CN105758958A - 一种呼吸气中氢气甲烷组分快速检测仪 - Google Patents

Abstract

一种呼吸气中氢气甲烷组分快速检测仪，可检测人体呼出气中氢气和甲烷的组分浓度，以上述特征气体作为参考量，辅助临床医生诊断患者所患的内科及肠道疾病。其特征是：采用氧化锡半导体检测器进行分析，采用微色谱柱分离、自动进样、单检测器分析的微型仪器系统，检测人体呼出气体中的两组分体：氢气和甲烷。整机系统使用程控非分流进样方式，样品一次性全部进入色谱柱。该仪器采用微型快速气相色谱法分析人体呼出气体中两组分气体，采用空气作为载气，成本低廉，对氢气和甲烷具有优异的灵敏度，不仅可以辅助医生对患者所患疾病进行诊断，而且可以用于对疾病状态进行监控及对治疗效果进行观察，适合于在医院进行大规模普及应用。

Description

一种呼吸气中氢气甲烷组分快速检测仪

一、技术领域

本发明涉及一种微量混合气体检测设备和检测技术类，特别是一种用于人体呼吸气中氢气甲烷组分的检测方法。

二、背景技术

目前，呼吸气中氢气组分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及甲烷组分用于检测肠易激综合症患者的小肠细菌过度生长获得了国内外的广泛关注。氢与甲烷呼吸气还可以用于诊断某些复杂的蛋白水解酶缺乏。现阶段一般采用的实验室色谱分析，采用专用气相色谱仪利用手动注射器取样、双柱并连、分流进样、双检测器同时检测的检测系统。检测器通常采用热导检测器+氢火焰离子化检测器。

以上仪器系统能够应用于实验室检测，然而，如果将上述手动取样、双柱并连、分流进样，双检测器同时检测的分析技术应用于快速分析，则存在诸多问题。由于上述分析系统采用两个检测器(1个热导+1个氢离子火焰检测器)同步分析的技术，其中氢离子检测器需要氢气点火，氢气本身属于危险气体，不能随便带到医院住院部等重要场所。另外，虽然热导检测器对氢气组分有较好的检测灵敏度，但对其甲烷气体组分的灵敏度很差，不满足现场快速检测的要求。

为了解决上述问题，如何在简化系统结构、降低硬件成本的基础上提出一种便携度好，重复性、准确性和灵敏度符合国家标准，且满足现场快速检测要求，适合于医疗行业大规模推广的检测方法就成为仪器科研工作者的一个课题。

三、发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是克服上述双检测器分析系统的气源多、硬件结构复杂、自动化程度不高、体积庞大、质量重等缺点，提供一种单一载气(高纯空气)、自动进样、单检测器分析的人体呼吸气中氢气甲烷组分分析法，即一种硬件结构简单，自动化程度高，体积小、重量轻，重复性、准确性和灵敏度满足要求，有利于医疗行业进行规模推广的分析检测方法。

这种用于人体呼吸气中氢气甲烷组分的检测方法，包括便携式手提箱，手提机箱内设置自动进样机构、气体分离机构、气体检测机构，自动进样机构、气体分离机构、气体检测机构之间通过3mm不锈钢管连接，气体分离机构将自动进样机构送入的人体的呼吸混合气中含有的氢气、甲烷分离，并依次进入气体检测机构，气体检测机构将各气体浓度信号转变为电压信号。

进一步，所述自动取样进样机构能同时实现自动取样和切换，分析过程为：基线状态时，定量环一端通过一个电磁阀连接待测量的样品气，另一端连接微型真空泵和电磁阀，载气经色谱柱直接到达检测器，进样状态时，先对取样定量环抽真空，待真空度达到10Kpa时，关闭真空泵端电磁阀，打开样品气端电磁阀，然后转动六通阀，定量取样环接入载气回路，并接入色谱柱的前端。氢气、甲烷在经色谱柱分离后流入检测器检测。

进一步，所述检测器系统采用氧化锡半导体气敏检测器，单检测器能人体呼吸气中氢气、甲烷六组分的检测。

进一步，所述自动取样进样机构包含六通阀、电磁阀，真空泵、定量管，前端设有样气隔断电磁阀，后端设有微型真空泵和抽真空电磁阀，从而实现真空压力差法进样。

进一步，所述混合气分离机构采用外径3mm的不锈钢填充柱，填料组分为60-80目的5A分子筛，长度3米。

根据以上技术方案的这种用于人体呼吸气中甲烷与氢气组分的检测方法，跟目前现有的方法相比，有以下的优点：

首先，采用半导体色谱检测器，由背景技术的叙述所知，目前国内现有分析系统普遍采用“1个热导+两个氢离子火焰检测器”同时分析的技术，其中氢离子检测器需要氢气点火，氢气本身属于危险气体，氢气瓶随车随时移动存在极大的危险隐患，更不能随便带到医院等重要场所。另外，虽然热导检测器对氢气组分有较好的检测灵敏度，但对其甲烷组分的灵敏度很差，不满足现场检测的要求。

