呼气电磁阀、底气电磁阀或气泵电磁阀的备用电磁阀。

在本发明所述的用于非色散红外光谱仪的进样装置中，还包括与所述气缸的活塞连接的驱动单元，所述驱动单元包括机座、固定在所述机座上的旋动螺丝杆和步进电机、以及设置在所述旋动螺丝杆上并与所述气缸相连的滑块，所述步进电机驱动旋动螺丝杆旋转从而带动所述活塞运动，并通过所述气管将待测气体打入所述测量气室内。

实施本发明的测量气体浓度差的方法及为实现这种方法而提供的非色散红外光谱仪的进样装置，具有以下有益效果：通过气缸实现了“少量、多次、间歇”的进样，并采用将呼气与底气紧挨着测量的方法，建立了电平差与浓度差拟合的标准曲线，用于测量未知样品的浓度差。有效地消除了电平零点漂移难以控制和清洗气中残余CO量不可控对CO浓度测量精度的影响，并克服了要将测量气室内气体完全置换成待测样品所需样品量大的问题，达到了测量精度高、所需样品量少的有益效果，且该非色散红外光谱维修简单、成本较低、适用于在临床上推广使用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明较佳实施例提供的测量CO浓度差的“电平差-浓度差”拟合的标准曲线；

图2是本发明较佳实施例提供的非色散红外光谱仪进样装置的结构图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

基于现有技术中测量CO浓度时，要将测量气室内气体完全置换成待测样品所需要气体样品量大，以及电平零点漂移难以控制，清洗气中残余CO量不可控对待测CO浓度测量精度的影响问题；本发明采取对样品少量、多次、间歇的进样方式，以及测量时间紧挨着的呼气和底气测量基础上的“电平差-浓度差”拟合法，建立电平差与浓度差拟合的标准曲线，用来测量两个未知样品的浓度差的方法。

本发明采用“少量、间歇、多次”的进样方式，对呼气与底气之间的浓度差的方法进行了改进，具体原理如下：

将每个待测样品分成少量、多次、间歇进样，（1）通过控制气缸活塞运动速度、进气量，保证每次进气时从排气口排出的其是原来测量气室内的气体，即新进的气没有被排出，每次的进样量控制在40～400ml；（2）通过控制相邻两次进样的时间间隔（两次注入的时间间隔），保证新进的气与留在测量气室中的原有气体充分混合均匀，相邻两次的进样间隔时间为12～48s；（3）通过控制每个待测样品的进样次数，保证新进的CO浓度对多次进样完成后的测量气室中的CO浓度有足够的影响力，即每次的进气量不能太少，以免新进的气对电平的影响太小，检测不出来变化，每个待测样品分成2次～9次进样；并总体达到出气量比连续通气少的目的，其中待测样品包括呼气和底气。

本实施例中，设待测气体浓度为X，清洗气浓度为Y，以每个待测样品分5次进样、每次300ml、相邻两次进气间隔时间为19s，红外光谱仪测量气室总体积为700ml为例，则每次进样并达到平衡后，测量气室内待测CO浓度分别为：

第一次进气并平衡后测量气室内待测CO浓度

第二次进气并平衡后测量气室内待测CO浓度

第三次进气并平衡后测量气室内待测CO浓度

第四次进气并平衡后测量气室内待测CO浓度

第五次进气并平衡后测量气室内待测CO浓度

由公式1-5可以看出，当清洗气浓度Y为常数时，5次进气后测量气室中的待测气体浓度P₅与打入的待测气体浓度X的关系为一次线性关系。用这种方式，5次进样所需气体体积只有1500ml，若减少进样次数，所需待测气体体积量会更少，从而克服了连续进样时要将测量气室内气体完全置换成待测气体样品所需气体样品量大的问题。

本发明的目的是测出呼气中CO浓度与受试者被采集呼气前所在场所的底气中的CO浓度值之差。一般情况下，信号电平D与测量气室中CO浓度P的关系遵循：

D＝K₀P+D₀(6)

