FI102569B - Measurement of gas components with high precision - Google Patents

Measurement of gas components with high precision Download PDF

Info

Publication number
FI102569B
FI102569B FI955410A FI955410A FI102569B FI 102569 B FI102569 B FI 102569B FI 955410 A FI955410 A FI 955410A FI 955410 A FI955410 A FI 955410A FI 102569 B FI102569 B FI 102569B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
gas
concentration
measured
component
components
Prior art date
Application number
FI955410A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI955410A0 (en
FI955410A (en
FI102569B1 (en
Inventor
Kurt Peter Weckstroem
Original Assignee
Instrumentarium Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Instrumentarium Oy filed Critical Instrumentarium Oy
Priority to FI955410A priority Critical patent/FI102569B1/en
Publication of FI955410A0 publication Critical patent/FI955410A0/en
Publication of FI955410A publication Critical patent/FI955410A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI102569B publication Critical patent/FI102569B/en
Publication of FI102569B1 publication Critical patent/FI102569B1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

102569102569

Kaasukomponenttien tarkka mittaus - Mätning av gaskomponenter med hög precision 5 Keksintö koskee menetelmää, jossa analysoidaan kaasuseoksia ei-dispersiivisesti säteilyabsorptiolla, jolloin analysointi kohdistuu vähintään yhteen ennalta määrättyyn kaasukomponenttiin ja kaasuseos saattaa sisältää häiritseviä ainekomponentte-ja, jotka törmäyslevenemän kautta vaikuttavat mittauskohteina olevien kaasukom-ponenttien säteilyabsorptioon, näiden mainittujen vaikutusten vähentämiseksi mitta-10 ustulosta varten, joka menetelmä käsittää vaiheina: määritetään ennen analysointeja mittauskohteena olevan kaasukomponentin säteilyabsorptioon vaikuttavan kunkin merkittävän häiriökomponentin vaikutuksen suuruus ja suunta sekä kaasukomponentin että häiriökomponentin ainakin yhdellä pitoisuudella. Erityisesti keksintö kohdistuu menetelmän käyttöön potilaan hengityskaasun kaasukomponenttien tar-15 kaksi mittaamiseksi infrapunamenetelmällä kompensoimalla eri kaasukomponenttien törmäyksistä johtuvat ristikkäisvaikutukset.The invention relates to a method for the non-dispersive analysis of gas mixtures by radiation absorption, wherein the analysis is directed to at least one predetermined gas component and the gas mixture may contain interfering gaseous components. to reduce these said effects for the measurement result, the method comprising the steps of: determining, prior to analysis, the magnitude and direction of the effect of each significant interference component affecting the radiation absorption of the gas component being measured at at least one concentration of both the gas component and the interference component. In particular, the invention is directed to the use of a method for measuring the gas components of a patient's respiratory gas by the infrared method by compensating for the cross-effects due to collisions of different gas components.

Mitattaessa kaasukonsentraatiota infrapunatekniikalla käytetään useimmiten ei-dis-persiivistä menetelmää eli mitataan absorptiosignaalia suhtellisen kapealla aallonpi-20 tuusalueella optisen kaistanpäästösuodattimen läpi. Optisen suodattimen läpäisy-kaistan leveys on tyypillisesti samaa suuruusluokkaa kuin analysoitavan kaasukomponentin hyödynnettävän spektrijuovan leveys. Mitattu säteilysignaali on silloin lä-päisykaistan eri aallonpituuksilla vallitsevien läpäisyjen yli integroitu arvo. Tällaisia laitteita on kuvattu julkaisuissa US-3 745 349 ja HEWLETT-PACKARD 25 JOURNAL, September 1981, s. 3-5: R.J. Solomon - "A Reliable, Accurate CO2 Analyzer for Medical Use". Ensin mainitussa julkaisussa käytetään kahta infrapuna-säteilylähdettä, jotka emittoivat näytekaasun läpi, mutta toisesta säteilylähteestä tuleva säteily tehdään esim. optisella kaasusuodattimella mittauksessa käytettävää aallonpituusaluetta kapeammaksi. Tarkoituksena on saada aikaan referenssilähde, jonka 30 antamaan säteilyintensiteettiin detektorissa tutkittava kaasuseos ei vaikuttaisi. Tavoitteena on päästä kompensoimaan mittauskammioon kerääntyvän lian ja muiden ·* aineiden, joilla on absorptiota samalla alueella kuin tutkittavalla kaasulla, vaikutusta sekä välttää eri detektorien sovitusongelmia. Infrapunalähteitä käytetään moduloituina, jolloin yhteen detektoriin saadaan vuorotellen varsinainen signaali ja referenssi-35 signaali, jotka siis ovat kulkeneet samaa reittiä ja näkevät epäpuhtaudet samalla tavalla. Tässä julkaisussa nämä ongelmat on ratkaistu rakenteella, jossa ei ole liikkuvia osia. Jälkimmäisessä julkaisussa on pyritty ratkaisemaan samoja ongelmia, mutta käyttämällä pyörivää kiekkoa, joka sisältää erilaisia suodattimia referenssiarvon saamiseksi.When measuring the gas concentration by infrared technology, a non-dispersive method is most often used, i.e. the absorption signal is measured in a relatively narrow wavelength range through an optical bandpass filter. The width of the transmission band of the optical filter is typically of the same order of magnitude as the width of the spectral line utilized by the gas component to be analyzed. The measured radiation signal is then an integrated value over the transmissions prevailing at different wavelengths of the transmission band. Such devices are described in U.S. Pat. No. 3,745,349 and HEWLETT-PACKARD 25 JOURNAL, September 1981, pp. 3-5: R.J. Solomon - "A Reliable, Accurate CO2 Analyzer for Medical Use". The former publication uses two infrared radiation sources which emit through the sample gas, but the radiation from the second radiation source is made narrower than the wavelength range used in the measurement, for example by means of an optical gas filter. The purpose is to provide a reference source whose radiant intensity 30 would not be affected by the gas mixture being examined in the detector. The aim is to compensate for the effect of dirt and other substances accumulating in the measuring chamber, which have an absorption in the same area as the gas under test, and to avoid matching problems between different detectors. Infrared sources are used modulated, so that one detector alternates between the actual signal and the reference-35 signal, which have thus traveled the same path and see the contaminants in the same way. In this publication, these problems are solved with a structure without moving parts. The latter publication has sought to solve the same problems, but by using a rotating disk containing different filters to obtain a reference value.

\ 2 102569\ 2 102569

Molekyylimuodossa olevan kaasun absorptiospektri koostuu normaalisti molekyy-livibraatioiden aiheuttamista absorptiospektrijuovista ja niiden sisällä rotaatiosiirty-mistä johtuvasta hienorakenteesta, ts. absorptioviivoista. Riittävällä erotuskyvyllä mitattuna kaasun absorptiospektri siis koostuu suuresta määrästä hyvin kapeita ab-5 sorptioviivoja. Hiilidioksidilla on esimerkiksi vibraation absorptiospektrijuova, jonka keskiaallonpituus on 4260 nm. Tarkempi analyysi osoittaa, että alue koostuu yli 80 kapeasta rotaation aiheuttamasta absorptioviivasta. Näiden viivojen puoliarvo-leveys, joka tarkoittaa viivan levyttä kohdassa, jossa absorptio on puolet maksimistaan, ja absorptiointensiteetti ovat riippuvaisia monesta tekijästä kuten lämpötilasta, 10 pitkän mittaustien aiheuttamasta itseabsorptiosta ja muiden kaasuseoksessa olevien molekyylien törmäyksistä. Törmäyslevenemällä siis tarkoitetaan absorptio viivojen leveyden, erityisesti puoliarvoleveyden, suurenemista, jossa yhteydessä viivan ab-sorptiohuipun intensiteetti samanaikaisesti alenee. Kaksi ensimmäistä voidaan yleensä helposti ottaa huomioon mittaussignaalin kompensoinnissa mittaamalla läm-15 pötila ja mittausgeometriasta johtuvat linearisointivaikutukset kyseiseen kaasuun.The absorption spectrum of a gas in molecular form normally consists of absorption spectral lines caused by molecular vibrations and a fine structure due to rotational displacement within them, i.e. absorption lines. Thus, measured with sufficient resolution, the gas absorption spectrum consists of a large number of very narrow ab-5 sorption lines. For example, carbon dioxide has a vibration absorption spectral band with a center wavelength of 4260 nm. A more detailed analysis shows that the region consists of more than 80 narrow absorption lines caused by rotation. The half-width-width of these lines, which means the line plate at the point where the absorption is half maximum, and the absorption intensity depend on many factors such as temperature, self-absorption caused by the long measurement paths, and collisions of other molecules in the gas mixture. Collision flattening thus means an increase in the width of the absorption lines, in particular the half-width, in connection with which the intensity of the absorption peak of the line simultaneously decreases. The first two can generally be easily taken into account in the compensation of the measurement signal by measuring the temperature and the linearization effects due to the measurement geometry on the gas in question.

