CN215525242U - 一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置。该装置包括进气装置、抽气泵、十通阀、载气装置、一级富集管、二级富集管、后级分析装置等；十通阀的十口分别接进气装置的出口、抽气泵、后级分析装置的入口、载气装置的出口、一级富集管两端和二级富集管两端。本实用新型通过利用一级富集增加进样浓度，有效地缩短了二级吸附的富集时间，同时采用转换载气方向的方式解决了大分子物质的滞留现象，节省了二级吸附的吸附剂量和加热时间，提高了设备的检测下限和工作效率。

Description

一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置

技术领域

本实用新型涉及有机气体多级富集领域，尤其涉及一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置。

背景技术

随着人们对自身健康问题的进一步关注和了解，挥发性有机物(volatileorganic compounds， VOCs)渐渐成为大家耳熟能详的名词之一，其主要包括烷烃类、芳烃类、烯烃类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他有机化合物。在人体代谢过程中，细胞会因情况不同而产生不同的VOCs，绝大部分VOCs会进入肺中，随着气体交换而呼出体外，部分VOCs会溶于汗液，皮脂，随皮肤代谢过程排出体外，残留于人体皮肤表面，部分VOCs会经过人体内循环系统、泌尿系统、消化系统进入尿液、粪便，随排尿排便过程排出体外。人体呼出气体与代谢废物中含有200多种VOCs，其浓度的变化或新生种类的产生都与疾病有关。因此，对人体代谢产生的VOCs的检测对于发现诊断疾病具有重要作用，而VOCs检测非侵入式的特点也具有高效、便捷的优势。

实用新型内容

本实用新型提出了一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，用于解决现有的设备进样浓度低、设备利用率低等问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，包括进气装置、十通阀、抽气泵、载气装置、二级富集管、后级分析装置、一级富集管、温控片；所述十通阀的①口接进气装置的出口，②口接一级富集管的一端，③口接抽气泵，④口接二级富集管的一端、⑤口接载气装置的出口，⑥口接后级分析装置的单端，⑦口接二级富集管的另一端，⑧口与⑨口使用管道相互连接，⑩口接一级富集管的另一端；所述一级富集管和二级富集管使用管道相互连接；所述一级富集管内分段填充吸附剂，在进口端填充的吸附剂能够吸附的分子量大于出口端填充的吸附剂能够吸附的分子量；

所述一级富集管和二级富集管上均设置有温控片；所述十通阀为气路状态转换阀门，当气路转换时，十通阀连接的一级富集管与二级富集管的进气方向与出气方向发生反转。

进一步地，在一级富集管的进口端填充可吸附分子量大于等于140的大分子亲和吸附剂，在一级富集管的出口端填充可吸附分子量小于等于140的小分子亲和吸附剂。

进一步地，所述一级富集管为长5-20厘米，内径1-5毫米，壁厚0.5-2毫米的薄壁金属管。

进一步地，所述温控片使用半导体材料的Peltier效应，实现制冷与加热，所述温控片表面贴有铂电阻Pt100用于测量温控片温度。

进一步地，所述一级富集管与二级富集管结构相同，一级富集管内径大于二级富集管。一级富集管内填充的吸附材料剂量大于二级富集管。

进一步地，所述载气装置由氮气发生器和压力调节阀相连组成，所述压力调节阀的出口接十通阀的其中⑤口。

进一步地，所述进气装置有第一进气口和第二进气口；使用第一进气口进气，采集气体为呼出气气体中的气管气；使用第二进气口进气，采集气体为呼出气气体中的肺泡气。

进一步地，所述后级分析装置由毛细管色谱柱与传感器组成。传感器为质量传感器。

进一步地，所述采集分析装置具有嵌入式系统控制电路，嵌入式系统控制电路与气路结构采用电气连接，嵌入式系统控制电路由蓝牙传输模块、温度控制模块、气路控制模块、信号分析模块、网络传输模块组成，嵌入式系统控制电路中气路控制模块与十通阀、抽气泵、载气装置相连接，嵌入式系统控制电路中温度控制模块与温控片相连，嵌入式系统控制电路中信号分析模块与后级分析装置相连，嵌入式系统控制电路中蓝牙传输模块与上位机和采集分析装置相连。

本实用新型的有益效果是：该装置采用分级富集模式，通过利用一级富集增加进样浓度，有效地缩短了二级吸附的富集时间，同时节省了二级吸附的吸附剂量和加热时间，提高了设备的检测下限和工作效率。

附图说明

图1是本实用新型人体可挥发性代谢物采集分析装置结构及一级富集示意图；

图2是一级脱附及二级富集示意图；

图3是二级脱附示意图；

图中：进气装置1、十通阀2、抽气泵3、载气装置4、二级富集管5、后级分析装置6、一级富集管7、温控片8、氮气发生器9、压力调节阀10、色谱柱11、传感器12、嵌入式系统控制电路15。