其中K为斜率，是常数，D₀为零浓度时电平（简称“零点电平”）。将公式（5）中的测量气室中CO浓度的表达式带入公式（6），得到：

$D=K_0{P}_5+D_0=K_0(\frac{13682X}{16807}+\frac{3125Y}{16807})+D_0=K_0^{\text{'}}X+D_0^{\text{'}}---\left(7\right)$

其中 $K_0^{\text{'}}=K\frac{13682}{16807},$ $D_0^{\text{'}}=D_0+K_0\frac{3125Y}{16807}$

一般的标准曲线的建立是通过用系列标准气体注入测量气室内，测出和在测量未知浓度的样品时，只要测量出待测样品的信号电平，就可推算出待测气体浓度X₀，但是，电子学上要实现零点电平D₀每次开机都相同或开机后较长时间不漂移是困难的，同时清洗气是空气，虽然清洗气在清洗测量气室前，用CO催化剂尽量将空气中的CO转化成CO₂，但清洗气中还是有少量的CO未被完全清除，且清洗气中所含的CO的量是不知道的，因此，无法准确地测量待测CO气体的浓度。

为了克服D₀不稳定，且清洗气中的CO的量不知道的问题，本发明将采取待测呼气与底气紧挨着测量的方法。虽然清洗气中的CO浓度不可具体知道，且待测呼气与底气浓度所对应的信号电平都受Y的影响，但只要待测呼气与底气是紧挨着进行测量的，则两次测量所对应的清洗气浓度Y可以认为是相同的，且在紧挨着的两次测量中D₀几乎不变，固在待测呼气与底气测量是紧挨着进行时，该两次的清洗气浓度如果相同，Y对待测呼气和底气的信号电平的影响量则相同，在待测呼气电平与底气电平求差的过程中，Y的影响量刚好消除，而零浓度时的电平的漂移对电平差值（待测呼气与底气的电平差值）基本消除（因D₀变化较小）。即

在同一测量时间段只要保证Y不变（即清洗气浓度不变）、零点电平漂移可忽略（因两次测量时间挨得很近），则(D_呼气-D_本底)与X_呼气-X_本底是线性关系，且通过原点。也就是说，针对我们测量呼气减去底气的测量，理论上与清洗气的浓度Y是无关的，甚至清洗气空气可以不经过催化作用直接使用。

进一步将公式（8）改写为：

X_呼气-X_本底＝A(D_呼气-D_本底)+B

使用该“电平差-浓度差”的拟合方法，测量呼气中CO浓度检测下限为0.05ppm，而人体正常红细胞寿命对应的CO浓度约为1.2ppm，因此，满足了红细胞寿命测定的精度要求。

试验验证

标准曲线的建立

首先设置呼气和底气的进样顺序及进样方式，本实施例中，每个待测标准气体分5次进样，每次的进样量为300ml，相邻两次进样的时间间隔为19s，进样方式为先测量底气标准气体，再测量样品标准气体，然后再测量底气标准气体，再测量样品标准气体，如此反复进样。

配制不同浓度的CO样品标准气体，以及一个作为参考的底气标准气体。本实施例中，配制浓度分别为1ppm、2ppm、3ppm、5ppm的CO样品标准气体；以及一个浓度为0ppm的气袋作为参考的底气标准气体。

将浓度为1ppm、2ppm、3ppm、5ppm的CO样品标准气袋分别插入非色散红外光谱仪的呼气进口，浓度为0ppm作为参考的底气标准气体插入底气进口。

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气，一般启动气泵对测量气室进行200s的清洗即可。将上述配制好的待测样品标准气体和底气标准气体按照预先设置的进样次数、每次的进样量及相邻两次进样的时间间隔的进样方式进样。本实施方式中，每个待测标准气体分5次进样，每次的进样量为300ml，测量气室总体积为700ml，每次进样后，进入的样品量与测量气室中的原有气体充分混合均匀，则当第五次进样并平衡后测量气室内CO浓度的表达式为：

