TWI814563B - 氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋 - Google Patents
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一種氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，其具有一主採樣腔及一電
化學試片容置腔，電化學試片容置腔是用以容置一電化學試片，電化學試片包括一試片本體、一工作電極、一酸鹼感測層、一參考電極及一固態吸水層，試片本體具有一供與待檢測的氣體樣本接觸的檢測區，工作電極設於試片本體並具有一位於檢測區的第一部分，酸鹼感測層形成於工作電極位於檢測區的第一部分，參考電極設於試片本體並具有一位於檢測區的第二部分，固態吸水層設於檢測區並覆蓋酸鹼感測層及第二部分，固態吸水層是供吸收或吸附氣體樣本中的水而讓第一、第二部分形成電性連接。
Description
本發明是關於一種氣體酸鹼度檢測技術，特別是關於一種氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋。
按，酸鹼感測器或酸鹼感測試片是應用於檢測溶液的酸鹼值，但無法直接用於檢測氣體中的酸鹼度或感測氣體中是否存在酸/鹼性物質。
現有技術中，若要檢測氣體的酸鹼度，需要先收集氣體樣本，再將氣體樣本導入水溶液中，讓氣體樣本中的水溶性物質溶於水中，而後再以習用的酸鹼感測器/試片檢測溶液的酸鹼值。
然而，上述做法有其缺陷在於，所檢測到的酸鹼值只能反映氣體採樣當下的酸鹼值，而無法持續感測採樣環境的酸鹼值變化。此外，氣體採樣後需將氣體樣本導入水溶液的步驟也較為繁瑣。
本發明之主要目的在於提供一種可用於檢測氣體酸鹼度的氣體採樣袋。
為了達成上述及其他目的，本發明提供一種氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，其包括一袋體，該袋體具有一主採樣腔、一電化學試片容置腔及一吹氣管，該吹氣管具有一氣體流道連通於該主採樣腔，該電化學試
片容置腔連通該主採樣腔，且該電化學試片容置腔是用以容置一電化學試片，該電化學試片包括一試片本體、一工作電極、一酸鹼感測層、一參考電極及一固態吸水層，試片本體具有一供與待檢測的氣體樣本接觸的檢測區，工作電極設於試片本體並具有一位於檢測區的第一部分，酸鹼感測層形成於工作電極位於檢測區的第一部分，參考電極設於試片本體並具有一位於檢測區的第二部分，固態吸水層設於檢測區並覆蓋酸鹼感測層及第二部分，固態吸水層是供吸收或吸附氣體樣本中的水而讓第一、第二部分形成電性連接。
本發明的氣體採樣袋可用於採集待檢測的氣體樣本，並藉由在電化學試片的檢測區額外形成一固態吸水層，讓固態吸水層直接吸收/吸附氣體樣本中的水(水氣)，從而在不需外加水滴或導入水溶液的情況下，讓第一、第二部分形成電性連接；此外，固態吸水層在吸收/吸附水後，還能動態吸/脫附氣體樣本中的水溶性酸鹼物質，這些水溶性酸鹼物質與酸鹼感測層作用後，可讓工作電極與參考電極產生電位差，據此測得氣體樣本的酸鹼度。
1:電化學試片
10:試片本體
11:基板
111:檢測區
12:保護層
20:工作電極
21:第一部分
30:酸鹼感測層
40:參考電極
41:第二部分
50:固態吸水層
60:金手指
70:電路板
71:電池
72:控制器
73:天線
74:試片插槽
75:試片接點
76:啟動開關
80:外殼
81:第一殼體
811:氣孔
82:第二殼體
100:檢測儀
101:連接埠
110:延長接頭
120:平板電腦
130:氣體採樣袋
131:袋體
132:主採樣腔
133:電化學試片容置腔
134:吹氣管
135:單向閥
136:袋口
137:洩氣閥
138:電化學試片插槽
第1圖為本發明第一實施例的立體圖。
第2圖為第1圖的2-2剖面圖。
第3圖為第1圖的3-3剖面圖。
第4、5圖為本發明第一實施例的使用狀態示意圖。
第6圖為本發明第二實施例的分解圖。
第7圖為本發明第二實施例的電路板另一角度的示意圖。
第8圖為可供與本發明第二實施例搭配使用的平板電腦示意圖。
第9圖為本發明第二實施例的使用狀態示意圖。
