CN108072694A - 一种血药浓度分析仪检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于临床血药浓度分析检测技术领域，具体涉及临床血中药物浓度定性、定量分析的检测系统。一种血药浓度分析仪检测系统，其技术方案是基于离子迁移谱技术，包括：医用气源、气源净化处理装置、热解析进样装置、离子迁移管、气路循环系统、化学添加剂装置、气体流量控制装置、信号接收及转换装置、高压模块和控制系统装置等。本发明中的检测装置，离子迁移管化学添加剂(dopant)单独一路加入电离区，有效控制dopant浓度在1‑10ppm之间。进样装置采用脉冲式进样方式，大大提高了检测灵敏度。

Description

一种血药浓度分析仪检测系统
技术领域
本发明属于血中药物浓度分析检测系统领域，本检测系统基于离子迁移谱技术，具体涉及对临床医生给药后血中药物浓度分析检测方法。本发明中的检测系统通过使用光电离源，通过改变dopant添加方式和调节dopant浓度，并选择脉冲进样方式，大大提高了检测灵敏度。可广泛用于临床给药深度分析，指导临床医生精准用药。
背景技术
血药浓度实时动态监测是研究药物对病人机体作用机制及精准给药方法研究的关键、难点问题，国内外尚无实时、在线的有效分析手段。血药浓度监测国内、外目前多用色谱法和质谱法，由于这些方法监测费时、费力，前处理复杂，所以国内外也仅有一些报道，在临床实际中运用较少。本发明中的检测系统是基于离子迁移谱技术，结合真空紫外光电离技术，避免63Ni源的放射性污染。但是由于光电离源不稳定，dopant不易添加以及浓度不易控制。目前其检测灵敏度还是有些达不到使用要求。
离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry，IMS)技术是20世纪70年代出现的一种快速分离检测技术，与传统的质谱、色谱仪器相比，具有结构简单，灵敏度高，分析速度快，结果可靠的特点。目前我们研究的IMS已经广泛应用在多个领域。离子迁移谱仪核心组件主要由电离源、离子门、迁移区和检测器组成。离子源使样品分子、N2、O2和水蒸气电离，产生的离子很容易与分子发生离子分子反应，得到多种产物离子。离子在电场的驱使下通过周期性开启的离子门进入迁移区，与逆流的中性漂气分子不断地碰撞，由于这些离子在电场中具有不同的迁移速率，使得不同的离子得到分离，先后到达检测器。值得注意的是，由于不同化合物在电离能、质子亲和势、电负性等化学性质上的差异，其在大气压电离源中被电离时产生正、负极性离子的效率和选择性不同。
为了减少传统63Ni电离源在临床应用中产生放射性污染的风险，便于手术室内现场应用的安全性和临床大面积推广，本检测系统中电离源的设计采用基于非放射性的光电离源。在大气压光电离源的设计中，采用向电离源中添加掺杂剂(Dopant)的方式提高电离效率和选择性。光电离源发射的光子电离高浓度的Dopant(如丙酮、丁酮)分子，产生大量的光电子和Dopant正离子。在大气环境中，这些光电子和掺杂剂正离子可通过一系列离子-分子反应产生不同正、负极性的试剂离子。随后，这些试剂离子与待测麻醉剂分子之间通过化学电离反应得到有效电离，产生各自不同极性的特征离子，并最终通过双模离子迁移管按照迁移率的不同实现分离和检测。
发明内容
本发明的目的是：为克服现有技术的不足，提出一种基于离子迁移谱技术的血药浓度分析仪检测系统，具有分析检测速度快、结构简单、体积小和便于携带的特点，检测灵敏度得到提高，已满足临床应用需求；
一种血药浓度分析仪检测系统，包括离子迁移管,离子迁移管包括位于其两端的光电离源和法拉第盘，靠近光电离源向法拉第盘侧依次为电离区、迁移区；于电离区靠近光电离源的离子迁移管侧壁上设有样品气载气入口，于电离区靠近迁移区处的离子迁移管侧壁上设有离子迁移管尾气出口，于迁移区靠近法拉第盘的离子迁移管侧壁上设有漂气入口；
于电离区靠近光电离源的离子迁移管侧壁上设有化学添加剂(dopant)入口，样品气载气入口与化学添加剂(dopant)入口相对设置。
于离子迁移管外的样品气载气入口管路上设有电磁阀；于离子迁移管外的样品气载气入口管路上设有与大气相连的分支管路，于分支管路上设有电磁阀。
检测系统包括医用气源、气源净化处理装置、热解析进样装置、离子迁移管；
整体连接关系为：医用气源与气源净化装置通过转接口相连通；沿气流方向，气源净化装置内包括依次串连的分子筛净化器、活性炭净化器、减压阀、有机物过滤器，气源净化装置流出的干净气源由气路分流连接三通接头将气流分成三路，分别经质量流量控制器控制流量，一路经dopant瓶与化学添加剂(dopant)入口相连接，此路气为dopant气入口；第二路经热解析进样装置后分成两路A和B，A路经电磁阀与样品气载气入口相连，样品气经此口进入迁移管分析，B路经电磁阀与大气相连，此为样品气分流出口，多余样品气经此分流排除；第三路与漂气入口相连接。离子迁移管尾气出口与尾气吸收装置相连接。