$p_5=\frac{13682X}{16807}+\frac{3125Y}{16807},$

本实施例中，先对作为参考的浓度为0ppm的底气标准气体进行测量，该作为参考的0ppm的底气标准气体分五次进样，每次进样后，间歇19s再进行下一次进样，以使打入的气体与测量气室中原有的气体完全混合，则当第五次进样并使测量气室内气体充分混合后，测出该底气标准气体第五次进样后的信号电平，并模数变换为数字电平，最终将该0ppm的底气标准气体的电平数存储起来。

然后再启动气泵对测量气室清洗200s，使测量气室内完全充满清洗气，将浓度为1ppm的样品标准气体也分五次进样，当第五次进样并使测量气室内气体平衡后，就可测出该1ppm的样品标准气体的电平数。最后根据上述1ppm的样品标准气体和0ppm的底气标准气体的电平数计算出该1ppm的样品标准气体与0ppm的作为参考的底气标准气体的电平差，本实施例中，该电平差为31，并将该数据存储在计算机上。

接着再对测量气室清洗，然后测量0ppm的底气标准气体的信号电平，再对测量气室清洗，测量2ppm的样品标准气体的信号电平，并计算出该2ppm的样品标准气体与0ppm的作为参考的底气标准气体的电平差；即每个待测样品测量完成后，都需要对测量气室重新进行清洗，才能测量下一个待测样品。且在测量每个样品标准气体与底气标准气体的电平差时，底气标准气体都要重新测量一遍，以便消除零点漂移和清洗气的影响。如此反复，得到各样品标准气体与参考的底气标准气体的电平差，具体数值如下：

1ppm标准气体的电平减去作为参考的0ppm底气标准气体的电平数的差值为31；

2ppm标准气体的电平减去作为参考的0ppm底气标准气体的电平数的差值为61；

3ppm标准气体的电平减去作为参考的0ppm底气标准气体的电平数的差值为94；

5ppm标准气体的电平减去作为参考的0ppm底气标准气体的电平数的差值为153；

如图1所示，根据上述各样品标准气体与底气标准气体的电平差与其之间的浓度差拟合得到的标准曲线为：

X_呼气-X_本底＝0.038(D_呼气-D_本底)-0.298（8）

其中A为0.038，B为-0.298，A、B是该标准曲线的拟合常数，X_呼气为呼气中CO的浓度，X_本底为底气中CO的浓度，D_呼气为呼气中CO的电平数，D_本底为底气中CO的电平数。该拟合标准曲线的线性关系较好，并进一步对标准曲线（8）的准确度进行了验证。

在呼气进口插入浓度为5ppm的CO标准气体，底气进口插入0ppm的参考标准气体。采用上述方法对其电平差进行测量，最后得出，两者的电平差为140，根据标准曲线（8）得出其浓度差为5.022ppm，与真实的浓度差5ppm相比，差别不大，因此，采用“电平差-浓度差”拟合法，测量CO浓度差很精确。

上述标准曲线（8）是按照先测量底气，再测量呼气的顺序建立的，在其它实施方式中，也可以将其测量顺序反过来，即先测量呼气，再测量底气，然后建立底气与呼气样品的浓度差标准曲线。但是，当用此标准曲线（8）测量未知样品时，其呼气与底气的先后进样顺序应与建立标准曲线（8）时的顺序一致。

下面以用该方法测量呼气与底气中的CO的浓度差为例，对该方法的应用进行介绍。

首先，分别收集受试者的呼气和受试者被采集呼气前所在场所的底气；该所在场所的底气，要求受试者要在该场所呆够6小时以上，否则测量结果会不精确。

在非色散红外光谱仪的呼气进口插入呼气样品，底气进口插入底气；

打开上述已建立的标准曲线的方法，进入测量主界面；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气，一般启动气泵对测量气室进行200s的清洗即可。先对插入底气进口的底气进行测量，即将底气分5次进样，每次的进样量为300ml，测出该底气第五次进样并平衡后的CO的电平数并存储；然后再对测量气室进行清洗，对插入呼气进口的呼气进行测量，也是分5次进样，每次的进样量为300ml，第五次进样并在测量气室内达到平衡时，测出呼气的电平数，最后计算出呼气与底气的电平差，并得到与此电平差相对应的CO的浓度差。