Sen sijaan muiden kaasukomponenttien törmäyksistä johtuva muutos, joka joskus voi olla merkittävä, pitää erityisesti ottaa huomioon konsentraatiovirheiden minimoimiseksi. Julkaisussa APPLIED OPTICS, Voi. 25, No. 14 / 1986, s. 2434-2439:Instead, the change due to collisions with other gas components, which can sometimes be significant, must be taken into account in particular to minimize concentration errors. In APPLIED OPTICS, Vol. 25, no. 14/1986, pp. 2434-2439:

Cousin, Le Doucen, Houdeau, Boulet, Henry - "Air broadened linewidths, intensi-20 ties, and spectral line shapes for C02 at 4.3 pm in the region of the AMTS instrument" selostetaan hiilidioksidin puoliarvoleveyden muutoksia typpi- ja happiseok-sessa. Normaalipaineessa olevan kaasuseoksen hiilidioksidiviivan (järjestysnumeroltaan 67) puoliarvoleveys on happiseoksessa 0,055 cm'1 (0.10 nm) ja typpiseok-sessa 0,060 cm'1 (0.11 nm) konsentraatiolle 5 % C02. Hiilidioksidin itselleen aiheut-: 25 tämän levenemän osuus näissä luvuissa on vain noin 0,003 cm'1.Cousin, Le Doucen, Houdeau, Boulet, Henry - "Air broadened linewidths, intensities-20 ties, and spectral line shapes for CO2 at 4.3 pm in the region of the AMTS instrument" describes changes in the half-width of carbon dioxide in a nitrogen and oxygen mixture. The half-width of the carbon dioxide line of the gas mixture at normal pressure (serial number 67) is 0.055 cm -1 (0.10 nm) in the oxygen mixture and 0.060 cm -1 (0.11 nm) in the nitrogen mixture for a concentration of 5% CO 2. The proportion of carbon dioxide itself caused by this widening in these figures is only about 0.003 cm -1.

Polaariset kaasut kuten typpioksiduuli ja anestesiakaasut vaikuttavat paljon enemmän puoliarvoleveyteen. Tämän takia korjataan esimerkiksi potilaan hengityskaasun hiilidioksidimäärän mittaustulosta mittaamalla myös ilokaasupitoisuutta kuten julkaisussa 30 US-4 423 739 ja käyttämällä tätä ilokaasumittaustulosta laskennallisesti hyväksi hiilidioksidipitoisuuden mittaustuloksen oikaisemiseksi. Myös hapen vaikutusta mittaustulokseen voidaan tiettävästi kompensoida vastaavalla tavalla vaikkakin hapen aiheuttama virhe on pienempi kuin ilokaasun aiheuttama virhe. Hapella ei ole infrapuna-ab-sorptiota, joten kompensointiin tarvittava konsentraatiotieto täytyy mitata jollakin 35 muulla menetelmällä, kuten paramagneettisesti. Typpikaasulla ei myöskään ole infra-puna-absorptiota ja koska se lisäksi on hyvin hankala mitattava, niin yleensä analysaattori kalibroidaan typen läsnäollessa, jolloin oletetaan sen kompensointitarpeen poistuvan ja muiden kaasujen kompensointi tapahtuu suhteessa näin saatuun hiilidi- 3 102569 oksidin mittaustulokseen. Tämä johtaa esimerkiksi siihen, että hapen vaikutus hiilidioksidiin on konsentraatioarvoa pienentävä, koska hapen aiheuttama törmäyslevenemä on pienempi kuin typen aiheuttama. Kaikki muut anestesian aikana potilaan hengityksessä normaalisti esiintyvät kaasut vaikuttavat lisäävästi hiilidioksidin alkuperäiseen 5 mittausarvoon. Harvoin käytettyjen jalokaasujen, kuten heliumin ja ksenonin, aiheuttama törmäyslevenemä on pieni, mistä johtuen niillä on typpeen verrattuna konsentraatioarvoa pienentävä vaikutus. Vastaavia hengityskaasuseoksessa esiintyvien kaasu-komponenttien törmäyslevenemän aiheuttamia kompensointitarpeita esiintyy myös muilla kaasuilla siten, että suurimmat toistensa kanssa vuorovaikuttavat kaasut ovat 10 hiilidioksidi, ilokaasuja aiemmin luetellut anestesiakaasut.Polar gases such as nitrous oxide and anesthetic gases have a much greater effect on half-width. For this reason, for example, the carbon dioxide measurement result of a patient's respiratory gas is corrected by also measuring the nitrous oxide concentration as in U.S. Pat. No. 4,423,739 and using this nitrous oxide measurement result computationally to correct the carbon dioxide concentration measurement result. It is known that the effect of oxygen on the measurement result can be compensated in a corresponding manner, although the error caused by oxygen is smaller than the error caused by nitrous oxide. Oxygen does not have infrared ab sorption, so the concentration information required for compensation must be measured by some other method, such as paramagnetically. Nitrogen gas also has no infrared absorption and, in addition, is very difficult to measure, the analyzer is usually calibrated in the presence of nitrogen, assuming that its need for compensation is eliminated and other gases are compensated for the carbon dioxide measurement thus obtained. This results, for example, in the effect of oxygen on carbon dioxide reducing the concentration value, because the collision propagation caused by oxygen is smaller than that caused by nitrogen. All other gases normally present in the patient's breath during anesthesia contribute to the initial measurement of carbon dioxide. Rarely used noble gases, such as helium and xenon, have a small collision propagation effect, which means that they have a concentration-reducing effect compared to nitrogen. Similar compensatory needs for the collision propagation of the gas components present in the breathing gas mixture also exist for other gases, with the largest interacting gases being carbon dioxide, the anesthetic gases previously listed.

Edellä selitetyn törmäyslevenemän aiheuttaman virheen lisäksi mittaussignaalissa voi olla kaasukomponenttien päällekkäistä infrapuna-absorptiota. Se saattaa aiheuttaa virhettä mitattuun kaasulukemaan vaikkei mitattavaa kaasua olisikaan. Tämä 15 keksintö ei koske tätä hyvin tunnettua ilmiötä.In addition to the error caused by the collision propagation described above, the measurement signal may have overlapping infrared absorption of the gas components. It may cause an error in the measured gas reading even if there is no gas to be measured. This invention does not relate to this well-known phenomenon.

Kaasun konsentraatio on verrannollinen kaasumolekyylien määrään mittaustilavuu-dessa ja -paineessa. Infrapuna-absorptioon osallistuvien molekyylien määrä säilyy törmäysprosessissa jokseenkin samana, jos olosuhteet muuten eivät muutu. Ainoas-20 taan energiajakautuma on hieman muuttunut aiheuttaen absorptioviivojen levenemisen. Absorptioviivan yli integroitu absorbanssiarvo säilyy siis käytännöllisesti katsoen muuttumattomana. Infrapunatekniikalla ei kuitenkaan pystytä suoraan mittaamaan absorbanssia vaan mitataan transmissiota. Varsinkin kun mitataan ei-dispersii-visesti käyttäen sellaista aallonpituuskaistaa, joka on leveämpi kuin yksittäisen ab-25 sorptioviivan leveys, niin läpäisystä saatu mittaussignaali, joka tulee olemaan integraali optisen kaistanpäästösuodattimen em. leveän aallonpituuskaistan yli, on virheellinen antaen liian suuren konsentraatioarvon.The gas concentration is proportional to the number of gas molecules in the measurement volume and pressure. The number of molecules involved in infrared absorption in the collision process remains more or less the same unless the conditions otherwise change. The energy distribution of 20 alone has changed slightly, causing the absorption lines to widen. The absorbance value integrated over the absorption line thus remains virtually unchanged. However, infrared technology is not able to directly measure absorbance but measures transmission. Especially when measuring non-dispersively using a wavelength band wider than the width of a single ab-25 sorption line, the transmission measurement signal which will be integral over the above-mentioned wide wavelength band of the optical bandpass filter is erroneous, giving too high a concentration.

Jos optisen kaistanpäästösuodattimen läpäisykaista ulottuu useamman absorptiovii-30 van alueelle, kuten yleensä on tilanne hengityskaasujen kaasukomponentteja mitat-] taessa, niin korjauksen tarvetta on, koska konsentraatiolukema kasvaa törmäysleve nemän kasvaessa. Konsentraatiovirheeseen vaikuttaa myös mittauskanavan pituus, ts. mittauskammion se mitta, jonka suunnassa säteily kulkee kammion läpi. Lyhyellä kanavalla kompensointitarve on pienempi kun taas pitemmällä kanavalla, jossa mi-35 tattavan kaasun absorptio on pienentänyt transmissiota oleellisesti enemmän, kompensointitarve voi olla tuntuva. Potilaan hengitysilman hiilidioksidimittauksessa, jossa esimerkiksi huomattava osa kaasuseoksesta voi olla typpioksiduulia, ts. ilokaasua, laskettu konsentraatioarvo saattaa olla jopa 15 % liian korkea johtuen yllä seli- 4 102569 tetystä transmissiointegraalin aiheuttamasta virheestä. Virhettä lisäävät vielä anestesian aikana käytetyt anestesiakaasut, etenkin desfluraani ja sevofluraani niiden suuren käyttökonsentraation tai suuren absorptiokyvyn takia, mutta myös muut anestesiakaasut kuten halotaani, enfluraani ja isofluraani sekä ksenon ym.If the transmission band of the optical bandpass filter extends over several absorption lines, as is usually the case when measuring the gas components of the respiratory gases, then there is a need for correction because the concentration reading increases as the collision width increases. The concentration error is also affected by the length of the measuring channel, i.e. the dimension of the measuring chamber in the direction in which the radiation passes through the chamber. In the short channel, the need for compensation is lower, while in the longer channel, where the absorption of the gas to be measured has reduced the transmission substantially more, the need for compensation may be appreciable. In a carbon dioxide measurement of a patient's breathing air, where, for example, a substantial portion of the gas mixture may be nitrous oxide, i.e., nitrous oxide, the calculated concentration value may be up to 15% too high due to the transmission integral error described above. The error is further exacerbated by the anesthetic gases used during anesthesia, especially desflurane and sevoflurane due to their high concentration of use or high absorption capacity, but also other anesthetic gases such as halothane, enflurane and isoflurane and xenon et al.

5 Tämän keksinnön tavoitteena on saada aikaan menetelmä, jonka avulla voitaisiin mahdollisimman täydellisesti kompensoida törmäyslevenemän aiheuttama virhe normaalissa ei-dispersiivisessa kaasumittaussysteemissä, jossa optisen kaistanpäästö-suodattimen läpäisykaistan leveys on suurempi kuin tutkittavan kaasun spektrijuo-10 vaan sisältyvän yksittäisen absorptioviivan leveys. Keksinnön toisena tavoitteena on tällainen menetelmä, jonka avulla voitaisiin kompensoida muidenkin kaasukompo-nenttien kuin typpioksiduulin aikaansaaman törmäyslevenemän aiheuttamaa virhettä mahdollisimman yksinkertaisesti ja luotettavasti ilman, että laitetta olisi kalibroitava erikseen jokaista törmäyslevenemää aiheuttavan häiriökomponentin suhteen. Kek-15 sinnön kolmantena tavoitteena on tällainen menetelmä, joka soveltuu erityisesti potilaan hengityskaasujen analysointiin.It is an object of the present invention to provide a method for compensating as completely as possible for a collision propagation error in a normal non-dispersive gas measuring system in which the transmission bandwidth of the optical bandpass filter is greater than the width of a single absorption line. Another object of the invention is such a method by which the error caused by a collision propagation caused by gas components other than nitrous oxide could be compensated as simply and reliably as possible without having to calibrate the device separately for each disturbance component causing the collision propagation. A third object of the Kek-15 invention is such a method which is particularly suitable for the analysis of a patient's respiratory gases.

Edellä kuvatut haittapuolet saadaan eliminoitua ja edellä määritellyt tavoitteet saavutettua keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, mitä on 20 määritelty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa ja keksinnön mukaisella käytöllä, jolle on tunnusomaista se, mitä on määritelty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.The disadvantages described above can be eliminated and the objects defined above can be achieved by the method according to the invention, which is characterized by what is defined in the characterizing part of claim 1 and by the use according to the invention, characterized by what is defined in the characterizing part of claim 5.

Keksinnön tärkeimpänä etuna on se, että sen mukaisella menetelmällä voidaan yk-j. 25 sinkertaisia korjaustermejä käyttäen kompensoida usean esimerkiksi potilaan hengi tysilmassa esiintyvän kaasukomponentin aikaansaaman törmäyslevenemän aiheuttama mittausvirhe. Keksinnön etuna on myös se, että sen mukaisella menetelmällä voidaan yksinkertaisia koijaustermejä käyttäen kompensoida paitsi hiilidioksidin mittaustulosta myös typpioksiduulin mittaustulosta tai, jos mittaus kohdistuu muihin 30 kaasukomponentteihin, vastaavasti kompensoida näiden muiden kaasukomponentti-en mittaustuloksia.The main advantage of the invention is that the method according to it can yk-j. 25 simple correction terms to compensate for a measurement error caused by multiple collision propagation caused by, for example, a gas component in a patient's breathing air. The invention also has the advantage that the method according to it can be used to compensate not only the measurement result of carbon dioxide but also the measurement result of nitrous oxide or, if the measurement is applied to other gas components, to compensate the measurement results of these other gas components.

Keksinnön menetelmässä mitataan ainakin kaikki oleelliset infrapuna-absorptiota omaavat kaasukomponentit potilaan hengityskaasusta. Infrapunatekniikalla mitattavan 35 kaasukomponentin, kuten hiilidioksidin ja ilokaasun alkuperäistä mitattua pitoisuus-arvoa kompensoidaan yleensä ainakin kahden infrapuna-absorptiota omaavan ja kaa-suseoksessa, kuten hengityskaasussa esiintyvän kaasukomponentin aiheuttaman törmäyslevenemän suhteen. Tarkan mittaustuloksen saamiseksi mittausanturi kalibroi- 5 102569 daan yksilöllisesti käyttäen lopullista optista kaistanpäästösuodatinta, johtuen siitä, että kaistanpäästösuodattimien eri yksilöiden läpäisykaistat sijaitsevat aina toisistaan hieman poikkeavilla aallonpituuksilla. Keksinnön mukaan kuitenkin riittää, että laitteen kalibroinnin yhteydessä käytetään yhtä kaasukomponenttia, varsinkin anestesia-5 kaasua, laitteen kompensointiparametrien määrittämiseksi ja käytetään saatua tulosta hyväksi usean muun varsinkin anestesiakaasun kompensointiparametrien määrittämiseen epäsuorasti. Tämä tapahtuu siten, että käytetään hyväksi muussa yhteydessä keksinnön mukaisesti selvitettyjä em. yhden kaasukomponentin ja muiden kaasukom-ponenttien välisiä riippuvuuskertoimia. Näiden riippuvuuskertoimien avulla oikais-10 taan muiden kuin em. yhden kaasukomponentin aiheuttamat törmäyslevenemät kun taas tämän yhden kaasukomponentin aiheuttama törmäyslevenemä kompensoidaan tavanomaiseen tapaan kompensointifunktion avulla. Kompensointi riippuvuuskertoimien ja kompensointifunktion avulla tapahtuu edullisimmin siinä järjestyksessä, että ensin kompensoidaan niiden kaasukomponenttien osuus, joiden pitoisuusmittaukseen 15 varsinainen analysointikohteena oleva kaasukomponentti tai -komponentit eivät vaikuta tai vaikuttavat mahdollisimman vähän. Mittauskohteena olevalla kaasulla tarkoitetaan tässä analysoitavassa kaasuseoksessa olevaa sellaista komponenttia, jonka mittaustarkkuudelle ja mittausluotettavuudelle on asetettu tiukat vaatimukset, jolloin mahdollisten virhelähteiden vaikutus on pyrittävä eliminoimaan.In the method of the invention, at least all essential gas components with infrared absorption are measured from the patient's breathing gas. The initial measured concentration value of a gas component 35 measured by infrared technology, such as carbon dioxide and nitrous oxide, is generally compensated for by the collision propagation caused by at least two gas components having infrared absorption and present in a gas mixture such as breathing gas. In order to obtain an accurate measurement result, the measuring sensor is individually calibrated using a final optical bandpass filter, due to the fact that the transmission bands of the different individuals of the bandpass filters are always located at slightly different wavelengths. However, according to the invention, it is sufficient to use one gas component, in particular anesthesia-5 gas, to calibrate the device and to use the result obtained to determine the compensation parameters of several other, in particular anesthetic, gases indirectly. This is done by utilizing the dependence coefficients between the above-mentioned one gas component and the other gas components, which have been determined in another context in accordance with the invention. These dependence factors are used to correct the collision propagations caused by a gas component other than the above-mentioned one, while the collision propagation caused by this one gas component is compensated in a conventional manner by means of a compensation function. Compensation by means of dependence factors and a compensation function is most preferably performed in the order of first compensating the proportion of gas components whose concentration measurement is not affected or is affected as little as possible by the actual gas component or components to be analyzed. The gas to be measured is a component in the gas mixture to be analyzed for which strict requirements have been set for the measurement accuracy and reliability, in which case the effect of possible sources of error must be eliminated.

2020

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin kuvioihin viittaamalla.In the following, the invention will be described in detail with reference to the accompanying figures.

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti miten hengityskaasun eri kaasukomponentit törmäys-levenemän kautta vaikuttavat toisiinsa.Figure 1 schematically shows how the different gas components of the breathing gas interact through the collision-expansion.

2525

Kuviot 2A ja 2B esittävät eräitä esimerkkejä desfluraanin (Des) ja vastaavasti sevo-fluraanin (Sev) aiheuttamista virheistä hiilidioksidin konsentraatiolukemaan optisen kaistanpäästösuodattimen päästökaistan keskiaallonpituuden muuttuessa. Pystyakselilla on virhe prosentteina ja vaaka-akselilla hiilidioksidipitoisuus.Figures 2A and 2B show some examples of errors caused by desflurane (Des) and Sevo-fluran (Sev), respectively, in the carbon dioxide concentration reading as the center wavelength of the passband of the optical bandpass filter changes. The vertical axis has a percentage error and the horizontal axis has a carbon dioxide content.

3030

Kuvio 3 esittää kuvioissa 2A ja 2B esiintyvien desfluraanin ja sevofluraanin hiilidi-oksidilukemaan aiheuttamien virheiden keskinäisen riippuvuuden.Figure 3 shows the interdependence of the errors caused by desflurane and sevoflurane in the carbon dioxide reading in Figures 2A and 2B.

Kuviot 4A ja 4B esittävät eräitä esimerkkejä desfluraanin (Des) ja vastaavasti sevo-35 fluraanin (Sev) aiheuttamista virheistä ilokaasun konsentraatiolukemaan optisen kaistanpäästösuodattimen päästökaistan keskiaallonpituuden muuttuessa. Pystyakselilla on virhe prosentteina ja vaaka-akselilla ilokaasupitoisuus.Figures 4A and 4B show some examples of errors caused by desflurane (Des) and Sevo-35 flurane (Sev), respectively, in the nitrous oxide concentration reading as the center wavelength of the passband of the optical bandpass filter changes. The vertical axis has a percentage error and the horizontal axis has a nitrous oxide content.

6 1025696 102569

Kuvio 5 esittää kuvioissa 4A ja 4B esiintyvien desfluraanin ja sevofluraanin ilokaa-sulukemaan aiheuttamien virheiden keskinäisen riippuvuuden.Figure 5 shows the interdependence of the defects caused by desflurane and sevoflurane in Figures 4A and 4B.

Kuten kuviosta 1 näkyy, oleellisesti kaikki hengityskaasussa esiintyvät komponentit 5 aiheuttavat törmäyslevenemää kun infrapunatekniikaa käyttäen mitataan ei-dispersii-visesti optisen kaistanpäästösuodattimen läpi, jonka läpäisykaista on oleellisesti leveämpi kuin yksittäisten rotaatioabsorptioviivojen leveys. Nuolet osoittavat, mitkä kaasut aiheuttavat törmäyslevenemää ja mihin kaasuun se kohdistuu. Hiilidioksidi vaatii eniten kompensointia, mutta myös ilokaasulukema riippuu monesta kaasusta. 10 Myöskin anestesiakaasujen (desfluraani, sevofluraani, halotaani, enfluraani ja iso-fluraani) lukemat ovat jossakin määrin riippuvaisia muista kaasukomponenteista, joskin kompensointitarve on niin pieni, ettei sitä käytännössä ole tarpeen suorittaa. Kompensointiparametrien mittaaminen yksilöllisesti kaikille tuotannossa valmistuville kaasumittausantureille olisi aikaavievää ja kallista, varsinkin jos se on tehtävä 15 kaikkien anestesiakaasujen suhteen tarkan kompensoinnin aikaansaamiseksi.As shown in Figure 1, substantially all of the components 5 present in the breathing gas cause a collision propagation when measured non-dispersively through an optical bandpass filter using infrared technology, the passband of which is substantially wider than the width of the individual rotational absorption lines. The arrows indicate which gases cause the collision propagation and which gas it targets. Carbon dioxide requires the most compensation, but the nitrous oxide reading also depends on many gases. 10 The readings for anesthetic gases (desflurane, sevoflurane, halothane, enflurane and iso-fluran) are also to some extent dependent on other gas components, although the need for compensation is so small that it is not necessary in practice. Measuring the compensation parameters individually for all gas measuring sensors completed in production would be time consuming and expensive, especially if it has to be done for all anesthetic gases to achieve accurate compensation.

Käytettävät kaistanpäästösuodattimet ovat yleensä kaistanleveydeltään 1 - 3 % niiden keskiaallonpituudesta. Jos keskiaallonpituus esimerkiksi on hiilidioksidille sopiva 4260 nm, niin kaistanleveys on yleensä noin 100 nm. Valmistusteknisistä syistä kes-20 kiaallonpituudessa on hieman hajontaa. Tästä syystä suodattimen läpäisykaista ei aina asetu samaan kohtaan kaasun absorptiojuovaa. Useimmiten tilanne on jopa sellainen, että tarvittavat törmäyslevenemän kompensointiparametrit ovat suodattimen keskiaallonpituudesta riippuvaisia. On siis tarpeellista suorittaa yksilöllinen kalibrointi parametrien löytämiseksi. Kuvioissa 2A ja 2B aallonpituusriippuvuus näkyy selvästi. Ku-25 vassa 2A on desfluraanin (pitoisuus 10%) aiheuttama virhe hiilidioksidilukemaan esitetty kolmelle eri hiilidioksidin mittaamiseen sopivalle kaistanpäästösuodattimelle. Esitetyt virheet D% C02 riippuvat myös mittausgeometriasta. Kuvioiden 2A ja 2B tulokset on mitattu käyttäen 30 mm pitkää näytekammiota ja olisivat pienempiä lyhyemmällä kammiolla. Kuviosta 2 B näkyy, että myös sevofluraanilla (pitoisuus 7,5 %) 30 on vastaava vaikutus hiilidioksidilukemaan. Muut käytössä olevat anestesiakaasut halotaani, enfluraani ja isofluraani vaikuttavat samalla tavalla. Virhelukema on niillä kuitenkin pienempi koska mm. käyttöpitoisuudet ovat pienemmät.The bandpass filters used generally have a bandwidth of 1 to 3% of their center wavelength. For example, if the center wavelength is 4260 nm suitable for carbon dioxide, then the bandwidth is generally about 100 nm. For manufacturing reasons, there is a slight scatter in the wavelength of mid-20. For this reason, the passband of the filter does not always coincide with the gas absorption line. In most cases, the situation is even such that the required collision propagation compensation parameters depend on the center wavelength of the filter. It is therefore necessary to perform an individual calibration to find the parameters. In Figures 2A and 2B, the wavelength dependence is clearly shown. In Fig. 2A, the error caused by desflurane (10% concentration) in the carbon dioxide reading is shown for three different bandpass filters suitable for measuring carbon dioxide. The errors shown in D% CO2 also depend on the measurement geometry. The results in Figures 2A and 2B have been measured using a 30 mm long sample chamber and would be smaller with a shorter chamber. Figure 2 B shows that sevoflurane (7.5% concentration) 30 also has a similar effect on the carbon dioxide reading. The other anesthetic gases used are halothane, enflurane and isoflurane. However, they have a smaller error reading because e.g. application rates are lower.

Desfluraani aiheuttaa samantyyppisen kompensointitarpeen hiilidioksidiin kuin se-35 vofluraani. Kuvioon 3 on piirretty kuviossa 2 B esitetyt virheet kuviossa 2 A esitettyjen virheiden funktiona. Kuten kuviosta näkyy, virheet ovat käytännössä lineaarisesti toisistaan riippuvia ja aallonpituudesta riippumattomia. Toisin sanoen, jos on löydetty desfluraanille sopiva kompensointiparametri, niin se kelpaa myös sopivasti 7 102569 muunnettuna sevofluraanille. Lineaarinen riippuvuus on riittävän hyvä käytännön hengityskaasumittauksissa mutta myös muita monimutkaisempia riippuvuusfunktioi-ta voidaan ajatella.Desflurane causes the same type of compensation for carbon dioxide as se-35 voflurane. Figure 3 shows the errors shown in Figure 2B as a function of the errors shown in Figure 2A. As shown in the figure, the errors are practically linearly interdependent and wavelength independent. In other words, if a suitable compensation parameter for desflurane is found, then it is also validly suitable for 7 102569 converted to sevoflurane. The linear dependence is good enough in practical breathing gas measurements, but other more complex dependence functions can also be considered.

5 Myöskin ilokaasu vaatii törmäyslevenemän kompensointia paitsi hiilidioksidista etenkin suurina pitoisuuksina käytettävistä tai suuren absorptiokyvyn omaavista anestesiakaasuista kuten desfluraani ja sevofluraani. Kuvassa 4 esitetään vastaavat virheet kuin kuvassa 2 mutta ilokaasulle. Myöskin tässä esiintyy aallonpituusriippu-vuutta, joskin vähemmän. Ilokaasun mittaamiseen käytetään esimerkissä kaistan 10 keskiaallonpituutta 3900 nm tietyllä hajonnalla. Käyttäytyminen on desfluraanille kuvassa 4 A samantyyppistä kuin sevofluraanille kuvassa 4 B. Vastaava lineaarinen riippuvuus kuin kuvassa 3 on myös nyt löydettävissä, kuten kuvasta 5 käy ilmi. Näin ollen riittää kun esimerkiksi desfluraanin kompensointifunktio mitataan. Muiden anestesiakaasujen kompensoinnit voidaan laskea desfluraanin arvoista.5 Pleasure gas also requires collision propagation compensation not only for carbon dioxide, especially for high-concentration or high-absorption anesthetic gases such as desflurane and sevoflurane. Figure 4 shows similar errors as in Figure 2 but for nitrous oxide. Here, too, there is a wavelength dependence, albeit less. In the example, the mean wavelength of band 10 at 3900 nm with a certain scattering is used to measure nitrous oxide. The behavior for desflurane in Figure 4 A is similar to that for sevoflurane in Figure 4 B. A similar linear dependence as in Figure 3 can now also be found, as shown in Figure 5. Thus, it is sufficient to measure, for example, the compensatory function of desflurane. Compensations for other anesthetic gases can be calculated from desflurane values.

1515

Kuvioissa 2-5 esitettiin vain esimerkkejä siitä, miten tarkkaan hengityskaasun mittaamiseen tarvittavat törmäyslevenemän aiheuttamat kompensointiparametrit voidaan määrittää käyttämällä yhtä kaasua. Tämän yhden häiriökaasun, esim. desfluraanin aiheuttama törmäyslevenemä kompensoidaan tämän jälkeen käyttämällä 20 esim. kuviossa 2A ja 4A kuvatun tyyppistä kompensointifunktiota f{w,k*ci,cz}, jonka arvo siis riippuu optisen kaistanpäästösuodattimen päästökaistan keskiaallon-pituudesta w, desfluraanin pitoisuudesta c\ ja mittauskohteena olevan kaasukompo-nentin pitoisuudesta cz. Kuvioiden 2A ja 2B tapauksessa mittauskohteena on hiilidioksidi, jolloin cz tarkoitaa C02-pitoisuutta ja cj desfluraania ja vastaavasti sevo-: 25 fluraania. Kuvioissa 4A ja 4B on vastaavan tyyppisiä kompensointifunktioita f{w,k*ci,cz} mittauskohteen ollessa typpioksiduuli, jolloin cz tarkoitaa N20-pitoi-suutta ja ci desfluraania ja vastaavasti sevofluraania. Jos tämä mainittu yksi häiriö-kaasu on jokin muu kaasu kuin desfluraani, tarkoitetaan suureella ci tietenkin kulloisenkin häiriökaasun pitoisuutta, kuten edellä mainitustakin ilmenee. Hiilidioksidi 30 ja/tai typpioksiduuli ovat lääketiteteellisessä käytössä tyypilliset mittauskohteena olevat kaasut. Keksinnön mukaan näistä kahdesta ainakin toinen on se mittauskohteena oleva kaasu, yleensä hiilidioksidi, jonka alkuperäistä mitattua pitoisuutta oikaistaan tässä käsitellyn yhden häiriökaasun kompensointifunktion avulla. Kun yksittäinen mittalaite kalibroidaan käyttämällä siinä juuri sitä optista kaistanpäästösuo-35 datinyksilöä, joka jää laitteeseen sitä käyttöön otettaessa, ts. analysointeja suoritettaessa yksinkertaistuu kompensointifunktio muotoon f{k*cj,cz}, jonka mukaan laitteen mittausarvoa oikaistaan. Muissa käyttökohteissa voi tietenkin olla muu kaa- g 102569 su tai muita kaasuja mittauskohteena, jolloin käytetään kulloistakin etukäteen selvitettyä kompensointi funktiota f{w,k*cj,cz} tai vastaavasti f{k*cj,cz}.Figures 2-5 showed only examples of how the collision propagation compensation parameters required to accurately measure respiratory gas can be determined using a single gas. The collision propagation caused by this one interfering gas, e.g. desflurane, is then compensated by using a compensation function f {w, k * ci, cz} of the type described in Figures 2A and 4A, the value of which thus depends on the center wavelength w of the optical bandpass filter, desflurane and the concentration cz of the gas component to be measured. In the case of Figures 2A and 2B, the object of measurement is carbon dioxide, where cz denotes the CO2 content and cj denotes desflurane and sevo-: fluran, respectively. Figures 4A and 4B show similar compensation functions f {w, k * ci, cz} with the measurement target being nitric oxide, where cz denotes the N 2 O content and ci denotes desflurane and sevoflurane, respectively. If this one interfering gas is a gas other than desflurane, this means, of course, the concentration of the respective interfering gas, as can be seen from the above. Carbon dioxide 30 and / or nitrous oxide are typical target gases for medical use. According to the invention, at least one of the two is the gas to be measured, generally carbon dioxide, the initial measured concentration of which is corrected by means of one of the interference gas compensation functions discussed here. When a single measuring device is calibrated using the exact optical bandpass filter unit that remains in the device when it is put into use, i.e. when performing analyzes, the compensation function in the form f {k * cj, cz} is simplified, according to which the measured value of the device is corrected. In other applications, of course, there may be other gas 102569 su or other gases as the measuring object, in which case the previously determined compensation function f {w, k * cj, cz} or f {k * cj, cz}, respectively, is used.

Kun edellä kuvatulla tavalla on vähintään yhden mittauskohteena olevan kaasukom-5 ponentin pitoisuutta oikaistu yhden törmäyslevenemää aiheuttavan kaasukomponen-tin, ts. ensimmäisen häiriökomponentin kompensointifunktion avulla, oikaistaan keksinnön mukaan muiden häiriökomponenttien aikaansaaman törmäyslevenemän aiheuttamaa virhettä ensimmäisen häiriökomponentin ja kunkin muun häiriökomponentin keskinäisten riippuvuuskertoimien k{cj} avulla ottaen huomioon kunkin 10 muun häiriökomponentin pitoisuus kaasuseoksessa. Useimmissa tapauksissa riippuvuuskertoimen riippuvuus kyseisen häiriökomponentin pitoisuudesta on niin vähäistä, että käytännössä riippuvuuskerrointa voidaan approksimoida vakiolla k, jolloin funktio k{ci} on muotoa k*cj. Esimerkiksi sevofluraanin ja desfluraanin keskinäinen riippuvuuskerroin ka = 2 riittävällä tarkkuudella useimpiin käyttötilanteisiin, 15 mikäli niiden seossuhde pidetään likimain vakiona, ts. 10% : 7,5 % = 4:3, kuten kuvioista 3 ja 5 on nähtävissä. Tässä tapauksessa riippuvuuskerroin ka on myös riippumaton mittauskohteena olevasta kaasusta, mikä tarkoittaa sitä, että hiilidioksidin pitoisuutta ja typpioksiduulin pitoisuutta voidaan oikaista desfluraanin osalta samalla kertoimella ka = 2, jos ensimmäinen häiriökomponentti oli sevofluraani ja toisena 20 häiriökomponenttina oli desfluraani pitoisuudella, joka on kolmanneksen suurempi kuin sevofluraanin pitoisuus. Mikäli kaasuseoksessa sevofluraanin ja desfluraanin seossuhde on toinen, esim. 1:1, muodostuu kertoimen ka arvoksi noin 1,5, joka arvo saadaan muuntamalla alkuperäisen seossuhteen 4:3 ja uuden seossuhteen osamäärällä alkuperäistä kertoimen ka arvoa = 2. Mittauskohteena olevia eri kaasuja varten ei : 25 siis yleensä ole tarpeen määrittää erikseen riippuvuuskertoimia, vaan ne voidaan saada laskennallisesti. Aivan samalla tavalla kuin edellä on määritelty, sevofluraanin ja desfluraanin keskinäinen riippuvuuskerroin voidaan keksinnön mukaan määrittää myös muiden häiriökaasujen, ts. häiriökomponenttien ja ensimmäisen häiriökomponentin keskinäiset riippuvuuskertoimet. Kuvioiden esittämässä lääketiedettä koske-30 vassa tapauksessa riippuvuuskertoimia olisivat mm. kj, (sevofluraani - isofluraani), kc (sevofluraani - halotaani), kj (sevofluraani - typpioksiduuli), ke (sevofluraani -hiilidioksidi), kf (sevofluraani - happi) jne. aina sen mukaan, mitä kaasukomponent-teja käytetään. Yleensä on tarkoituksenmukaista olettaa, että mainittujen anestesia-kaasujen mitatut pitoisuudet ovat oikeita, ts. että typpioksiduuli ja hiilidioksidi eivät 35 aiheuta niissä törmäyslevenemää (tapauksessa, jossa niiden pitoisuus mitataan infra-puna-absorptiolla), vaikkei tilanne tarkkaan ottaen ole näin. Muiden kuin ensimmäisen häiriökomponentin pitoisuusmittaustulosta oikaistaan siis kyseisen häiriökomponentin mittaamalla saadun tai muuten tunnetun pitoisuuden ja riippuvuuskertoi- 9 102569 men yhdessä muodostamalla suureella esim. k*c, jossa c on kulloisenkin häiriökom-ponentin (muun kuin ensimmäisen häiriökomponentin) pitoisuus. Tämä keksinnön mukainen menetelmä mm. minimoi kaasujen tarvetta anturin parametrimääritysvai-heessa ja säästää siten sekä rahaa että vaivaa. On selvää, että voitaisiin käyttää myös 5 muita kuin yllä mainittuja kaasuja soveltaen samaa periaatetta.When the concentration of at least one measured gas component is corrected as described above by one of the gas components causing the collision propagation, i.e. the compensating function of the first disturbance component, the error of the collision propagation taking into account the concentration of each of the other 10 interference components in the gas mixture. In most cases, the dependence of the dependence coefficient on the concentration of the disturbance component in question is so small that in practice the dependence coefficient can be approximated by a constant k, where the function k {ci} is of the form k * cj. For example, the coefficient of interdependence of sevoflurane and desflurane ka = 2 with sufficient accuracy for most applications, if their mixture ratio is kept approximately constant, i.e. 10%: 7.5% = 4: 3, as can be seen in Figures 3 and 5. In this case, the dependence factor ka is also independent of the measured gas, which means that the carbon dioxide content and nitric oxide content can be corrected for desflurane by the same factor ka = 2 if the first interference component was sevoflurane and the second interference component was greater than content. If the mixture ratio of sevoflurane and desflurane in the gas mixture is different, e.g. 1: 1, a factor ka of about 1.5 is obtained, which value is obtained by converting the original factor 4 = 3 by the quotient of the original mixture ratio 4 = 3 and the new mixture ratio = 2. For different gases : 25 therefore, it is usually not necessary to determine the dependence coefficients separately, but they can be obtained computationally. In exactly the same way as defined above, the interdependence coefficient of sevoflurane and desflurane according to the invention can also be used to determine the interdependence coefficients of other interfering gases, i.e. the interfering components and the first interfering component. In the case of medicine shown in the figures, the dependence coefficients would be e.g. kj, (sevoflurane - isoflurane), kc (sevoflurane - halothane), kj (sevoflurane - nitrous oxide), ke (sevoflurane - carbon dioxide), kf (sevoflurane - oxygen), etc., depending on which gas components are used. In general, it is reasonable to assume that the measured concentrations of said anesthetic gases are correct, i.e. that nitrous oxide and carbon dioxide do not cause collision propagation (in the case where their concentration is measured by infrared absorption), although this is not the case. Thus, the concentration measurement result of a non-first disturbance component is corrected by a quantity obtained by measuring the disturbance component in question or otherwise known and the dependence factor, e.g., k * c, where c is the concentration of the respective disturbance component (other than the first disturbance component). This method according to the invention e.g. minimizes the need for gases in the sensor parameter determination phase and thus saves both money and effort. It is clear that 5 gases other than those mentioned above could also be used, applying the same principle.

Edellä kuvattujen riippuvuuskertoimien määrittämiseksi on tietenkin ensin mitattava kunkin häiriökomponentin vaikutuksen suuruus ja vaikutuksen suunta kuhunkin mit-tauskohteena olevaan kaasun pitoisuusmittausarvoon, mutta on riittävää tehdä se tä-10 män häiriökomponentin ja mittauskohdekomponentin yhdelle pitoisuudelle, josta riippuvuuskerroin on laskettavissa. Tämä tarkoittaa sitä, että mitataan tämän häiriö-komponentin kompensointifunktion f{k*cj,cz} arvo pitoisuuksien C] ja cz yhdellä arvolla, jolloin riippuvuuskerroin k muodostuu funktioiden suhteesta. Tätäkään riippuvuuskertoimien määritystä ei ole tarpeen tehdä jokaiselle laiteyksilölle erikseen, 15 vaan kunkin häiriökomponentin riippuvuuskertoimet ka, kfo, kc, kj jne. voidaan määrittää ennen laitevalmistuksen aloitusta. Riippuvuuskertoimet ovat siis laiteyksi-löstä riippumattomia. Mikäli peruskartoitus jostain kaasuseossysteemistä osoittaa, ettei riippuvuuskerroin ole riittävässä määrin vakio, vaan on pitoisuudesta riippuvaa muotoa k{cj} tai k{cj,cz}, voidaan kompensointifunktiot ennen laitevalmistuksen 20 aloitusta määrittää kahdelle tai useammalle pitoisuudelle ci ja/tai cz ja saatujen useiden arvojen perusteella laskea riippuvuuskertoimen k kulloinkin määrittävä yhtälö. Usein yhtälöä voidaan kuitenkin approksimoida vakioarvoisella riippuvuusker-toimella.Of course, in order to determine the dependence factors described above, the magnitude of the effect of each interference component and the direction of the effect on each measured gas concentration must first be measured, but it is sufficient to do so for one concentration of this interference component and the target component. This means that the value of the compensation function f {k * cj, cz} of this disturbance component is measured by one value of the concentrations C] and cz, whereby the dependence coefficient k is formed by the ratio of the functions. Again, it is not necessary to determine the dependence coefficients for each device unit separately, but the dependence coefficients ka, kfo, kc, kj, etc. of each disturbance component can be determined before the start of device manufacturing. The dependence factors are thus independent of the device unit. If a basic mapping of a gas mixture system shows that the coefficient of dependence is not sufficiently constant but is of a concentration-dependent form k {cj} or k {cj, cz}, the compensation functions can be determined for two or more concentrations ci and / or cz before the start of equipment manufacturing. calculate the equation that determines the dependence coefficient k in each case. Often, however, the equation can be approximated by a constant dependence coefficient.

