CN115266595A - 一种基于光声光谱的13c同位素丰度检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于13C同位素检测设备技术领域，公开了一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，包括依次排列的光源组、斩波轮、滤光组和气室组以及设于气室组内的机械波探测器；光源组包括第一辐射光源和第二辐射光源；滤光组包括第一滤光片和第二滤光片，用于分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光；气室组包括吸收光程长短不同的第一样品气室和第二样品气室，第一样品气室的长度小于第二样品气室，第一样品气室和第二样品气室的两端分别至少设有一个进气口和出气口；第一样品气室和第二样品气室之间连接并连通有连接通道和测量通道，连接通道和测量通道间保持有距离，机械波探测器设于测量通道内。本发明提高了13C同位素丰度检测的精准度。
Description
技术领域
本发明属于13C同位素检测设备技术领域，尤其涉及一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统。
背景技术
13C呼气试验是幽门螺旋杆菌的检测金标准之一，受试者通过口服13C尿素胶囊，其进入胃部后，如果胃部存在幽门螺杆菌，则此菌就会分泌尿素酶水解尿素，尿素被水解后形成CO2(二氧化碳)随血液进入肺部并以气体排出，然后检测患者呼出的气体中13C同位素丰度值δ13C相比服药前是否增加超过4‰，若超过则代表受试者幽门螺杆菌阳性。
当前13C的同位素丰度检测主要包括同位素质谱法和吸收光谱法，由于同位素质谱法的操作难度较大、前序处理复杂和售价昂贵，因此应用至临床呼气试验还有较大挑战，吸收光谱法则主要包括可调谐激光谱法和非色散红外光谱法，可调谐激光光谱法具有较好的波长选择性，特异性强，但由于激光器、探测器干扰因素较多，目前大部分可调谐激光光谱法仪器的稳定性仍不如非色散红外光谱法，少数采用可调谐激光光谱法的商业仪器准确性较高，但价格昂贵。
目前市场上常用的13C同位素丰度检测均采用成本低的非色散红外光光谱法，然而该方法的准确性为±1.5‰，因此出现假阳或者假阴性的可能性仍较大，由此，如何高性价比的提高13C同位素丰度检测的精准度，成为了一亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，以解决上述背景技术中所提到的问题。
为实现以上发明目的，根据第一方面，采用的技术方案为：
一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，包括依次排列的光源组、斩波轮、滤光组和气室组以及设于所述气室组内的机械波探测器；所述光源组包括第一辐射光源和第二辐射光源，用于提供宽光谱光源；所述滤光组包括第一滤光片和第二滤光片，用于分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光；所述气室组包括吸收光程长短不同的第一样品气室和第二样品气室，所述第一样品气室的长度小于所述第二样品气室，所述第一样品气室用于提供12CO2测量通路，所述第二样品气室用于提供13CO2测量通路，所述第一样品气室和所述第二样品气室的两端分别至少设有一个进气口和出气口；所述第一样品气室和所述第二样品气室之间连接并连通有连接通道和测量通道，所述连接通道和所述测量通道间保持有距离，所述机械波探测器设于所述测量通道内。
本发明进一步设置为：所述第一滤光片和所述第二滤光片为带通滤光片。
本发明进一步设置为：所述第一辐射光源和所述第二辐射光源并行排列；所述第一辐射光源、所述第一滤光片和所述第一样品气室位于同一横向轴线上；所述第二辐射光源、所述第二滤光片和所述第二样品气室位于同一横向轴线上。
本发明进一步设置为：所述第一辐射光源经所述斩波轮光强调制后，由所述第一滤光片输出4.2μm波长光源至所述第一样品气室；所述第二辐射光源经所述斩波轮光强调制后，由所述第二滤光片输出4.4μm波长光源至所述第二样品气室。
本发明进一步设置为：所述机械波探测器内置有差分放大器，所述第一样品气室和所述第二样品气室上分别设有至少两个透光窗口。
为实现以上发明目的，根据第二方面，采用的技术方案为：
一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，包括依次排列的光源组、斩波轮、滤光组和气室组以及设于所述气室组内的机械波探测器；所述光源组包括第一辐射光源和第二辐射光源，用于提供宽光谱光源；所述滤光组包括第一滤光片和第二滤光片，用于分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光；所述气室组包括吸收光程长短不同的第一样品气室和第二样品气室，所述第一样品气室的长度小于所述第二样品气室，所述第一样品气室用于提供12CO2测量通路，所述第二样品气室用于提供13CO2测量通路，所述第一样品气室和所述第二样品气室的两端分别至少设有一个进气口和出气口，所述第一样品气室和所述第二样品气室之间连接并连通有连接通道，所述第一样品气室和所述第二样品气室相向的一侧分别设有测量通道；所述机械波探测器包括第一探测器和第二探测器，所述第一探测器和所述第二探测器分别设于两个所述测量通道内。
本发明进一步设置为：所述第一滤光片和所述第二滤光片为带通滤光片，所述第一探测器和所述第二探测器连接有差分电路，所述第一样品气室和所述第二样品气室上分别设有至少两个透光窗口。
本发明进一步设置为：所述第一辐射光源和所述第二辐射光源并行排列；所述第一辐射光源、所述第一滤光片和所述第一样品气室位于同一横向轴线上；所述第二辐射光源、所述第二滤光片和所述第二样品气室位于同一横向轴线上。
本发明进一步设置为：所述第一辐射光源经所述斩波轮光强调制后，由所述第一滤光片输出4.2μm波长光源至所述第一样品气室；所述第二辐射光源经所述斩波轮光强调制后，由所述第二滤光片输出4.4μm波长光源至所述第二样品气室。
为实现以上发明目的，根据第三方面，采用的技术方案为：
一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，包括依次排列的光源组、斩波轮和气室组以及设于所述气室组内的机械波探测器；所述光源组为对称排列的LED光源或激光光源；所述气室组包括吸收光程长短不同的第一样品气室和第二样品气室，所述第一样品气室的长度小于所述第二样品气室，所述第一样品气室用于提供12CO2测量通路，所述第二样品气室用于提供13CO2测量通路，所述第一样品气室和所述第二样品气室的两端分别至少设有一个进气口和出气口；所述第一样品气室和所述第二样品气室之间连接并连通有连接通道和测量通道，所述连接通道和所述测量通道间保持有距离，所述机械波探测器设于所述测量通道内。
综上所述，与现有技术相比，本发明公开了一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，由第一辐射光源和第二辐射光源提供宽光谱光源，由斩波轮进行光强调制，由第一滤光片和第二滤光片分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光，由第一样品气室和第二样品气室提供12CO2和13CO2的测量通路，并通过连接通道连通第一样品气室和第二样品气室，长度不一的第一样品气室和第二样品气室保证机械波探测器接收到的机械波信号强度相当，从而方便其对检测信号进行差分放大处理，以此提高了13C同位素丰度检测的精准度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例提供的13C同位素丰度检测系统的结构示意图一；
图2是本实施例提供的13C同位素丰度检测系统的结构示意图二；
图3是本实施例提供的13C同位素丰度检测系统的信号时序图一；
图4是本实施例提供的13C同位素丰度检测系统的信号时序图二；
图5是本实施例提供的13C同位素丰度检测系统的结构示意图三。
附图标记：1、光源组；11、第一辐射光源；12、第二辐射光源；2、斩波轮；3、滤光组；31、第一滤光片；32、第二滤光片；4、气室组；41、第一样品气室；42、第二样品气室；43、进气口；44、出气口；5、机械波探测器；51、第一探测器；52、第二探测器；6、连接通道；7、测量通道；100、13C同位素丰度检测系统。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例一
一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，如图1所示，13C同位素丰度检测系统100包括依次排列的光源组1、斩波轮2、滤光组3和气室组4以及设于气室组4内的机械波探测器5。
