CN1249036A - 碳同位素分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定呼气的CO2中稳定的同位素12C和13C比例的碳同位素分析仪,它在临床的领域尤其适用于实际的常规操作,能可靠地工作,有高的测量精度以及经济、紧凑的设计。它的特征在于紧凑和模块式结构,其中所有的模块都装在一个外壳内,包括非扩散式红外分光计(1)及组合在其中的测量模块和它自己的微控制器(9)、气体处理系统(2)及组合在其中的试样入口系统(7)和试样检查系统(8)、数字式I/O装置(3)、以及总线接口(4),它们通过电缆与外部PC设备(5)连接。专用的操作软件保证连续和使用方便地与碳同位素分析仪交换信息,以及它的维护和操纵方便。
Description
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的碳同位素分析仪。
已知一些以非扩散式红外分光学原理为基础的呼气分析仪。这些分析仪器配备有为工业应用研制的用于确定气体和蒸汽内各种成分浓度的分光计。但是为了应用于确定呼气中的13/12CO2则必须改进这些仪器。与之相关的改造(恒温、试样入口等)会对仪器的工作可靠性带来不良影响，这对于例如在临床领域在日常实践中例行的使用是严重的缺点。此外这些分析仪器的特点是，试样入口和试样计量的控制必须与数据采集分开进行。
因此本发明的目的是，创造一种尤其在临床领域适用于实际的常规工作的呼气分析仪，它保证可靠操作、高的测量精度以及经济、紧凑的结构形式。
按本发明此目的通过权利要求1特征部分所述特征达到。
按权利要求1所述的碳同位素分析仪，通过将所有的功能元件布置在仪器内，保证是一种紧凑和耐用的结构形式。在这种情况下所有的操作部分，例如试样入口接管，一目了然地布置在仪器的操作侧。通过将与试样检查系统连接的试样入口系统组合在气体处理系统内，不仅保证了仪器的操作既方便又可靠，而且通过特殊的测量气体导引可以将试样体积降低到700ml并可达到高的试样通过量为40个试样/小时。通过连续评估和检查试样计量和借助数字式I/O单元检验试样状况、通过测量数据采集和在分光计中进行测量数据检查以及借助总线接口控制和交换所有的信息，在明确地分配各模块的计划任务的情况下保证分析仪的统一控制。仪器的这种明确的模块式编制，对于识别故障及其排除业已证实是特别有利的。它允许连续地内部诊断仪器状况并有助于将维护工作量降到最低程度。
业已证实特别有利的是按权利要求2所述令非扩散式红外分光计配备有带自己的微控制器的测量模块以及配备有一个优化测量过程的恒温器，借助于它们可使测量数据达到极高的精度和稳定性。除了恒温外，气密地封闭整个光学系统防止外界空气中CO2含量的干扰，是在呼气测量过程中达到测量数据采集和测量数据检查方面高的精度要求的重要基础。此外，通过具有自己的用于控制、测量数据采集和数据通信的微控制器的测量模块这种紧凑的结构形式，获得高度的机电稳定性。
按权利要求3在气体处理系统内组合一个计量与循环装置和一个冲洗与贫氮水煤气装置的这种气体处理系统结构，可以由外界空气产生贫氮水煤气和循环导引试验气体。在这种情况下组合在计量和循环装置中的试样入口系统的结构，保证在由呼气袋测量时不可避免的外来气体容积降到最低程度。这一优点通过按权利要求4所述的试样入口系统的结构获得，据此，呼气袋的连接软管直接装在阀的接管上。
令试样入口系统与试样检查系统连接也是特别有利的。此试样检查系统判定是否有一个试样放在其中一个试样入口并防止使用者误操作。
按权利要求4、5和6的试样入口的结构和将计量与循环装置及冲洗与贫氮水煤气装置组合在气体处理系统内，也保证在测量模块的测量极限范围内能自由选择CO2浓度。这通过改变测量气体计量达到，其中通过循环导引测量气体获得在量杯内的浓度平衡。