: 25 Anestesiakaasujen pitoisuudet mitataan jollakin tarkoitukseen sopivalla menetelmäl lä, kuten infrapuna-absorptiolla, tai ne selvitetään jollain muulla tavalla kuten niiden sekoitussuhteen ja sekoituspaineen avulla. Tarkoituksena on saada niiden pitoisuus sellaisella tarkkuudella, että niitä voidaan pitää oikeina. On myös huomioitava, että törmäyslevenemää aiheuttava kaasukomponentti voi samalla olla varsinaisen mit-30 tauskohteen muodostava kaasu, kuten typpioksiduuli ja hiilidioksidi. Edellä käsitel-*; lyksi yhdeksi mittauspitoisuudeksi cj ja cz valitaan jokin arvo käytännössä myö hemmin analysointien aikana esiintyvältä alueelta, mielellään valitaan pitoisuus, joka on käytännössä analysointien aikana esiintyvien arvojen keskiarvon suuruinen tai sitä suurempi. On selvää, että merkittävänä häiriökomponenttina voi olla mikä ta-35 hansa sellainen kaasu tai vastaava, joka aiheuttaa siksi suuren absorptioviivojen levenemän, että tämän levenemän vaikutus mittaustulokseen on kompensoitava ainakin jollakin tavoin.: 25 The concentrations of anesthetic gases are measured by any suitable method, such as infrared absorption, or by other means, such as their mixing ratio and mixing pressure. The aim is to obtain their concentration with such precision that they can be considered correct. It should also be noted that the gas component causing the collision propagation may at the same time be the gas constituting the actual measuring object, such as nitrous oxide and carbon dioxide. The above *; For one of the measurement concentrations cj and cz, a value is selected in practice from a range later in the analyzes, preferably a concentration which is in practice equal to or greater than the average of the values occurring in practice during the analyzes. It will be appreciated that the significant interference component may be any gas or the like which therefore causes a large widening of the absorption lines, so that the effect of this widening on the measurement result must be compensated at least in some way.

Claims (10)