在本实施例中，光源组1包括第一辐射光源11和第二辐射光源12，用于提供宽光谱光源；滤光组3包括第一滤光片31和第二滤光片32，用于分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光；气室组4包括吸收光程长短不同的第一样品气室41和第二样品气室42，第一样品气室41的长度小于第二样品气室42，第一样品气室41用于提供12CO2测量通路，第二样品气室42用于提供13CO2测量通路，第一样品气室41和第二样品气室42的两端分别至少设有一个进气口43和出气口44；第一样品气室41和第二样品气室42之间连接并连通有连接通道6和测量通道7，连接通道6和测量通道7间保持有距离，机械波探测器5设于测量通道7内。
在具体实施过程中，受试者通过进气口43和出气口44呼出气体至第一样品气室41和第二样品气室42，其中，第一样品气室41和第二样品气室42通过连接通道6连通，可以理解的是，进气口43和出气口44可密封套设有输气管。
进一步的，第一辐射光源11和第二辐射光源12并行排列；第一辐射光源11、第一滤光片31和第一样品气室41位于同一横向轴线上；第二辐射光源12、第二滤光片32和第二样品气室42位于同一横向轴线上，以便于光源的光强调制、传播、过滤和吸收。
在一些实施例中，第一辐射光源11和第二辐射光源12可选取钨丝光源、镍铬丝光源或Kanthal灯丝光源。
在本实施例中，机械波探测器5内置有差分放大器，以便于检测信号的放大输出，第一样品气室41和第二样品气室42上分别设有至少两个透光窗口。
需要说明的是，第一滤光片31和第二滤光片32为带通滤光片，带通滤光片是光谱特性曲线透射带两侧邻接截止带的滤光片，可以理解的是，本实施例中的带通滤光片的具体功能是本领域技术人员根据现有技术能够获得的，此处对于带通滤光片的结构及工作原理不再做赘述。
在具体实施过程中，通过第一滤光片31和第二滤光片32的带通滤光片设计，并通过斩波轮2光强调制，第一滤光片31输出第一辐射光源11的4.2μm波长光源至第一样品气室41，第二滤光片32输出第二辐射光源12的4.4μm波长光源至第二样品气室42，以满足12CO2和13CO2的测量所需波长，满足12CO2吸收4.2μm波长光源和13CO2吸收4.4μm波长光源进而产生机械波的条件，以便于机械波探测器5检测。
在本实施例中，可以理解的是，斩波轮2通过电机进行驱动，形状犹如风扇的扇叶，当扇叶离开辐射光源时，光通过样品气室，受测气体吸收光发生膨胀；当扇叶经过辐射光源时，光完全被扇叶遮挡，，受测气体无法接受到光强，气体发生收缩，如此往复，产生机械波，即通过斩波轮2进行光强调制，可以将调制频率外的其它频段的噪声进行滤除，提升系统灵敏度。
需要说明的是，由于12CO2的吸收系数较13CO2的吸收系数强，因此检测系统的样品气室为两个相联通的长短气室，即第二样品气室42为长气室并对应13CO2测量通路，第一样品气室41为短气室并对应12CO2测量通路，样品气室的长短配置亦为了使机械波探测器5接收到的机械波信号强度相当，保证同轴方向的机械波信号相互抵消，从而方便对检测信号进行差分放大处理。
在一些实施例中，第一样品气室41与第二样品气室42的长度比值≈1：100。
可以理解的是，本实施例应用公式I实现对13C的同位素丰度检测。
公式I：δ13C＝(n13CO2/n12CO2)/VPDB-1
其中：n13CO2是13CO2的浓度，n12CO2是12CO2的浓度；
根据VPDB标准(Vienna PeeDeeBelemnite)标准同位素比值VPDB＝Ia13C(VPDB)/Ia12C(VPDB)＝0.0111802(MassSpectrom.15(2001)501–519)。
结合图1和图3，在13C同位素丰度检测系统100中，机械波探测器5作为检测元件，第一辐射光源11和第二辐射光源12作为系统光源，斩波轮2作为光强调制器件，第一滤光片31和第二滤光片32作为波长选择器件，在系统工作过程中，第一辐射光源11和第二辐射光源12发出强度相同的宽光谱光，利用机械的斩波轮2对光源进行光强调制，并经第一滤光片31和第二滤光片32滤光后分别向第一样品气室41和第二样品气室42内输出4.2μm和4.4μm波长的有效探测光，以供12CO2和13CO2吸收产生机械波，如信号时序图所示，斩波信号为方波信号，可通过编码器、二极管等传感器采集获得，也可以通过步进电机的驱动信号获得，受试者正常状态时呼气，受测气体中因12CO2的吸收系数强于13CO2的吸收系数并结合第一样品气室41长度小于第二样品气室42，机械波探测器5同轴方向的机械波信号相互抵消，无幅值差异，δ13C≈0‰，如受试者呼气异常，13C的同位素丰度δ13C增加，13CO2和12CO2吸收产生的机械波幅值差异经差分放大器放大输出，如δ13C由0‰变化至5‰，通过检波信号(即锁相解调)将机械波探测器5的探测器信号变换为直流信号，从而通过标定后，即获得13C的丰度值δ13C。
需要说明的是，经机械波探测器5检测，13CO2检测通路得到的检波后的直流信号为I13C，12CO2检测通路得到的检波后的直流信号为I12C。当受测气体浓度越大时，获得的直流信号越强，因此它们分别与n13CO2和n12CO2正相关，由此△I＝I13C-I12C，根据δ13C定义公式，δ13C与△I正相关，因此通过不同的δ13C标准气体对仪器进行校准，从而实现对δ13C的精准检测。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明公开了一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，由第一辐射光源11和第二辐射光源12提供宽光谱光源，由斩波轮2进行光强调制，由第一滤光片31和第二滤光片32分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光，由第一样品气室41和第二样品气室42提供12CO2和13CO2的测量通路，并通过连接通道6连通第一样品气室41和第二样品气室42，长度不一的第一样品气室41和第二样品气室42保证机械波探测器5接收到的机械波信号强度相当，从而方便其对检测信号进行差分放大处理，以此高性价比的提高13C同位素丰度检测的精准度。
实施例二
一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，如图2所示，13C同位素丰度检测系统100包括依次排列的光源组1、斩波轮2、滤光组3和气室组4以及设于气室组4内的机械波探测器5。
在本实施例中，光源组1包括第一辐射光源11和第二辐射光源12，用于提供宽光谱光源；滤光组3包括第一滤光片31和第二滤光片32，用于分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光；气室组4包括吸收光程长短不同的第一样品气室41和第二样品气室42，第一样品气室41的长度小于第二样品气室42，第一样品气室41用于提供12CO2测量通路，第二样品气室42用于提供13CO2测量通路，第一样品气室41和第二样品气室42的两端分别至少设有一个进气口43和出气口44，第一样品气室41和第二样品气室42之间连接并连通有连接通道6，第一样品气室41和第二样品气室42相向的一侧分别设有测量通道7。
在具体实施过程中，受试者通过进气口43和出气口44呼出气体至第一样品气室41和第二样品气室42，其中，第一样品气室41和第二样品气室42通过连接通道6连通，可以理解的是，进气口43和出气口44可密封套设有输气管。
进一步的，第一辐射光源11和第二辐射光源12并行排列；第一辐射光源11、第一滤光片31和第一样品气室41位于同一横向轴线上；第二辐射光源12、第二滤光片32和第二样品气室42位于同一横向轴线上，以便于光源的光强调制、过滤、传播和吸收。
在一些实施例中，第一辐射光源11和第二辐射光源12可选取钨丝光源、镍铬丝光源或Kanthal灯丝光源。
在本实施例中，第一探测器51和第二探测器52连接有差分电路，以便于检测到的差异信号的放大输出，第一样品气室41和第二样品气室42上分别设有至少两个透光窗口。
在具体实施过程中，机械波探测器5包括第一探测器51和第二探测器52，第一探测器51和第二探测器52分别设于两个测量通道7内，用于样品气室的机械波检测、显示与输出。
进一步的，第一滤光片31和第二滤光片32为带通滤光片，通过斩波轮2光强调制，第一滤光片31输出第一辐射光源11的4.2μm波长光源至第一样品气室41，第二滤光片32输出第二辐射光源12的4.4μm波长光源至第二样品气室42，以满足12CO2和13CO2的测量所需波长，满足12CO2吸收4.2μm波长光源和13CO2吸收4.4μm波长光源进而产生机械波的条件，以便于第一探测器51和第二探测器52检测。
在本实施例中，可以理解的是，斩波轮2通过电机进行驱动，形状犹如风扇的扇叶，当扇叶离开辐射光源时，光通过样品气室，受测气体吸收光发生膨胀；当扇叶经过辐射光源时，光完全被扇叶遮挡，，受测气体无法接受到光强，气体发生收缩，如此往复，产生机械波，即通过斩波轮2进行光强调制，可以将调制频率外的其它频段的噪声进行滤除，提升系统灵敏度。
