CN104977384A - 氢气甲烷呼吸气检测方法 - Google Patents

Abstract

一种氢气甲烷呼吸气检测方法，可通过人体呼出气体的成分及其浓度的测量辅助医生诊断患者所患疾病，监控疾病状态及观察治疗效果等。其特征是：采用陶瓷固体氧化物燃料电池检测器进行分析，利用电磁阀进行进样的仪器系统及检测方法，分析人体呼出气体中的两组分体：氢气和甲烷。整机系统使用非分流进样方式，样品一次性全部进入色谱柱。该仪器采用气相色谱法分析人体呼出气体中两组分气体，无需载气净化装置，对氢气和甲烷具有优异的灵敏度，适合于在辅助医生诊断患者所患疾病,监控疾病状态及观察治疗效果中进行使用。

Description

氢气甲烷呼吸气检测方法

一、技术领域

本发明涉及人体呼吸道呼出气体分析的技术，主要在医生诊断患者所患疾病,监控疾病状态及观察治疗效果中进行使用。

二、背景技术

目前，呼吸气中氢气组分可以用于肠胃疾病的诊断以及早期诊断具有较高致死率的新生儿坏死性小肠炎。呼吸气中甲烷组分可以用于检测肠易激综合症患者的小肠细菌过度生长以及对大肠癌诊断价值的评析。氢与甲烷呼气还可以用于诊断某些复杂的蛋白水解酶缺乏。

不同的应用所采取的测量方法不同，呼气采样的方式也不一样。氢与甲烷呼气可用电化学方法进行测量，但电化学气体传感器的90％响应时间一般都大于10秒，特别是氢的测量，传感器的响应时间都大于40秒。采用所述慢响应传感器进行测量时需要在控制流速的条件下长时间持续呼气以使传感器对呼气样品的响应达到稳态，这对大部分人来说是困难的，限制了该方法的广泛应用。

对氢呼气检测,临床推荐的方法是吸气后先憋气15秒后持续呼气到传感器进行检测，一般要求呼气时间大于10秒，甚至70秒(如中核海德威的呼气氢检测器需要持续呼气70秒)，这是因为呼气氢检测需要测量的目标气体来源于肺泡气，在测量时需要保证来自肺泡气的气体能在传感器达到稳态响应时持续通过(持续呼气)，这在实际应用过程中患者较难把握。

综上所述，如何在简便、迅速、准确、降低重量、降低成本的基础上提出一种重复性、准确性和灵敏度符合中国国家标准和医疗行业标准，适合于医生诊断患者所患疾病、指导治疗、监控疾病状态及观察治疗效果的氢气甲烷呼吸气检测方法就成为医疗科研工作者的一个重要课题。

三、发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于：提供一种基于固体氧化物燃料电池气相色谱检测器的氢气甲烷呼吸气检测方法，检测器类型为固体氧化物燃料电池气体传感器，可以安全、稳定、可靠、快速、准确地完成呼吸气中氢气、甲烷的检测。

本发明的氢气甲烷呼吸气检测方法，采用单检测器检测、电动电磁阀进样方式，在色谱柱上实现H₂，CH₄两个组分混合气的分离。混合气各组分分离后一次进入检测器进行检测，从而得到各组分气体浓度值。整机仪器系统包含精密温度控制模块、进样和切换模块、混合气分离模块、特征气检测模块。

进一步，所述电磁阀作为进样装置，连接色谱柱和取样环，并连接载气气路，在载气的 推动下将取样环中的定量气体送入到固体氧化物燃料电池检测器中进行检测。

进一步，所述精密温度控制模块包括传热铝锭、加热棒、固态继电器、温度传感器、温度控制电路系统，控制电路系统通过控制固态继电器的占空比控制混合气体分离模块的温度，使其维持在一个恒定值。

进一步，所述混合气分离模块包括色谱柱和取样环，色谱柱缠绕在精密温度控制模块的传热铝锭上，并通过传热铝锭的恒温从而实现色谱住的恒温。

进一步，所述特征气检测模块包括热电偶温度传感器、加热石英玻璃管和加热丝、耐热保温棉、固体氧化物燃料电池检测器本体，其入口端与混合气分离模块的出口端连接，在载气的推动下，混合气分离模块的待检测特征气体组分依次进入到特征气体检测模块进行检测。