测出受试者的呼气与底气中的CO的浓度差后，就可根据该CO浓度差利用红细胞寿命测试仪测量该受试者的体内的红细胞的寿命，为病人下一步的治疗做准备。

上述实施例是测量呼气和底气的CO浓度差，可以理解，也可以用这种“电平差-浓度差”拟合的方法，测量其它样品量少、浓度较低、测量精度要求高的气体，比如H₂、CO₂等。

为了实现“少量、间歇、多次”进样的目的，本发明对非色散红外光谱仪的进样装置进行了改进，具体的是采用气缸进样方式，通过气缸活塞的运动将气袋中的气体抽入气缸，然后再打入测量气室。

如图2所示，本发明的非色散红外光谱仪的进样装置，主要由进气口1、气泵2、测量气室3、排气口4、总电磁阀5、气管9、气缸10、气体控制单元6和驱动单元（未标出）组成。其中，进气口1与气泵2连接，气泵2经过总电磁阀5后与测量气室3连接，排气口4设置在测量气室3上，气管9的一端与气体控制单元6连接，另一端与气缸10连接，气缸10上还连接有驱动单元，驱动单元用于驱动气缸10的往复运动。气缸10的缸体内设有活塞110，并通过活塞110的运动将待测气体打入测量气室3内。

气体控制单元6包括气路切换缓冲区64、呼气电磁阀61、底气电磁阀62、气泵电磁阀63。气路切换缓冲区64连接在气管9和总电磁阀5之间，且呼气电磁阀61、底气电磁阀62和气泵电磁阀63均接入气路切换缓冲区64内，气路切换缓冲区64用于与总电磁阀5连通，并将待测气体打入测量气室3内。呼气电磁阀61上设有呼气进口610，并与呼气袋连接，用于向气路切换缓冲区64输送呼气；底气电磁阀62上设有底气进口620，并与底气气袋连接，用于向气路切换缓冲区64输送底气；气泵电磁阀63与气泵2连接，用于向气路切换缓冲区64输送清洗气。在其它实施方式中，气体控制单元6还可以包括备用电磁阀65，当呼气电磁阀61、底气电磁阀62或气泵电磁阀63中的任意一个损坏时，可以替换使用，或者为以后扩展功能使用。

驱动单元与气缸10连接，用于为气缸10的运动提供动力。驱动单元包括机座13、旋动螺丝杆12、步进电机11和滑块15。

机座13为两个，形状规格完全相同。旋动螺丝杆12的两端分别固定连接在两个机座13，步进电机11设置在其中一个机座13上，滑块15设置在旋动螺旋杆12上，滑块15与气缸的活塞相连。具体在本实施方式中，步进电机11驱动旋动螺丝杆12旋转，从而带动滑块15运动，由于滑块15与气缸10连接，故滑块15又会驱动气缸10运动，从而将待测气体打到测量气室3内。

本进样装置的工作过程为：

（1）清洗测量气室

在呼气电磁阀61的呼气进口610插入呼气，底气电磁阀62的底气进口620插入底气，仪器测量程序启动后，呼气电磁阀61和底气电磁阀62关闭，气泵电磁阀63和总电磁阀5打开，气泵2开始工作，清洗气（空气）从进气口1进入，并通过干燥剂和CO催化剂处理后进入测量气室3，后经排气口4排出，冲洗约200s后清洗干净。