需要说明的是，由于12CO2的吸收系数较13CO2的吸收系数强，因此检测系统的样品气室为两个相联通的长短气室，即第二样品气室42为长气室并对应13CO2测量通路，第一样品气室41为短气室并对应12CO2测量通路，样品气室的长短配置亦为了使第一探测器51和第二探测器52接收到的机械波信号强度相当，从而方便对检测信号进行差分放大处理。
在一些实施例中，第一样品气室41与第二样品气室42的长度比值≈1：100。
可以理解的是，本实施例应用公式I实现对13C的同位素丰度检测。
公式I：δ13C＝(n13CO2/n12CO2)/VPDB-1
其中：n13CO2是13CO2的浓度，n12CO2是12CO2的浓度；
根据VPDB标准(Vienna PeeDeeBelemnite)标准同位素比值VPDB＝Ia13C(VPDB)/Ia12C(VPDB)＝0.0111802(MassSpectrom.15(2001)501–519)。
结合图2和图4，在13C同位素丰度检测系统100中，第一探测器51和第二探测器52作为检测元件，第一辐射光源11和第二辐射光源12作为系统光源，斩波轮2作为光强调制器件，第一滤光片31和第二滤光片32作为波长选择器件，在系统工作过程中，第一辐射光源11和第二辐射光源12发出强度相同的宽光谱光，利用机械的斩波轮2对光源进行光强调制，并经第一滤光片31和第二滤光片32滤光后分别向第一样品气室41和第二样品气室42内输出4.2μm和4.4μm波长的有效探测光，以供12CO2和13CO2吸收，如信号时序图所示，斩波信号为方波信号，可通过编码器、二极管等传感器采集获得，也可以通过步进电机的驱动信号获得，受试者正常状态时呼气，因12CO2的吸收系数强于13CO2的吸收系数并结合第一样品气室41长度小于第二样品气室42，第一探测器51和第二探测器52的机械波幅值差异≈0，即差分电路识别的幅值差异≈0，δ13C≈0‰，如受试者呼气异常，13C的同位素丰度δ13C增加，13CO2吸收产生的机械波幅值变大，差分电路的差分信号即放大输出，如δ13C由0‰变化至5‰，此刻，通过检波信号(即锁相解调)将差分信号变换为直流信号，从而通过标定后，即获得13C的丰度值δ13C。
需要说明的是，经机械波探测器5检测，13CO2检测通路得到的检波后的直流信号为I13C，12CO2检测通路得到的检波后的直流信号为I12C。当受测气体浓度越大时，获得的直流信号越强，因此它们分别与n13CO2和n12CO2正相关，由此△I＝I13C-I12C，根据δ13C定义公式，δ13C与△I正相关，因此通过不同的δ13C标准气体对仪器进行校准，从而实现对δ13C的精准检测。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明公开了一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，由第一辐射光源11和第二辐射光源12提供宽光谱光源，由斩波轮2进行光强调制，由第一滤光片31和第二滤光片32分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光，由第一样品气室41和第二样品气室42提供12CO2和13CO2的测量通路，并通过连接通道6连通第一样品气室41和第二样品气室42，长度不一的第一样品气室41和第二样品气室42保证机械波探测器5接收到的机械波信号强度相当，从而方便其对检测信号进行差分放大处理，以此高性价比的提高13C同位素丰度检测的精准度。
实施例三
一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，如图5所示，包括依次排列的光源组1、斩波轮2和气室组4以及设于气室组4内的机械波探测器5；光源组1为对称排列的LED光源或激光光源；气室组4包括吸收光程长短不同的第一样品气室41和第二样品气室42，第一样品气室41的长度小于第二样品气室42，第一样品气室41用于提供12CO2测量通路，第二样品气室42用于提供13CO2测量通路，第一样品气室41和第二样品气室42的两端分别至少设有一个进气口43和出气口44；第一样品气室41和第二样品气室42之间连接并连通有连接通道6和测量通道7，连接通道6和测量通道7间保持有距离，机械波探测器5设于测量通道6内。
在具体实施过程中，受试者通过进气口43和出气口44呼出气体至第一样品气室41和第二样品气室42，其中，第一样品气室41和第二样品气室42通过连接通道6连通，可以理解的是，进气口43和出气口44可密封套设有输气管。
在本实施例中，机械波探测器5内置有差分放大器，以便于检测信号的放大输出，第一样品气室41和第二样品气室42上分别设有至少两个透光窗口。
可以理解的是，斩波轮2通过电机进行驱动，形状犹如风扇的扇叶，当扇叶离开辐射光源时，光通过样品气室，受测气体吸收光发生膨胀；当扇叶经过辐射光源时，光完全被扇叶遮挡，，受测气体无法接受到光强，气体发生收缩，如此往复，产生机械波，即通过斩波轮2进行光强调制，可以将调制频率外的其它频段的噪声进行滤除，提升系统灵敏度。
需要说明的是，由于12CO2的吸收系数较13CO2的吸收系数强，因此检测系统的样品气室为两个相联通的长短气室，即第二样品气室42为长气室并对应13CO2测量通路，第一样品气室41为短气室并对应12CO2测量通路，样品气室的长短配置亦为了使机械波探测器5接收到的机械波信号强度相当，保证同轴方向的机械波信号相互抵消，从而方便对检测信号进行差分放大处理。
在一些实施例中，第一样品气室41与第二样品气室42的长度比值≈1：100。
可以理解的是，本实施例应用公式I实现对13C的同位素丰度检测。
公式I：δ13C＝(n13CO2/n12CO2)/VPDB-1
其中：n13CO2是13CO2的浓度，n12CO2是12CO2的浓度；
根据VPDB标准(Vienna PeeDeeBelemnite)标准同位素比值VPDB＝Ia13C(VPDB)/Ia12C(VPDB)＝0.0111802(MassSpectrom.15(2001)501–519)。
结合图3和图5，在13C同位素丰度检测系统100中，机械波探测器5作为检测元件，由LED光源或激光光源组成的光源组1作为系统光源，斩波轮2作为光强调制器件，在系统工作过程中，LED光源或激光光源利用机械的斩波轮2对光源进行光强调制，分别向第一样品气室41和第二样品气室42内输出4.2μm和4.4μm波长的有效探测光，以供12CO2和13CO2吸收产生机械波，如信号时序图所示，斩波信号为方波信号，可通过编码器、二极管等传感器采集获得，也可以通过步进电机的驱动信号获得，受试者正常状态时呼气，受测气体中因12CO2的吸收系数强于13CO2的吸收系数并结合第一样品气室41长度小于第二样品气室42，机械波探测器5同轴方向的机械波信号相互抵消，无幅值差异，δ13C≈0‰，如受试者呼气异常，13C的同位素丰度δ13C增加，13CO2和12CO2吸收产生的机械波幅值差异经差分放大器放大输出，如δ13C由0‰变化至5‰，通过检波信号(即锁相解调)将机械波探测器5的探测器信号变换为直流信号，从而通过标定后，即获得13C的丰度值δ13C。
需要说明的是，经机械波探测器5检测，13CO2检测通路得到的检波后的直流信号为I13C，12CO2检测通路得到的检波后的直流信号为I12C。当受测气体浓度越大时，获得的直流信号越强，因此它们分别与n13CO2和n12CO2正相关，由此△I＝I13C-I12C，根据δ13C定义公式，δ13C与△I正相关，因此通过不同的δ13C标准气体对仪器进行校准，从而实现对δ13C的精准检测。
综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明公开了一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，由光源组1的LED光源或激光光源提供检测光源，由斩波轮2进行光强调制后，向第一样品气室41和第二样品气室42提供12CO2和13CO2的有效探测光，长度不一的第一样品气室41和第二样品气室42保证机械波探测器5接收到的机械波信号强度相当，从而方便其对检测信号进行差分放大处理，以此高性价比的提高13C同位素丰度检测的精准度。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于：
包括依次排列的光源组、斩波轮、滤光组和气室组以及设于所述气室组内的机械波探测器；
所述光源组包括第一辐射光源和第二辐射光源，用于提供宽光谱光源；
所述滤光组包括第一滤光片和第二滤光片，用于分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光；