本发明的氢气甲烷呼吸气检测方法与现有的设备及检测方法相比具有以下优点：

其一，只需要一种载气即可实现氢气甲烷呼吸气的两组分分析。本发明的氢气甲烷呼吸气检测方法只需要高纯氮气一种载气，无需氢气等易燃易爆气体做辅助气，可以安全、稳定、可靠、快速、准确地完成呼吸气中氢气甲烷的检测。大大简化了气源系统，简化了系统结构，降低了成本，确保了分析结果的实时性和准确性。

其二，采用全自动进样技术，提高了系统稳定性和准确性以及快速性。本发明的氢气甲烷呼吸气检测方法利用ARM嵌入式系统设计了智能自动化工作程序，开机后可以自动通气、温控，使仪器达到分析状态，分析周期短，大大提高了仪器的自动化水平，保证了进样的重复性。

其三，采用单检测器技术。利用一个检测器、利用陶瓷固体氧化物燃料电池检测器的高灵敏度特性，实现了呼吸气中气体尤其是氢气的高精度分析。

四、附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明的基线状态流程图；

图3是本发明的进样状态流程图。

五、具体实施方式

如图1所示，本发明的氢气、甲烷呼吸气检测方法，包括箱体1，箱体1内设置自动取样进样机构4、样气分离机构2和色谱检测机构3，自动取样进样机构3包括十通阀5、取样环6，混合气体分离机构主要包括粗分色谱柱7、细分色谱柱8及辅助的管道和保温棉，混合气体检测机构主要包括燃料电池色谱检测器9及辅助的管道。

如图2所示，基线状态时，载气通过十通阀5直接进入到细分色谱柱8，然后通过粗分色谱柱7，另一端连接到燃料电池色谱检测器9的输入端，燃料电池色谱检测器9的输出端 直接放空，此时将样气注入取样环，等待基线平稳后进样。

如图3所示，进样状态时，取样环内充满待测混合气体，之后转动十通阀，取样环接入载气回路，同时细分柱倒接到粗分柱的尾部，H₂、CH₄在经粗分柱初步分离后，再通过细分柱进一步分离，并流入色谱检测器检测。CH₄出峰完毕后，切换十通阀，取样环复位，细分柱位于粗分柱之前，粗分柱内剩余的气体继续流入检测器检测，细分柱的作用主要是将H₂、CH₄两组分进行彻底的分离。

本发明所有的操作均通过ARM嵌入式系统进行控制，避免了人为因素和环境因素的干扰，降低了气体分析的系统误差，提高了气体分析的准确性。

根据以上技术方案的这种氢气甲烷呼吸气检测方法，不仅符合国内医疗行业检测标准，同时对各组分气体，尤其是氢气具有优异的灵敏度，可以安全、稳定、可靠、快速、准确地完成呼吸气中氢气甲烷的检测。大大简化了气源系统，简化了系统结构，降低了成本，确保了分析结果的实时性和准确性，能够进行大规模的推广和应用。

Claims (5)

1.氢气甲烷呼吸气检测方法，其特征在于：采用固体氧化物燃料电池检测器分析，电磁阀自动进样的仪器系统及检测方法，分析人体呼出气体中的两组分体：H₂，CH₄。仪器系统包含进样和切换模块、精密温度控制模块、混合气分离模块、特征气检测模块。

2.根据权利要求1所述的氢气甲烷呼吸气检测方法，其特征在于，所述进样和切换模块包括六通阀作为进样装置，连接两根色谱柱和取样环，并连接到载气气路，在载气的推动下将取样环中的定量气体送入到检测器中进行检测。

3.根据权利要求1所述的氢气甲烷呼吸气检测方法，其特征在于，所述精密温度控制模块包括传热铝锭、加热棒、固态继电器、温度传感器、温度控制电路系统，控制电路系统通过控制固态继电器的占空比控制混合气体分离模块的温度，使其维持在一个恒定值。

4.根据权利要求1所述的氢气甲烷呼吸气检测方法，其特征在于，所述混合气分离模块包括色谱柱和取样环，色谱柱缠绕在精密温度控制模块的传热铝锭上，并通过传热铝锭的恒温从而实现色谱住的恒温。

5.根据权利要求1所述的氢气甲烷呼吸气检测方法，其特征在于，所述特征气检测模块包括热电偶温度传感器、加热石英玻璃管和加热丝、耐热保温棉、固体氧化物燃料电池检测器本体，其入口端与混合气分离模块的出口端连接，在载气的推动下，混合气分离模块的待检测特征气体组分依次进入到特征气体检测模块进行检测。