（2）底气测量

测量气室3清洗完毕，呼气电磁阀61、气泵电磁阀63和总电磁阀5关闭，底气电磁阀62打开，步进电机11驱动旋动螺丝杆12旋转，气缸活塞110在滑块15的带动下由最左端运动到最右端，抽取一定量（如300ml）的底气后电磁阀切换。呼气电磁阀61、底气电磁阀62和气泵电磁阀63关闭，总电磁阀5打开，由气缸10向测量气室3内打入底气（气缸活塞在滑块15的带动下由最右端运动到最左端），气缸10如此连续进行五次抽打气过程，合计1500ml底气进入测量气室3，对底气进行测量。

（3）呼气测量

底气测量完毕重复步骤（1）对测量气室3进行清洗，清洗200s后电磁阀切换。底气电磁阀62、气泵电磁阀63和总电磁阀5关闭，呼气电磁阀61打开，步进电机11驱动旋动螺丝杆12旋转，气缸活塞在滑块15的带动下由最左端运动到最右端，抽取一定量（如300ml）的呼气后电磁阀切换。呼气电磁阀61、底气电磁阀62和气泵电磁阀63关闭，总电磁阀5打开，由气缸10向测量气室3内打入呼气（气缸活塞在滑块15的带动下由最右端运动到最左端），呼气进入测量气室3后启动CO₂测量。CO₂测量完毕，气缸10开始继续抽送呼气。本实施例，以呼气分五次进样，每次进样300ml为例，则再给测量气室3内打入四次呼气，合计1500ml呼气进入气室，紧接着对呼气进行测量。先对CO₂测量的目的是：判断呼气是否是从肺中呼出的，如果是从肺中呼出的，则其CO₂浓度在4.5-5.0%之间，否则，应重新采集呼气。

本发明的测量气体浓度差的方法及为实现这种方法而提供的非色散红外光谱仪的进样装置，通过气缸实现了“少量、多次、间歇”的进样方式，并采用将呼气与底气紧挨着测量的方法，建立了电平差与浓度差的标准曲线，用于测量未知样品的浓度差。有效地消除了电平零点漂移难以控制和清洗气中残余CO量不可控对CO浓度测量精度的影响，并克服了要将测量气室内气体完全置换成待测呼气所需样品量大的问题，达到了测量精度高、所需样品量少的有益效果。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.一种测量气体浓度差的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)设置呼气和底气的进样顺序、进样方式，所述进样方式包括呼气和底气的进样次数、每次的进样量、相邻两次进样的时间间隔；

S2)根据所述进样顺序及进样方式，建立CO呼气样品标准气体和CO底气标准气体的电平差与浓度差拟合的标准曲线；

S3)分别采集受试者的呼气和受试者被采集呼气前所在场所的底气；

S4)在非色散红外光谱仪的进样装置的呼气进口插入呼气样品，底气进口插入底气样品；

S5)用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

S6)按照上述设置的进样顺序及进样方式，分别测量呼气和底气中CO的电平数；根据呼气和底气中CO的电平数，得到呼气和底气的CO电平差；

S7)根据所述底气和呼气中CO的电平差，利用所建立的上述标准曲线，得到呼气和底气中的CO的浓度差，

所述进样装置，包括进气口、气泵、总电磁阀、测量气室和排气口，所述进气口与所述气泵连接，所述气泵经过所述总电磁阀与所述测量气室连接，所述排气口设置在所述测量气室上，其特征在于，所述进样装置还包括气体控制单元、气管和气缸，所述气体控制单元包括气路切换缓冲区、呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀，所述气路切换缓冲区连接在所述气管和所述总电磁阀之间，所述呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀均接入所述气路切换缓冲区，所述呼气电磁阀和底气电磁阀分别用于向所述气路切换缓冲区输送呼气和底气，所述气泵电磁阀与所述气泵相连用于向所述气路切换缓冲区输送清洗气，所述气缸与所述气管连接，用于将待测气体打入所述测量气室内。

2.根据权利要求1所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述步骤S2)包括以下步骤：

配制不同浓度的CO呼气样品标准气体，以及一个作为参考的CO底气标准气体；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样顺序和进样方式，分别测量呼气样品标准气体和底气标准气体的电平数；