具体实施方式

结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。

如图1-3所示，一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，包括进气气装置1、十通阀2、抽气泵3、载气装置4、二级富集管5、后级分析装置6、一级富集管7、温控片8；所述十通阀2的①口接进气装置1的出口，②口接一级富集管7的一端，③口接抽气泵3，④口接二级富集管5的一端、⑤口接载气装置4的出口，⑥口接后级分析装置6的单端，⑦口接二级富集管5的另一端，⑧口与⑨口使用管道相互连接，⑩口接一级富集管7的另一端；所述一级富集管7和二级富集管5使用管道相互连接；所述一级富集管7和二级富集管5上均设置有温控片8；所述十通阀2为气路状态转换阀门，当气路转换时，十通阀2连接的一级富集管7与二级富集管5的进气方向与出气方向发生反转。

所述一级富集管7为长5-20厘米，内径1-5毫米，壁厚0.5-2毫米的薄壁金属管，其内分段填充吸附剂，在进口端填充的吸附剂能够吸附的分子量大于出口端填充的吸附剂能够吸附的分子量，具体为：在进口端填充可吸附分子量大于等于140的大分子亲和吸附剂，在出口端填充可吸附分子量小于等于140的小分子亲和吸附剂，当气流通过，移动缓慢的大分子物质滞留于进口端，移动迅速的小分子物质靠近出口端，在脱附时，气流方向调转，大分子物质将先一步被吹扫出富集管，避免大分子物质的滞留，在常温下吸附，脱附采用闪蒸方式，即通过直流或交流电加热薄壁金属管，使其在50毫秒内上升到200摄氏度。

所述温控片8使用半导体材料的Peltier效应，可实现制冷与加热，所述温控片8表面贴有铂电阻Pt100用于测量温控片温度，进而通过PID算法控制采集过程中富集管的温度。

所述一级富集管7与二级富集管5基本结构相同，一级富集管7内径大于二级富集管5。一级富集管7内填充的吸附材料剂量要大于二级富集管5，一级富集管7进行初步富集，二级富集管5进行二次富集进一步提高VOCs浓度，便于快速检测。

所述载气装置4由氮气发生器9和压力调节阀10相连组成，所述压力调节阀10的出口接十通阀2的其中⑤口，载气装置4负责输出氮气作为富集过程以及分析过程中的载气气流，运送VOCs依次经过一级富集管，二级富集管，色谱柱，进入后级分析装置。

所述进气装置1有第一进气口13和第二进气口14，由于在呼气时，气管气先于肺泡气呼出，因此，在进气装置1中，气管气将会滞留于进口远端，肺泡气将会滞留于进口近端，在采集气为呼出气时，使用第一进气口13进气口进气，采集气体为气管气，使用第二进气口14进气口进气，采集气体为肺泡气。

所述后级分析装置6由毛细管色谱柱11与传感器12组成。传感器12为质量传感器，可将传感器表面的质量沉积变化转变为电信号。

所述采集分析装置由嵌入式系统控制电路15控制，嵌入式系统控制电路15与气路结构采用电气连接，嵌入式系统控制电路15由蓝牙传输模块、温度控制模块、气路控制模块、信号分析模块、网络传输模块组成，嵌入式系统控制电路15中气路控制模块与十通阀2、抽气泵3、载气装置4相连接，控制十通阀2的状态转换、抽气泵3的开关状态、载气装置4的开合状态，嵌入式系统控制电路15中温度控制模块与温控片8相连，控制温度升降，嵌入式系统控制电路15中信号分析模块与后级分析装置6相连，负责信号处理计算，嵌入式系统控制电路15中蓝牙传输模块负责上位机与仪器之间的指令、数据收发，嵌入式系统控制电路 15中各模块时序控制由电路中CPU统一调控。

本实用新型提供的一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，具体使用过程包括以下步骤：

如附图1所示的一级富集：气路控制模块发送指令开启抽气泵并调整十通阀气路，使十通阀的⑩口与①口相连，②口与③口相连，④口与⑤口相连，⑥口与⑦口相连，⑧口与⑨口相连。进气装置中采集的气体在抽气泵的负压作用下，依次通过十通阀①口、十通阀⑩口后进入一级富集管内被吸附，经过10秒至20秒采样后，气路控制模块发送指令，使抽气泵关闭，停止抽气；