离子迁移管信号接收及处理装置模块负责整个检测系统信号输出及处理，包括依次线路连接的信号放大器、A/D转换器，PC处理器，信号放大器与法拉第盘信号连接。
电离源为光电离源，dopant辅助化学添加剂为丙酮或丁酮。
离子迁移管dopant气入口和样品气载气入口分别位于离子迁移管相邻二电极环间的相对两侧位于反应区。
dopant(丙酮或丁酮)载气入口单独控制，有利用定量分析。避免热解析进样装置开启导致试剂离子浓度骤减；控制dopant(丙酮或丁酮)浓度，可以实现不同浓度样品气检出且提高检测灵敏度；dopant(丙酮或丁酮)体积浓度控制在1-10ppm之间。
热解析进样装置通过脉冲式间隔进样提高检测灵敏度；具体方法为：样品气进入离子迁移管之前，连接两个并联的两通电磁阀(21)、(26)，样品热解析时控制两个电磁阀关闭2-5S，热解析进样装置内样品富集；电磁阀(21)关闭，开启电磁阀(26)时，载气携带富集样品气进样分析5-10S；然后电磁阀(21)开启，关闭电磁阀(26)，进入多余样品气分流状态，避免残留干扰影响定量分析。
检测系统采用正或负高压模式，高压数值可以在2000-5000v范围内任意数值调节；通过调节高压确定具体样品的最佳灵敏度数值。
本发明的优点如下：
1.与传统的色谱方法相比，结合医用气源组成一个独立的检测系统。分析检测速度快、结构简单、体积小和便于携带的特点，可以满足临床在线应用。
2.与常规的离子迁移谱技术相比，选择光电离离子迁移管，向电离源中添加化学掺杂剂，化学掺杂剂单独一路气进入迁移管反应区，稳定的控制掺杂剂浓度，可以实现准确定量分析。
3.与常规的热解析技术相比，本检测系统热解析进样装置进入迁移管前，通过气路中并联两个电磁阀，采取间歇式脉冲进样技术，实现样品富集和多余样品分流，提高检测灵敏度，且避免了检测系统中样品气的残留。
附图说明
图1为一种血药浓度分析仪检测系统示意图；1为光电离源，2为化学添加剂(dopant)入口，3为样品气载气入口，4为漂气入口，5为离子迁移管尾气出口，6为医用气源，7为医用气源与气源净化装置转接口，8为气源净化装置，9、10、25为气路分流连接三通接头，14、15、16分别为质量流量控制器，11、12、13分别为质量流量控制器气源入口，17为dopant瓶装置，18为dopant瓶气流入口，19为热解析进样装置，20为热解析进样装置载气入口，21、26为电磁阀，22为样品气经热解析进样装置流出口，23为样品气分流出口，24为样品气经两通电磁阀流出口，27为尾气吸收装置，28为法拉第盘,29为信号接收及数据处理装置。
图2为dopant(丙酮)不同添加方式形成的离子迁移谱图；
图3为连续或间隔进样检测2.5ppm丙泊酚离子迁移谱热解析图；
具体实施方式
一种血药浓度分析仪检测系统，包括：医用气源6、气源净化处理装置8、热解析进样装置19、离子迁移管(1-5)、化学添加剂装置17、气路气体流量控制装置14-16、信号接收及处理装置28、高压模块和控制系统装置。离子迁移管尾气出口5与尾气吸收装置27相连接。
离子迁移管信号接收及处理装置模块29负责整个检测系统信号输出及处理，包括依次线路连接的信号放大器、A/D转换器，PC处理器，信号放大器与法拉第盘28信号连接。
于电离区靠近光电离源1的离子迁移管侧壁上设有化学添加剂(dopant)入口2，样品气载气入口3与化学添加剂(dopant)入口2相对设置。
于离子迁移管外的样品气载气入口3管路上设有电磁阀；于离子迁移管外的样品气载气入口3管路上设有与大气相连的分支管路，于分支管路上设有电磁阀。热解析进样装置通过脉冲式间隔进样提高检测灵敏度。
实施例1
化学添加剂(dopant)添加方式传统方法是加入样品气载气入口(3)，但是每次热解析进样器开启进样瞬间dopant几乎是经进样口吹出系统，导致dopant浓度降低，然而dopant浓度与检测灵敏度相关。
本发明中方法于电离区靠近光电离源(1)的离子迁移管侧壁上设有化学添加剂(dopant)入口(2)，样品气载气入口(3)与化学添加剂(dopant)入口(2)相对设置。通过dopant独立控制直接添加入电离区，进样器开启进样瞬间dopant浓度几乎是不变的。
图2为dopant(丙酮)不同添加方式形成的离子迁移谱图；dopant(丙酮)1ppm时，选择两种进样方法，图2(左)是本发明中的方法检测进样器开启时的丙酮信号，图2(右)是传统进样方法检测进样器开启时的丙酮信号。其它条件相同时本发明中方法检测到的丙酮dopant信号(>4500mv)强度明显强于传统方法检测到的信号(600mv)。然而光电离离子迁移谱，dopant浓度增强是有利于提高检测灵敏度的。
实施例2
医用气源形成的第二路气经热解析进样装置(19)后分成两路A和B，A路经电磁阀与样品气载气入口(3)相连，样品气经此口进入迁移管分析。B路经电磁阀与大气相连，此为样品气分流出口，多余样品气经此分流排除；