其次，采用自动取样及自动进样的方式，传统的分析方法由于采用双检测器结构，样品气进样方式一般为“手动分流”进样，由于步骤繁多，对操作人员有较高的要求，不同人员手法不同可导致测量结果的差异，本发明采用压力差法自动取样，六通阀自动进样，所有的动作均是通过计算机程序进行控制，提高了仪器的自动化水平，保证了进样的重复性。

四、附图说明

图1为本发明的总体结构框图；

图2为本发明的基线状态及自动取样流程图；

图3为进样状态及进样气路流程图。

五、具体实施方式

如图1所示，本发明的人体呼吸气甲烷组分快速分析仪及检测方法，包括箱体1，箱体1内设置自动取样进样机构3、样气分离机构4和半导体检测机构2，自动取样进样机构3包括六通阀5、电磁阀6，真空泵7、定量管8，混合气体分离机构主要包括色谱柱9及辅助的管道和保温棉，混合气检测机构主要包括半导体检测器10及辅助的管道。

如图2所示，基线状态时，载气通过六通阀5直接进入到色谱柱9，色谱柱9的另一端通过辅助管道连接到半导体检测器10的输入端，半导体检测器的输出端直接放空，此时打开电磁阀6，真空泵7对定量管8抽真空，然后关闭电磁阀6，样气在压力差的作用下进入到定量管8中，取样动作完成，等待基线平稳后进样。

如图3所示，进样状态时，转动六通阀5，则载气经过定量管8时将样品气带入到色谱柱9中，H₂，CH₄依次通过色谱柱9进行分离，其中载气为99.999的高纯空气，色谱柱9料组分为60-80目5A分子筛，长度6米，分离后的样品气依次流入半导体检测器10中进行检测，并以电信号的形式输出色谱峰，并最终检测出两种气体的含量。

根据以上技术方案的这种用于人体呼吸气中氢气甲烷组分分析的快速微型气相色谱检测方法，不仅符合国内医疗行业实验室的检测标准，同时对各组分气体具有优异的灵敏度，在提高检测分析仪整机可靠性、测量数据的重复性和准确性的同时简化了硬件结构，缩小了体积，提高了自动化水平和整机性能，并同时降低了成本，能够进行大规模的推广和应用，此检测方法不仅为医疗行业的疾病诊断提供了有力的技术支持，同时也由于具有优良的性价比而为患者监控自身身体状况提供了技术保障。

需要指出的是根据本发明的具体实施方式所做出的任何变形，均不脱离本发明的精神以及权利要求记载的范围。

Claims (5)

1.一种人体呼吸气中氢气及甲烷组分的检测方法，其特征在于：包括便携式手提箱，手提机箱内设置自动进样机构、气体分离机构、气体检测机构，自动进样机构、气体分离机构、气体检测机构之间通过3mm不锈钢管连接，气体分离机构将自动进样机构送入的人体的呼吸混合气中含有的氢气、甲烷分离，并依次进入气体检测机构，气体检测机构将各气体浓度信号转变为电压信号。

2.如权利要求1所述的人体呼吸气体分析的检测方法，其特征在于：所述混合气体检测机构采用氧化锡半导体气敏传感器，单传感器实现对人体呼吸气中氢气，甲烷组分的检测。

3.如权利要求2所述的人体呼吸气中氢气及甲烷的检测方法，其特征在于：自动进样机构能同时实现自动取样和切换进样，分析过程为：基线状态时，取样定量管一端通过一个电磁阀连接待测量的样品气，另一端连接微型真空泵和电磁阀，载气经色谱柱直接到达检测器，进样状态时，先对取样定量环抽真空，待真空度达到10Kpa时，关闭真空泵端电磁阀，打开样品气端电磁阀，然后转动六通阀，定量取样环接入载气回路，并接入色谱柱的前端，氢气，甲烷在经色谱柱分离后流入检测器检测。

4.如权利要求3所述的人体呼吸气中氢气及甲烷的检测方法，其特征在于：样气取进样机构前端设有样气隔断电磁阀，后端设有微型真空泵和抽真空电磁阀，从而实现真空压力差法进样。

5.如权利要求4所述的人体呼吸气中氢气及甲烷的检测方法，其特征在于：混合气分离机构采用外径5mm的不锈钢色谱柱，填料为混合填料，填料组分为5A分子筛，长度3米。