如附图2所示的二级富集：气路控制模块发送指令转换十通阀气路状态，使十通阀的①口与②口相连，③口与④口相连，⑤口与⑥口相连，⑦口与⑧口相连，⑨口与⑩口相连；气路控制模块发送指令开启抽气泵，温度控制模块发送指令，通过PID算法调节一级富集管上的温控片温度，加热一级富集管，使一级富集管中吸附的VOCs脱附，二级富集管仍保持常温状态，一级富集管中的气体在抽气泵负压的作用下，经过十通阀的①口至②口，以与一级富集过程的中进气方向相反的方向将一级富集管中遇热脱附的VOC气体经由十通阀⑩、⑨、⑧、⑦口链路吹入二级富集管中被吸附，经过10秒至20秒的吸附后，气路控制模块关闭抽气泵，温度控制模块停止对一级富集管的升温调控；

如附图3所示的进样检测：再次转换十通阀气路状态，使十通阀的⑩口与①口相连，②口与③口相连，④口与⑤口相连，⑥口与⑦口相连，⑧口与⑨口相连。通过温度控制模块调节二级富集管上的温控片温度，加热二级富集管，使二级富集管吸附的VOCs脱附。开启载气装置，载气装置产生的氮气载气经过十通阀⑤口到十通阀④口后进入二级富集管，以与二级富集过程中进气方向相反的方向把经过二级富集管中闪蒸后脱附的样品随气体带离，经过十通阀⑦口、⑧口后，进入后级分析装置中检测。气体在后级分析装置中通过色谱柱进行物质分离，小分子物质移动迅速，先一步接触传感器产生信号，大分子物质移动缓慢，较后接触传感器产生信号。传感器产生的信号经由信号分析模块处理后，通过蓝牙传输模块传送至上位机进行进一步分析以及显示。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，包括进气装置(1)、十通阀(2)、抽气泵(3)、载气装置(4)、二级富集管(5)、后级分析装置(6)、一级富集管(7)、温控片(8)；所述十通阀(2)的①口接进气装置(1)的出口，②口接一级富集管(7)的一端，③口接抽气泵(3)，④口接二级富集管(5)的一端、⑤口接载气装置(4)的出口，⑥口接后级分析装置(6)的单端，⑦口接二级富集管(5)的另一端，⑧口与⑨口使用管道相互连接，⑩口接一级富集管(7)的另一端；所述一级富集管(7)和二级富集管(5)使用管道相互连接；所述一级富集管(7)内分段填充吸附剂，在进口端填充的吸附剂能够吸附的分子量大于出口端填充的吸附剂能够吸附的分子量；

所述一级富集管(7)和二级富集管(5)上均设置有温控片(8)；所述十通阀(2)为气路状态转换阀门，当气路转换时，十通阀(2)连接的一级富集管(7)与二级富集管(5)的进气方向与出气方向发生反转。

2.根据权利要求1所述的一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，在一级富集管(7)的进口端填充可吸附分子量大于等于140的大分子亲和吸附剂，在一级富集管(7)的出口端填充可吸附分子量小于等于140的小分子亲和吸附剂。

3.根据权利要求1所述的一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，所述一级富集管(7)为长5-20厘米，内径1-5毫米，壁厚0.5-2毫米的薄壁金属管。

4.根据权利要求1所述的一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，所述温控片(8)使用半导体材料的Peltier效应，实现制冷与加热，所述温控片(8)表面贴有铂电阻Pt100用于测量温控片温度。

5.根据权利要求1所述的一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，所述一级富集管(7)与二级富集管(5)结构相同，一级富集管(7)内径大于二级富集管(5)；一级富集管(7)内填充的吸附材料剂量大于二级富集管(5)。

6.根据权利要求1所述的一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，所述载气装置(4)由氮气发生器(9)和压力调节阀(10)相连组成，所述压力调节阀(10)的出口接十通阀(2)的其中⑤口。

7.根据权利要求1所述的一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，所述进气装置(1)有第一进气口(13)和第二进气口(14)；使用第一进气口(13)进气，采集气体为呼出气气体中的气管气；使用第二进气口(14)进气，采集气体为呼出气气体中的肺泡气。

8.根据权利要求1所述的一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，所述后级分析装置(6)由毛细管色谱柱(11)与传感器(12)组成；传感器(12)为质量传感器。

9.根据权利要求1所述的一种一体化人体可挥发性代谢物采集分析装置，其特征在于，所述采集分析装置具有嵌入式系统控制电路(15)，嵌入式系统控制电路(15)与气路结构采用电气连接，嵌入式系统控制电路(15)由蓝牙传输模块、温度控制模块、气路控制模块、信号分析模块、网络传输模块组成，嵌入式系统控制电路(15)中气路控制模块与十通阀(2)、抽气泵(3)、载气装置(4)相连接，嵌入式系统控制电路(15)中温度控制模块与温控片(8)相连，嵌入式系统控制电路(15)中信号分析模块与后级分析装置(6)相连，嵌入式系统控制电路(15)中蓝牙传输模块与上位机和采集分析装置相连。

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