样品气进入离子迁移管之前，样品热解析时控制两个电磁阀关闭3S，热解析进样装置内样品富集；3S后，A路连接电磁阀开启、B路连接电磁阀关闭，进样6S；6S后，A路连接电磁阀关闭、B路连接电磁阀开启，多余样品气经B路分流状态，避免残留干扰影响定量分析。
图3为连续或间隔进样检测2.5ppm丙泊酚离子迁移谱热解析图；图3(左)是传统的直接进样方法检测2.5ppm血中丙泊酚的热解析离子迁移谱图；图3(右)是本发明中上述的脉冲间隔进样方法检测2.5ppm血中丙泊酚的热解析离子迁移谱图。图3(左)信号加和为800mv，图3(右)信号加和为2370mv，检测信号增强3倍。

Claims (10)

1.一种血药浓度分析仪检测系统，包括离子迁移管,离子迁移管包括位于其两端的光电离源(1)和法拉第盘(28)，靠近光电离源(1)向法拉第盘(28)侧依次为电离区、迁移区；于电离区靠近光电离源(1)的离子迁移管侧壁上设有样品气载气入口(3)，于电离区靠近迁移区处的离子迁移管侧壁上设有离子迁移管尾气出口(5)，于迁移区靠近法拉第盘的离子迁移管侧壁上设有漂气入口(4)；其特征在于：
于电离区靠近光电离源(1)的离子迁移管侧壁上设有化学添加剂(dopant)入口(2)，样品气载气入口(3)与化学添加剂(dopant)入口(2)相对设置。
2.根据权利要求1所述的血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：于离子迁移管外的样品气载气入口(3)管路上设有电磁阀；于离子迁移管外的样品气载气入口(3)管路上设有与大气相连的分支管路，于分支管路上设有电磁阀。
3.根据权利要求1所述的血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：包括：医用气源(6)、气源净化处理装置(8)、热解析进样装置(19)、离子迁移管；
整体连接关系为：医用气源(6)与气源净化装置(8)通过转接口(7)相连通；沿气流方向，气源净化装置(8)内包括依次串连的分子筛净化器、活性炭净化器、减压阀、有机物过滤器，气源净化装置(8)流出的干净气源由气路分流连接三通接头将气流分成三路，分别经质量流量控制器控制流量，一路经dopant瓶(17)与化学添加剂(dopant)入口(2)相连接，此路气为dopant气入口；第二路经热解析进样装置(19)后分成两路A和B，A路经电磁阀与样品气载气入口(3)相连，样品气经此口进入迁移管分析，B路经电磁阀与大气相连，此为样品气分流出口，多余样品气经此分流排除；第三路与漂气入口相连接。
4.根据权利要求1所述的血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：离子迁移管尾气出口(5)与尾气吸收装置(27)相连接。
5.根据权利要求1所述的血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：离子迁移管信号接收及处理装置模块(29)负责整个检测系统信号输出及处理，包括按照线路依次连接的信号放大器、A/D转换器，PC处理器，信号放大器与法拉第盘(28)信号连接。
6.根据权利要求1所述的血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：电离源为光电离源，dopant辅助化学添加剂为丙酮或丁酮。
7.根据权利要求1所述的一种血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：离子迁移管dopant气入口和样品气载气入口分别位于离子迁移管相邻二电极环间的相对两侧位于反应区。
8.根据权利要求1所述的一种血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：dopant(丙酮或丁酮)载气入口单独控制，有利用定量分析；避免热解析进样装置开启导致试剂离子浓度骤减；控制dopant(丙酮或丁酮)浓度，可以实现不同浓度样品气检出且提高检测灵敏度；dopant(丙酮或丁酮)体积浓度控制在1-10ppm之间。
9.根据权利要求1所述的血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：热解析进样装置通过脉冲式间隔进样提高检测灵敏度；具体方法为：样品气进入离子迁移管之前，连接两个并联的两通电磁阀(21)、(26)，样品热解析时控制两个电磁阀关闭2-5S，热解析进样装置内样品富集；电磁阀(21)关闭，开启电磁阀(26)时，载气携带富集样品气进样分析5-10S；然后电磁阀(21)开启，关闭电磁阀(26)，进入多余样品气分流状态，避免残留干扰影响定量分析。
10.根据权利要求1所述的血药浓度分析仪检测系统，其特征在于：检测系统采用正或负高压模式，高压数值可以在2000-5000v范围内任意数值调节；通过调节高压确定具体样品的最佳灵敏度数值。
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