第9A圖為本發明第三實施例的採樣袋。
第9B圖為本發明第四實施例的採樣袋。
第10至13圖為本發明的氣體酸鹼度檢測之實驗結果圖。
第14至19圖為本發明應用於檢測幽門螺旋桿菌的實驗結果圖。
請參考第1至3圖，所繪示者為本發明第一實施例的電化學試片，其具有一試片本體10、一工作電極20、一酸鹼感測層30、一參考電極40、一固態吸水層50及若干金手指60。本發明的電化學試片可用於量測氣體樣本的酸鹼度。
試片本體10包括一基板11及一保護層12並具有一檢測區111，工作電極20、參考電極40及金手指60設於該本體10的基板11上，保護層12設於基板11並覆蓋工作電極20及參考電極40的一部分，基板11的兩端未被保護層12覆蓋，其中一端形成所述檢測區111而可供與待檢測的氣體樣本接觸，另一端則裸露金手指60，亦即，金手指60並非位於檢測區111。其中，工作電極20具有一位於檢測區111的第一部分21，參考電極40則具有一位於檢測區111的第二部分41。金手指60分別與工作電極20及參考電極40電性連接，並且，如果試片本體10上設有其他電極或電路的話，其中一部分金手指60也可與所述電極或電路電性連接。
酸鹼感測層30覆蓋、形成於工作電極20的第一部分21，酸鹼感測層30例如可由苯胺類化合物(例如苯胺(Aniline)、克倫特羅(Clenbuterol))、
芳香雜環化合物(例如三聚氰胺(Melamine)、拉莫三嗪(Lamotrigine)、六甲蜜胺(Altretamine))、醯胺酚類化合物(例如乙醯胺酚(Acetaminophen))、金屬氧化物(例如氧化銅、氧化銥)、偶氮化合物(例如偶氮苯(Azobenzene))或導電高分子(例如全氟磺酸(Nafion)、聚吡咯(Polypyrrole))等酸鹼感測材料製成，這些酸鹼感測材料具有可與氫離子吸脫附的結合位置(bonding site)，當這些結合位置與氫離子吸脫附時，其化學位能會產生變化。
固態吸水層50是於該檢測區111並覆蓋酸鹼感測層30及參考電極40的第二部分41，固態吸水層50可供吸收或吸附所述氣體樣本中的水(水氣)而讓第一部分21及第二部分41形成電性連接。固態吸水層50可為但不限於具有吸水性的介面活性劑、保濕劑、抗氧化劑、增稠劑、導電高分子或其混合，所述介面活性劑例如為十六烷基三甲基氯化銨(Cetyltrimethyl ammonium chloride(CTAC))，所述保濕劑例如為己六醇(Sorbitol)、吡咯烷酮羧酸鈉(PCA-Na)、1,3-丙二醇(1,3-Propanediol)、輔酶Q10(co-enzyme Q10)、神經醯胺(Ceramide)、尿囊素(Allantoin)、膠原蛋白、玻尿酸、尿素、甘油及聚乙二醇，所述抗氧化劑例如為維他命C及咖啡酸(3,4-Dihydroxy-cinnamic acid)，所述增稠劑例如為甲基纖維素(methylcellulose)、羧甲基纖維素鈉(Carboxylmethyl cellulose sodium salt(CMC))及聚乙烯醇，所述導電高分子例如為全氟磺酸(Nafion)及聚丙烯酸鈉(poly acryl sodium(PAS))。在一所述電化學試片中，酸鹼感測層30與固態吸水層50使用不同的材料形成。
量測氣體酸鹼度時，可令電化學試片接觸待檢測的氣體樣本，固態吸水層50會開始吸收/吸附氣體樣本中的水(水氣)，所吸收/吸附的水讓工作電極20及參考電極40得以形成電性連接，並且，當氣體樣本中存在原以氣態存
在的水溶性酸鹼物質時，所吸收/吸附的水會再進一步動態吸附/脫附所述水溶性酸鹼物質直至達到吸脫附平衡，所吸附的酸鹼物質與酸鹼感測層30作用後，工作電極20及參考電極40之間會產生電位差，並可根據所述電位差檢測氣體樣本的酸鹼度。所述水溶性酸鹼物質可為但不限於氨、一氧化氮、二氧化氮、鹽酸、醋酸或其他有機酸。
請參考第4圖，本發明的電化學試片1在檢測時可與一檢測儀100搭配使用，檢測儀100具有可供電化學試片1插接的連接埠101，連接埠101內的電接點(未繪示)可與金手指60形成電性連接，從而執行所述酸鹼度檢測。或者，如第5圖所示，檢測儀100另可配合一延長接頭110而與電化學試片1形成電性連接，同樣也可執行所述酸鹼度檢測。
請參考第6、7圖，所繪示者為本發明電化學試片的第二實施例，除了第一實施例所繪示的部分外，本實施例的電化學試片更包括一電路板70及一外殼80，電路板70具有一電池71、一控制器72、一天線73、一試片插槽74、若干試片接點75及一啟動開關76，其中電池71、天線73及試片接點75均分別與控制器72電性連接。天線73是供與一外部裝置進行無線訊號傳輸，所述外部裝置例如是第8圖所繪示的平板電腦120或手機、電腦等其他可與電化學試片1形成無線連接並可顯示、處理及/或中繼傳輸檢測參數訊號的設備。試片插槽74可供試片本體10插設，試片接點75例如是金屬簧片且其一部分位於試片插槽74內，從而用以分別與試片本體10上的金手指60形成電性連接。啟動開關76可用以控制電池71與控制器72之間的通/斷路。外殼80包括一第一殼體81及一第二殼體82，用以包覆試片本體10及電路板70，外殼80的第一殼體81具有若干氣孔811而可供待檢測的氣體樣本流動至檢測區。
第二實施例的電化學試片不需藉助如第4、5圖的檢測儀100也可自主測得工作電極與參考電極之間的電位差，從而，第二實施例的電化學試片1可如第9圖所示般被置於一氣體採樣袋130中執行酸鹼度檢測，而後在通過無線傳輸方式將檢測結果傳送至如第8圖所示的設備。
為了驗證本發明的電化學試片的性能，申請人進行了以下測試。首先，分別準備10%醋酸水溶液、10%鹽酸水溶液、5%氨水溶液及魚肉(不新鮮的肉品會產生氨氣)等四組待測樣品，分別使用電化學試片在不直接接觸待測樣品的情況下暴露於待測樣品的揮發氣體中進行檢測，檢測結果表現於第10至13圖。結果顯示，在檢測開始時，固態吸水層因逐漸吸收/吸附揮發氣體中的水(水氣)，所吸收/吸附的水又逐漸吸附酸鹼物質，因此在檢測開始的一段時間並未檢測到酸鹼度變化，但隨著水與酸鹼物質之間的吸脫附動態平衡而逐漸反映在酸鹼度數值上，顯示本發明的電化學試片在確實可測知氣體樣本中是否存在酸鹼物質，並可適當地反映其酸鹼度。
以下更進一步說明使用上述電化學試片檢測胃部幽門螺旋桿菌的應用方法。幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori)可存活於人體胃部，其可分泌尿素分解酵素而將尿素轉化為二氧化碳及氨，所轉化的二氧化碳及氨可隨呼氣而排出體外。該應用方法包括以下步驟：如第9圖所示，令一受測者對氣體採樣袋130吹氣而使氣體採樣袋130充滿受測者吹出的第一氣體樣本，並通過電化學試片1對第一氣體樣本進行檢測而取得一酸鹼度背景數據；為了避免影響檢測結果，受測者在受測前可禁食一段時間；本實施例中，氣體採樣袋130包括一袋體131，袋體131具有一主採樣腔132、一電化學試片容置腔133、一吹氣管134及一單向閥135，吹氣管134具
有一氣體流道連通主採樣腔132，單向閥135設於吹氣管134而僅允許氣體樣本自氣體流道流向主採樣腔132，電化學試片容置腔133連通主採樣腔132並用以容置電化學試片1；第9圖所示的實施例中，電化學試片1是內建於袋體131內；在第9A、9B圖所示的實施例中，電化學試片1是可被替換的，其中，如第9A圖所示，袋體131具有一可選擇性開啟或封閉的袋口136，袋口136連通於電化學試片容置腔133，袋口136開啟時，電化學試片1可被替換，並且，袋體131還具有一洩氣閥137而允許氣體樣本自主採樣腔132排出，亦即，允許單一個氣體採樣袋130被應用於多個氣體酸鹼度檢測作業；如第9B圖所示，袋體131具有一電化學試片插槽138，電化學試片插槽138連通於電化學試片容置腔133，且電化學試片插槽138可讓電化學試片1插設而使電化學試片1的一部分容置於電化學試片容置腔133，較佳者，當電化學試片1插設於電化學試片插槽138時，電化學試片1可使電化學試片插槽138形成氣密，並且，在可能的實施方式中，電化學試片1露出袋體的部分可與一檢測儀(未繪示)機械性連接；接著，令受測者食用尿素，而後等待一段時間，例如15分鐘以上；令受測者再如第9圖所示般對氣體採樣袋130吹氣而使氣體採樣袋130充滿受測者吹出的第二氣體樣本，並通過電化學試片1對第二氣體樣本進行檢測而取得一酸鹼度檢測數據；第二次檢測時所使用的氣體採樣袋130及電化學試片1可與第一次檢測時相同或相異，若使用相同的氣體採樣袋及電化學試片，則第二次檢測時需先將第一氣體樣本排出氣體採樣袋130。
最後，比對酸鹼度背景數據及酸鹼度檢測數據而判斷受測者的胃部是否具有幽門螺旋桿菌。
申請人分別對六位受測者執行了前述應用方法檢測受測者是否
感染幽門螺旋桿菌，六位受測者均先經醫療院所進行胃部幽門螺旋桿菌的常規檢測，其中三位受測者於常規檢測中檢測結果為陽性，另三位受測者於常規檢測中檢測結果為陰性，六位受測者執行前述應用方法後測得了第14至19圖所示的結果，各圖的數值線中，細線為酸鹼度背景數據，粗線為酸鹼度檢測數據。
第14至16圖的結果顯示，三位經常規檢測為陽性的受測者經前述應用方法再次檢測後，酸鹼度檢測數據明顯異於酸鹼度背景數據，兩組數據經過一段時間後存在明顯電位差，反觀第17至19圖中，三位經常規檢測為陰性的受試者所測得的酸鹼度檢測數據大致符合酸鹼度背景數據，兩組數據間並未表現出明顯的電位差。由此可見，前述應用方法對於胃部幽門螺旋桿菌的檢測存在高度敏感性及特異性，能快速且準確地檢驗受測者是否感染幽門螺旋桿菌。
1:電化學試片
130:氣體採樣袋
131:袋體
132:主採樣腔
133:電化學試片容置腔
134:吹氣管
135:單向閥
Claims (9)
- 一種氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，包括一袋體，該袋體具有一主採樣腔、一電化學試片容置腔及一吹氣管，該吹氣管具有一氣體流道連通於該主採樣腔，該電化學試片容置腔連通該主採樣腔，且該電化學試片容置腔是用以容置一電化學試片，該電化學試片包括：一試片本體，具有一供與待檢測的氣體樣本接觸的檢測區；一工作電極，設於該試片本體並具有一位於該檢測區的第一部分；一酸鹼感測層，形成於該工作電極位於該檢測區的所述第一部分；一參考電極，設於該試片本體並具有一位於該檢測區的第二部分；以及一固態吸水層，設於該檢測區並覆蓋該酸鹼感測層及該第二部分，該固態吸水層是供吸收或吸附所述氣體樣本中的水而讓該第一部分及該第二部分形成電性連接。
- 如請求項1所述的氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，其中該電化學試片更包括若干分別電性連接於該工作電極及該參考電極的金手指，所述金手指設於該試片本體但非位於該檢測區。
- 如請求項2所述的氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，其中該電化學試片更包括一電路板，該電路板具有一電池、一控制器、一天線、一試片插槽及若干試片接點，該電池、天線及所述試片接點均分別與該控制器電性連接，該天線是供與一外部裝置進行無線訊號傳輸，該試片插槽是用以讓該試片本體插設，該些試片接點是用以分別與該些金手指形成電性連接。
- 如請求項3所述的氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，其中該電路板更具有一啟動開關，用以控制該電池與該控制器之間的通/斷路。
- 如請求項4所述的氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，更包括一外殼包覆該試片本體及該電路板，該外殼包括若干氣孔供所述待檢測的氣體樣本流動至該檢測區。
- 如請求項1所述的氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，其中該袋體更包括一單向閥設於該吹氣管而僅允許所述氣體樣本自該氣體流道流向該主採樣腔。
- 如請求項1所述的氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，其中該袋體更包括一洩氣閥而允許所述氣體樣本自該主採樣腔排出。
- 如請求項1所述的氣體酸鹼度檢測用的氣體採樣袋，其中該袋體更具有一可選擇性開啟或封閉的袋口，該袋口連通該電化學試片容置腔。
- 如請求項1所述的氣體酸鹼度採檢用的採樣袋，其中該袋體更具有一電化學試片插槽連通於該電化學試片容置腔，該電化學試片插槽是用以讓該電化學試片插設而使電化學試片的一部分容置於該電化學試片容置腔。
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