碳同位素分析仪另一个突出的优点通过安装按权利要求8的标准化CAN总线获得。这种由汽车技术已知并由于其抗干扰能力业已证明可靠的CAN总线系统，保证统一控制分析仪器，在这种情况下碳同位素分析仪的内部控制和与内部PC设备的通信按权利要求9所述通过双线线路实现。它的系统宽度的故障识别和发出故障信号得以保证，因为CAN网络连续地以适用于此CAN网络的数据工作。此外，CAN总线的特点在于其高度的灵活性。因为信息定向地进行数据传输，所以随时可以扩展此分析系统，无需改变整体结构。因此也随时能保证按权利要求7扩展I/O单元和按权利要求4扩展试样入口系统的数量。
应强调指出此专门为此呼气分析和数据评估与显示以及为监控仪器各部分功能故障而研制的操作软件。此专门研制的并适应于分析仪器的技术结构及工作方式的软件程序，作为已知的WINDOWS界面的应用进行工作。此程序的特点在于对用户可靠的屏面指导以及测量结果及由此获得的参数一目了然的显示。通过共用的用户界面能方便地到达在使用按本发明的碳同位素分析仪时例行动作所用的全部操作要素，诸如记录试样数据、起动测量以及用测量曲线显示和记录结果。此外连续地监控系统参数如压力和温度，并报告使用过程中可能发生的故障。通过在操作软件中调整少量的系统参数可方便地使分析仪器适应于不同的计划任务。尤其在应用于医学诊断领域的情况下，连续地监控分析仪器各模件的功能故障带来突出的优点。
下面可借助于实施例进一步说明本发明。在附图中表示：
图1碳同位素分析仪作用图，图中象征性地表示所有有重要作用的组件及部分；
图2专门研制的软件程序的作业窗口；
图3用于诊断和显示系统参数的软件程序的作业窗口。
图1中表示的作用图表示了按本发明的碳同位素分析仪重要的组件。
其中非扩散式红外分光计1配备有红外接收器，它们良好的选择性通过充填有关的测量成分13CO2或12CO2达到，以及在13CO2通道内配备有12CO2滤，通过它降低和补偿13CO2相对于12CO2的横向敏感性。为保证满足用于呼气测量时高精度的要求，整个光学系统是恒温的，这通过一个优化测量过程的恒温器1″来达到。此外，此光学系统气密地封闭，防止外界空气CO2含量的干扰。组合在非扩散式红外分光计1内并配备有图中没有详细表示的自己的微控制器9的测量模块1′，保证控制、测量数据采集和与外部PC设备5通信。气体处理系统2由组合在一起的计量与循环装置2′和冲洗与贫氮水煤气装置2″组成，其中，计量与循环装置2′包括试样入口系统7和试样检查系统8，这两个系统互相连接。试样入口系统由接管7′、阀7″和试样识别模块7组成。
在由呼气袋测量呼气前，阀7″、气体通路以及量杯用在冲洗和贫氮水煤气装置2″中产生的无CO2的空气冲洗。充填了试验气体的呼气袋的连接软管，套在设置在分析器操作侧的接管7″上。试验气体借助于加入贫氮水煤气的试样入口系统7计量。通过检查试验气体得知CO2浓度值，在这种情况下通过改变计量时间可任意选择在测量模块1′测量极限范围内的CO2浓度，并通过紧接着的循环导引测量气体，保证量杯内的浓度平衡。
实施经数字式I/O单元(3)和CAN总线接口4与外部PC设备5的数据交换，外部PC设备借助于专用的软件程序获知全部重要的数据，加工处理并通过专用的操作软件6显示。
呼气测量按下列步骤进行。要测量的试样输入专用的软件程序6，装有试验气体的呼气袋安装在试样入口系统7的接管7′上，由此通过阀7″起动试样识别模块7。
图2表示作业窗口，通过它在PC设备5的屏幕上向用户指示尚未测量的试样。现有，测量可借助于软件程序6和PC设备5开始。为此，首先在冲洗与贫氮水煤气装置2″然后在计量与循环装置2′上接通贫氮水煤气，以便用无CO2的空气冲洗各装置和气体通路。同样地也用无CO2的空气冲洗试样入口系统7。在用无CO2的空气冲洗这些装置和气体通路后，打开连接有一个呼气袋的阀7″，允许试验气体流入红外分光计1内。随着阀7″的开启试样识别模块7得到通知并在屏幕上向用户指示在相应的试样入口系统7处进行的测量。之后，再次转接计量和循环装置2′，以便从装置2′和红外分光计1除去仍存在的贫氮水煤气。