所述气室组包括吸收光程长短不同的第一样品气室和第二样品气室，所述第一样品气室的长度小于所述第二样品气室，所述第一样品气室用于提供12CO2测量通路，所述第二样品气室用于提供13CO2测量通路，所述第一样品气室和所述第二样品气室的两端分别至少设有一个进气口和出气口；
所述第一样品气室和所述第二样品气室之间连接并连通有连接通道和测量通道，所述连接通道和所述测量通道间保持有距离，所述机械波探测器设于所述测量通道内。
2.如权利要求1所述的一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于，所述第一滤光片和所述第二滤光片为带通滤光片。
3.如权利要求1所述的一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于，所述第一辐射光源和所述第二辐射光源并行排列；所述第一辐射光源、所述第一滤光片和所述第一样品气室位于同一横向轴线上；所述第二辐射光源、所述第二滤光片和所述第二样品气室位于同一横向轴线上。
4.如权利要求2所述的一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于，所述第一辐射光源经所述斩波轮光强调制后，由所述第一滤光片输出4.2μm波长光源至所述第一样品气室；所述第二辐射光源经所述斩波轮光强调制后，由所述第二滤光片输出4.4μm波长光源至所述第二样品气室。
5.如权利要求1所述的一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于，所述机械波探测器内置有差分放大器，所述第一样品气室和所述第二样品气室上分别设有至少两个透光窗口。
6.一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于：
包括依次排列的光源组、斩波轮、滤光组和气室组以及设于所述气室组内的机械波探测器；
所述光源组包括第一辐射光源和第二辐射光源，用于提供宽光谱光源；
所述滤光组包括第一滤光片和第二滤光片，用于分别过滤12CO2和13CO2的有效探测光；
所述气室组包括吸收光程长短不同的第一样品气室和第二样品气室，所述第一样品气室的长度小于所述第二样品气室，所述第一样品气室用于提供12CO2测量通路，所述第二样品气室用于提供13CO2测量通路，所述第一样品气室和所述第二样品气室的两端分别至少设有一个进气口和出气口，所述第一样品气室和所述第二样品气室之间连接并连通有连接通道，所述第一样品气室和所述第二样品气室相向的一侧分别设有测量通道；
所述机械波探测器包括第一探测器和第二探测器，所述第一探测器和所述第二探测器分别设于两个所述测量通道内。
7.如权利要求6所述的一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于，所述第一滤光片和所述第二滤光片为带通滤光片，所述第一探测器和所述第二探测器连接有差分电路，所述第一样品气室和所述第二样品气室上分别设有至少两个透光窗口。
8.如权利要求6所述的一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于，所述第一辐射光源和所述第二辐射光源并行排列；所述第一辐射光源、所述第一滤光片和所述第一样品气室位于同一横向轴线上；所述第二辐射光源、所述第二滤光片和所述第二样品气室位于同一横向轴线上。
9.如权利要求7所述的一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于，所述第一辐射光源经所述斩波轮光强调制后，由所述第一滤光片输出4.2μm波长光源至所述第一样品气室；所述第二辐射光源经所述斩波轮光强调制后，由所述第二滤光片输出4.4μm波长光源至所述第二样品气室。
10.一种基于光声光谱的13C同位素丰度检测系统，其特征在于：
包括依次排列的光源组、斩波轮和气室组以及设于所述气室组内的机械波探测器；
所述光源组为对称排列的LED光源或激光光源；
所述气室组包括吸收光程长短不同的第一样品气室和第二样品气室，所述第一样品气室的长度小于所述第二样品气室，所述第一样品气室用于提供12CO2测量通路，所述第二样品气室用于提供13CO2测量通路，所述第一样品气室和所述第二样品气室的两端分别至少设有一个进气口和出气口；
所述第一样品气室和所述第二样品气室之间连接并连通有连接通道和测量通道，所述连接通道和所述测量通道间保持有距离，所述机械波探测器设于所述测量通道内。
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