根据上述呼气样品标准气体和底气标准气体中的电平数，得到呼气样品标准气体和底气标准气体的电平差；

根据呼气样品标准气体与底气标准气体的电平差对应呼气样品标准气体与底气标准气体的浓度差拟合得到标准曲线，所述标准曲线的表达式为：

X_呼气-X_本底＝A(D_呼气-D_本底)+B

其中，A和B均为拟合的常数，X_呼气为呼气中CO的浓度，X_本底为底气中CO的浓度，D_呼气为呼气中CO的电平数，D_本底为底气中CO的电平数。

3.根据权利要求2所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述按照上述进样方式及进样顺序，分别测量呼气样品标准气体和底气标准气体的电平数；根据上述呼气样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到呼气样品标准气体和底气标准气体的电平差，包括以下步骤：

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样方式及进样顺序，所述进样顺序为先进底气标准气体再进呼气样品标准气体，即将作为参考的底气标准气体注入测量气室，得到并存储底气标准气体最后一次进样后的电平数；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样方式，将其中一个呼气样品标准气体注入测量气室，得到并存储所述呼气样品标准气体最后一次进样后的电平数；

根据上述其中一个呼气样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到上述呼气样品标准气体与底气标准气体的电平差；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样方式，将作为参考的底气标准气体注入测量气室，得到并存储底气标准气体最后一次进样后的电平数；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样方式，将另一个呼气样品标准气体注入测量气室，得到并存储所述呼气样品标准气体最后一次进样后的电平数；

根据上述另一个呼气样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到上述呼气样品标准气体与底气标准气体的电平差。

4.根据权利要求3所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述步骤S6)包括以下步骤：

按照上述进样方式，将底气注入到测量气室，得到并存储底气最后一次进样后CO的电平数；

用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；

按照上述进样方式，将呼气注入到测量气室，得到并存储呼气最后一次进样后CO的电平数；

根据上述底气和呼气的电平数，得到底气和呼气的电平差。

5.根据权利要求4所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述清洗气为经过CO催化剂和干燥剂处理后的空气。

6.根据权利要求4所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述呼气和底气的进样次数为2次～9次。

7.根据权利要求6所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述每次的进样量为40毫升～400毫升。

8.根据权利要求6所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述相邻两次进样的时间间隔为12秒～48秒，以使每次进入的气体与测量气室中原有的气体充分混合。

9.一种用于非色散红外光谱仪的进样装置，包括进气口、气泵、总电磁阀、测量气室和排气口，所述进气口与所述气泵连接，所述气泵经过所述总电磁阀与所述测量气室连接，所述排气口设置在所述测量气室上，其特征在于，所述进样装置还包括气体控制单元、气管和气缸，所述气体控制单元包括气路切换缓冲区、呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀，所述气路切换缓冲区连接在所述气管和所述总电磁阀之间，所述呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀均接入所述气路切换缓冲区，所述呼气电磁阀和底气电磁阀分别用于向所述气路切换缓冲区输送呼气和底气，所述气泵电磁阀与所述气泵相连用于向所述气路切换缓冲区输送清洗气，所述气缸与所述气管连接，用于将待测气体打入所述测量气室内。

10.根据权利要求9所述的非色散红外光谱仪的进样装置，其特征在于，所述气体控制单元还包括用于替换呼气电磁阀、底气电磁阀或气泵电磁阀的备用电磁阀。

11.根据权利要求10所述的非色散红外光谱仪的进样装置，其特征在于，还包括与所述气缸的活塞连接的驱动单元，所述驱动单元包括机座、固定在所述机座上的旋动螺丝杆和步进电机、以及设置在所述旋动螺丝杆上并与所述气缸相连的滑块，所述步进电机驱动旋动螺丝杆旋转从而带动所述活塞运动，并通过所述气管将待测气体打入所述测量气室内。