10 10256910 102569 1. Menetelmä analysoitaessa kaasuseoksia ei-dispersiivisesti säteilyabsorptiolla, jolloin analysointi kohdistuu vähintään yhteen ennalta määrättyyn kaasukomponent-tiin ja kaasuseos saattaa sisältää häiritseviä ainekomponentteja, jotka törmäyslevene- 5 män kautta vaikuttavat mittauskohteina olevien kaasukomponenttien säteilyabsorp-tioon, näiden mainittujen vaikutusten vähentämiseksi mittaustulosta varten, joka menetelmä käsittää vaiheina: (a) määritetään ennen analysointeja mittauskohteena olevan kaasukomponentin säteilyabsorptioon vaikuttavan kunkin merkittävän häiriökomponentin vaikutuksen 10 suuruus ja suunta sekä kaasukomponentin että häiriökomponentin ainakin yhdellä pitoisuudella, tunnettu siitä, että (b) muodostetaan ennen analysointeja kunkin mittauskohteena olevan kaasukomponentin säteilyabsorptioon törmäyslevenemän kautta vaikuttavien muiden, kuin mitattavan kaasukomponentin, häiriökomponenttien keskinäiset niiden vaikutusten 15 riippuvuuskertoimet; (c) mitataan ennen analysointeja mittauskohteena olevaan kaasukomponenttiin törmäyslevenemän kautta vaikuttavan ensimmäisen muun, kuin mitattavan kaasu-komponentin, häiriökomponentin vaikutus sen tietyllä pitoisuudella; ja (d) oikaistaan analysoinnin aikana säteilyabsorption perusteella saatua alkuperäis-20 tä mittaustulosta laskennallisesti häiriökomponenttien tunnettujen pitoisuuksien, mainitun ensimmäisen häiriökomponentin vaikutuksen ja mainittujen riippuvuusker-toimien avulla varsinaista mittaustulosta varten.A method for non-dispersively analyzing gas mixtures by radiation absorption, wherein the analysis is directed to at least one predetermined gas component, and the gas mixture may contain interfering substance components that affect the radiation absorption of said comprising the steps of: (a) determining, prior to analysis, the magnitude and direction of the effect of each significant interference component 10 affecting the radiation absorption of the gas component being measured at at least one concentration of both the gas component and the interference component, characterized by (b) forming than the measurable gas component, the interference components interact with their effects 15 dependence factors; (c) prior to analysis, measuring the effect of the first non-measurable interference component of the non-measurable gas component acting on the gas component to be measured at the specified concentration; and (d) correcting the initial measurement result obtained from the radiation absorption during the analysis computationally by known concentrations of the interference components, the effect of said first interference component and said dependence coefficients for the actual measurement result. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että häiriökompo-25 nentin mainittu tunnettu pitoisuus saadaan mittauksella ja että mainitussa mittaustuloksen oikaisuvaiheessa kompensoidaan mittauskohteena olevan kaasukomponentin alkuperäistä mittaustulosta ensimmäisen häiriökomponentin mitatusta pitoisuudesta riippuvan kompensointifunktion avulla ja muiden häiriökomponenttien vaikutus mittauskohteena olevan kaasukomponentin alkuperäiseen mittaustulokseen kompensoi- 30 daan kunkin häiriökomponentin mitatun pitoisuuden ja sen ja ensimmäisen häiriö-komponentin välisen keskinäisen riippuvuuskertoimen avulla.A method according to claim 1, characterized in that said known concentration of the interference component is obtained by measurement and in said step of correcting the measured measurement the measured concentration of each interference component and the coefficient of interdependence between it and the first interference component. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu kom-pensointifiinktio on tyypillisesti pitoisuuden suhteen epälineaarinen kerroin ja mai- 35 nitut riippuvuuskertoimet ovat tyypillisesti lineaarisia korrelaatiokertoimia tai niitä vähintään approksimoidaan lineaarisilla korrelaatiokertoimilla. 102569Method according to claim 2, characterized in that said compensation coefficient is typically a non-linear coefficient with respect to concentration and said dependence coefficients are typically linear correlation coefficients or are at least approximated by linear correlation coefficients. 102569 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaus-kohteina olevia kaasukomponentteja on vähintään kaksi ja häiriökomponentteja esiintyy kaksi tai useampia, joista vähintään toinen on yksi mittauskohteena olevista kaasukomponenteista, jolloin mittauskohteena olevan kaasukomponentin pitoisuus- 5 mittaustulosta kompensoidaan toisen mittauskohteena olevan kaasukomponentin mitatusta pitoisuudesta riippuvan funktion avulla.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that there are at least two gas components to be measured and two or more disturbance components, at least one of which is one of the gas components to be measured, the concentration measurement result of the measured gas component being compensated for by the other gas component. by a function depending on the measured concentration. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän käyttö mittauslaitteen kompensoinnissa ja/tai kalibroinnissa analysoitaessa erityisesti hengityskaasuseoksia ei-dis- 10 persiivisesti säteilyabsorptiolla, jolloin analysointi kohdistuu vähintään yhteen ennalta määrättyyn kaasukomponenttiin ja kaasuseos saattaa sisältää häiritseviä aine-komponentteja, jotka törmäyslevenemän kautta vaikuttavat mittauskohteina olevien kaasukomponenttien säteilyabsorptioon, näiden mainittujen vaikutusten vähentämiseksi mittaustulosta varten häiriökomponenttien ennalta määritettyjen vaikutusteki- 15 joiden avulla, tunnettu siitä, että ennen analysointeja tehtävä yhden muun, kuin mittauskohteena olevan kaasukomponentin, häiriökomponentin vaikutuksen mittaus tietyllä ennalta valitulla pitoisuudella toteutetaan käyttäen laitteeseen asennettua analysoitavan kaasukomponentin kaistanpäästösuodatinyksikköä ja häiriökomponentin mainituksi tietyksi pitoisuudeksi valitaan sille käytössä esiintyvä arvo; ja analy- 20 soinnin aikana säteilyabsorption perusteella saatua alkuperäistä mittaustulosta oikaistaan laskennallisesti ainakin häiriökomponenttien tunnettujen pitoisuuksien ja niiden keskinäisten riippuvuuskertoimien avulla varsinaista mittaustulosta varten.Use of a method according to claim 1 for compensating and / or calibrating a measuring device, in particular for non-dispersively analysis of respiratory gas mixtures by radiation absorption, wherein the analysis is directed to at least one predetermined gas component and the gas mixture may contain interfering components. in order to reduce these said effects for the measurement result by means of predetermined effect factors of the interference components, characterized in that the effect of the interference component at a certain preselected concentration for k ytössä actual value; and during the analysis, the initial measurement result obtained on the basis of the radiation absorption is computationally corrected at least by means of the known concentrations of the interference components and their interdependence coefficients for the actual measurement result. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että häiriökomponentin ·: 25 tietyksi pitoisuudeksi valitaan arvo, joka on suurempi kuin käytössä esiintyvien pi toisuuksien keskiarvo, ja että häiriökomponentit ovat ainakin anestesiakaasuja, joiden pitoisuudet hengityskaasuseoksessa mitataan ei-dispersiivisen infrapuna-absorp-tion avulla ja joiden mitatut pitoisuusarvot oletetaan oikeiksi.Use according to Claim 5, characterized in that a value greater than the average of the concentrations in use is selected for a certain concentration of the interfering component · and that the interfering components are at least anesthetic gases whose concentrations in the breathing gas mixture are measured by non-dispersive infrared absorption. and whose measured concentration values are assumed to be correct. 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mittauskohteina olevat kaasut ovat typpioksiduuli ja hiilidioksidi, joiden mittaustuloksia kompensoidaan anestesiakaasujen pitoisuuden, niistä yhden kompensointifunktion ja niiden keskinäisten riippuvuuskertoimien avulla.Use according to Claim 5, characterized in that the gases to be measured are nitrous oxide and carbon dioxide, the measurement results of which are compensated by the concentration of anesthetic gases, one of them by a compensation function and their interdependence factors. 8. Patenttivaatimuksen 5 tai 7 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että mittauskoh- teina olevan typpioksiduulin ja hiilidioksidin häiriökomponentit muodostuvat hiilidioksidista ja vastaavasti typpioksiduulista ja näiden molempien mittaustuloksia kompensoidaan toistensa pitoisuuden ja toistensa kompensointifunktion avulla. 12 102569Use according to Claim 5 or 7, characterized in that the interference components of the nitrous oxide and carbon dioxide to be measured consist of carbon dioxide and nitrous oxide, respectively, and the measurement results of both are compensated for by means of a concentration and a compensation function. 12 102569 9. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän käyttö mittauslaitteen kompensoinnissa ja/tai kalibroinnissa analysoitaessa erityisesti hengityskaasuseoksia ei-dis-persiivisesti säteilyabsorptiolla, jolloin analysointi kohdistuu vähintään yhteen ennalta määrättyyn kaasukomponenttiin ja kaasuseos saattaa sisältää häiritseviä aine- 5 komponentteja, jotka törmäyslevenemän kautta vaikuttavat mittauskohteina olevien kaasukomponenttien säteilyabsorptioon, näiden mainittujen vaikutusten vähentämiseksi mittaustulosta varten, tunnettu siitä, että säteilyabsorption perusteella saatua alkuperäistä analysoitavan kaasukomponentin pitoisuusmittaustulosta oikaistaan vähintään yhden anestesiakaasun mitatun pitoisuuden perusteella, jolloin anestesia-10 kaasuja ovat desfluraani, sevofluraani, isofluraani, enfluraani, halotaani ja jalokaa-sut sekä vastaavat muut kaasut.Use of a method according to claim 1 for compensating and / or calibrating a measuring device, in particular for non-dispersively analyzing respiratory gas mixtures by radiation absorption, wherein the analysis focuses on at least one predetermined gas component and the gas mixture may contain interfering components. to reduce these said effects for the measurement result, characterized in that the initial measurement result of the concentration of the gas component to be analyzed based on radiation absorption is corrected for the measured concentration of at least one anesthetic gas, desflurane, sevoflurane, isoflurane and enofuran, enflurane, haloth. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että analysoitavana kaasukomponenttina on hiilidioksidi ja/tai typpioksiduuli. 15Use according to Claim 9, characterized in that the gas component to be analyzed is carbon dioxide and / or nitrous oxide. 15
FI955410A 1995-11-09 1995-11-09 Measurement of gas components with high precision FI102569B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI955410A FI102569B1 (en) 1995-11-09 1995-11-09 Measurement of gas components with high precision

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI955410 1995-11-09
FI955410A FI102569B1 (en) 1995-11-09 1995-11-09 Measurement of gas components with high precision

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI955410A0 FI955410A0 (en) 1995-11-09
FI955410A FI955410A (en) 1997-05-10
FI102569B true FI102569B (en) 1998-12-31
FI102569B1 FI102569B1 (en) 1998-12-31

Family

ID=8544361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI955410A FI102569B1 (en) 1995-11-09 1995-11-09 Measurement of gas components with high precision

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI102569B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI955410A0 (en) 1995-11-09
FI955410A (en) 1997-05-10
FI102569B1 (en) 1998-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6844554B2 (en) Method and arrangement for determining the concentration of a gas component in a gas mixture
Ghorbani et al. Real-time breath gas analysis of CO and CO 2 using an EC-QCL
US8642966B2 (en) Gas analyzer for measuring at least two components of a gas
CA2277945C (en) Stable isotope measurement method and apparatus by spectroscopy
Schlüter et al. Demonstration of a signal enhanced fast Raman sensor for multi‐species gas analyses at a low pressure range for anesthesia monitoring
Pakmanesh et al. Quantum cascade laser-based sensors for the detection of exhaled carbon monoxide
US5900635A (en) Correction of collision broadening in non-dispersive absorption measurement of gases
US6277081B1 (en) Anesthetic gas detection apparatus
EP3236240B1 (en) Spectroscopic analyzer and spectroscopic analysis method
US5063275A (en) Method and apparatus for gas analysis
US20040036023A1 (en) Method for determining the safety of gas mixtures
Tretyakov et al. Studies of 183 GHz water line: Broadening and shifting by air, N2 and O2 and integral intensity measurements
US5272907A (en) Method for the identification of gases
US7705991B2 (en) Gas concentration measuring apparatus
FI102785B (en) Correction of mixed gas effect in measurement based on radiation absorption
FI102569B (en) Measurement of gas components with high precision
US6072577A (en) Noble gas detection and determination
JP3176302B2 (en) Isotope gas spectrometry method and measuring device
Aljalal et al. Detection of nitrogen dioxide with tunable multimode blue diode Lasers
Colquhoun et al. An evaluation of the Datex Normac anaesthetic agent monitor
US8830470B2 (en) Method for measuring the concentration of at least one gas component in a measuring gas
JPH10339669A (en) Method for calibrating ndir spectrometer
JP2947737B2 (en) Isotope gas spectrometry method and measurement device
Westenskow et al. Laboratory evaluation of the vital signs (ICOR) piezoelectric anesthetic agent analyzer
Reader Anesthetic Gas Monitoring