若CO2浓度超过红外分光计1测量极限范围，则关闭阀7″和计量与循环装置2′，直至CO2浓度处于测量极限范围以内。然后，借助于循环导引测量在红外分光计1内的测量气体。在测量时间期满后，所获知的测量数据通过A/D转换器和CAN总线接口传输给外部PC设备5和操作软件6，并由此软件进行分析计算。试样识别模块7在屏幕上向用户指示在相应的试样入口系统处被测量的试样。接着重新接通冲洗与贫氮水煤气装置2″和计量与循环装置2′，所以再次允许贫氮水煤气流入分析系统内。在已经存在试验气体装料时，在试样识别模块7查询了在另一个试样入口系统7处被安装好的试样后，自动开始下一次的测量。
图3表示专用操作软件6的作业窗口，在此作业窗口上可显示、判断及调整系统参数。其中，碳同位素分析仪在技术上明确地按分析器1、计量与循环装置2′、冲洗与贫氮水煤气装置2″、数字式I/O单元3、CAN总线接口、试样入口系统7和试样检查系统8来分组，便于识别故障及实施故障的排除。
Claims (11)
1.确定呼气的CO2中稳定的同位素12C和13C比例的碳同位素分析仪，包括一个非扩散式红外分光计(1)、气体处理系统(2)、数字式I/O单元(3)、总线接口(4)和带操作软件(6)的外部PC设备(5)，其特征为：非扩散式红外分光计(1)和数字式I/O单元(3)控制组合在气体处理系统(2)内的试样入口系统(7)和试样检查系统(8)；非扩散式红外分光计(1)、气体处理系统(2)、数字式I/O单元(3)和总线接口(4)模块式地装在外壳内并通过电缆与外部PC设备(5)连接；每个模块配备有自己的微控制器(9)；以及，微控制器(9)通过总线接口(4)与外部PC设备(5)连通。
2.按照权利要求1所述的碳同位素分析仪，其特征为：非扩散式红外分光计(1)配备有测量模块(1′)，其中组合有微控制器(9)；以及，非扩散式红外分光计(1)配备有一个优化测量过程的恒温器(1″)以及是气密封闭的。
3.按照权利要求1所述的碳同位素分析仪，其特征为：在气体处理系统(2)内组合一计量与循环装置(2′)和一冲洗与贫氮水煤气装置(2″)，其中，计量与循环装置(2′)由试样入口系统(7)与试样检查系统(8)构成。
4.按照权利要求3所述的碳同位素分析仪，其特征为：试样入口系统(7)由接管(7′)、阀(7″)和试样识别模块(7)组成；安装八个试样入口系统(7)；可以扩大试样入口系统(7)的数量；以及，被组合的计量与循环装置(2′)和冲洗与贫氮水煤气装置(2″)通过改变计量时间实现可自由选择在测量模块(1′)的测量极限范围内的CO2浓度，并可通过循环导引测量气体达到量杯内的浓度平衡。
5.按照权利要求3所述的碳同位素分析仪，其特征为：试样入口系统(7)与试样检查系统(8)连接，以及，试样识别模块(7)的信息在试样检查系统(8)与数字式I/O单元(3)之间交换。
6.按照权利要求3所述的碳同位素分析仪，其特征为：被组合的计量与循环装置(2′)和冲洗与贫氮水煤气装置(2″)实现在测量模块(1″)的测量极限范围内CO2浓度的自由选择。
7.按照前列诸权利要求之一所述的碳同位素分析仪，其特征为：数字式I/O单元(3)数字地控制和检查并可扩展试样入口。
8.按照权利要求1所述的碳同位素分析仪，其特征为：总线接口(4)是一个标准化的CAN接口。
9.按照权利要求8所述的碳同位素分析仪，其特征为：总线接口(4)实现碳同位素分析仪的内部控制及与外部PC设备(5)的通信。
10.按照权利要求1所述的碳同位素分析仪，其特征为：外部PC设备(5)配备有CAN插件(10)和操作软件(6)。
11.按照权利要求10所述的碳同位素分析仪，其特征为：操作软件(6)是专门研制的程序，用于控制此分析器、测量数据采集、完整评定和数据显示以及用于监控功能失效的仪器部分，并作为在已知的微软WINDOWS界面下的一种应用工作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |