专利名称：呼出气体成分的测定方法
技术领域：
本发明涉及的是一种测量方法，特别是一种呼出气体成分的测定方法，属于生物医学检测技术类领域。
在人体的呼出气体中，含有400中以上的挥发性化合物。这些呼出气体中的成分，与糖尿病、肝、肾障碍、先天性氨基酸代谢异常、肠内发酵、糖质吸收不全、生物体内脂质过氧化等各种疾病及化学物质中毒等有明显密切关系。另外，这些物质由于其特有的臭气，为医学临床诊断提供了极重要的信息。因此，通过对被而检查者呼出气体的检测，就能够知道被检者的身体状态并判断其是否患有某种疾病。目前对气体成分的分析方法，包括气相色谱(GC)法；气相色谱质量分析(GC-MS)法；半导体传感器法；串联质谱测量法；红外光谱(IR)法；拉曼分光法。在公开号CN-1154473A的专利公报中，公开了现有呼出气体的拉曼光谱学测定方法当某一波长的单色光入射到像无尘的透明气体和液体，或者光学上完整的透明固体这类物质上时，大部分光辐射将毫无改变地透射过去，但此外还有一部分光被散射且频率发生改变。这部分散射光带有了被光透过物质的信息，如分子的转动能级、振动能级、电子能级之间的跃迁等信息，称为拉曼散射。拉曼光谱因其丰富的内在信息成为人们了解物质的组成和结构的有力工具。根据混合气体的拉曼光谱上的谱线的位置和相对强度，即可知道混合气体的成分和各成分相应的浓度。该方法的特点是仪器成本较低，测量时间较短且操作方便。但缺点是气体的拉曼光谱普遍较弱(比液体和固体的拉曼光谱弱2～3个数量级)，而该专利提出的试样部实施例采用单个的石英球形流通池，因而激发光和气体作用距离较短，受激拉曼散射产生效率较低，因而测量灵敏度仍有待提高。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种呼出气体成分的测定方法，在保证系统低成本、测量时间短和操作简便的基础上，提高现有系统的灵敏度，实现对呼出气体的高灵敏度的测量。为医学临床诊断提供一种高效的、价廉的、可靠的病理分析的方法和装置。
本发明的技术方案如下光源部发出的单一波长的激发光经过分束镜后分成参考光束和激发光束，其中参考光束经参考光部对光源的光强进行强度稳定化校准，激发光束通过试样部而激发拉曼散射光，拉曼散射光经试样光调节部处理后输入到分光检测部得到样品的拉曼光谱，拉曼光谱和参考光强一起输入数据处理部，经计算处理从输出部输出得到测定结果。
在通常的气体拉曼光谱测定方法中，试样部通常由单个试样组构成。这样输入到分光检测部的拉曼散射光强度有限，从而使测量的灵敏度较低。本发明中采用了延长光和气体作用距离的方法来提高气体拉曼光谱的测量灵敏度，其中，试样部按如下方法工作延长光和气体作用距离可采用光路上多个试样组串联的方法，激发光依次通过串联在一起的各个试样组即集光透镜和样品池，每一个试样组中样品池都放置在相应集光透镜的焦点上，以获得最强的拉曼激发效果，再用采样器收集各组拉曼散射光并汇集起来。这样输入到分光检测部的拉曼光的强度是来自几个试样组的强度之和，测量的灵敏度较常规的方案将成倍地提高。
各试样组的拉曼光谱的集中收集可采用多头采样的光纤来实现。即使用多个输入头，一个输出头的采样器，将来自各个试样组的拉曼散射光汇集后输出到后续分光检测部中。
可采用凹透镜来提高光纤对试样室内部散射光的收集效率，在每个试样组的内部，为了提高拉曼光的收集效率，可以在样品池和采样器的一个输入口之间放置一个凹透镜以减小散射光线的入射孔径角，这种方法可以使输入到采样器中的拉曼散射光都在采样器的集光孔径角之内，提高收集效率。
采用光纤自聚焦透镜来改善光纤输出拉曼光的平行性，在多头采样器的输出端，由于汇集了来自各个试样组的拉曼散射光，因而输出光的平行性较差。在采样器的输出端放置一个自聚焦透镜能对发散的光线产生一定的汇聚作用，使收集到的来自各试样组的拉曼散射光接近平行地输入到试样光调节部，再输入到分光检测部中。
本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用了延长光和气体试样的作用距离即在光路上采用多个试样组串联的方法，使气体拉曼光谱测量灵敏度大大提高。通常而言，采用了几组试样组，灵敏度便增加几倍。灵敏度增加了，系统的信噪比(S／N)也随之增大，这对于分析微量气体的成分和浓度的测量是极其有利的。为气体拉曼光谱的测量应用提供了一种高灵敏度的行之有效的方法。对呼出气体采用光谱学的方法进行检查的优点，在于这种检查方法对人体是非侵袭的。与血液采样检查等常规临床检查比较，采样更为容易且被感染的可能性大大降低。这种呼出气体检查方法，可减轻在采取检样时，被检者身体及精神上的痛苦和负担。
以下结合附图对本发明的实施情况进一步描述
图1本发明工作原理示意框2本发明各组成部分工作原理示意框3本发明试样部分装置连接示意4光纤和积分球的连接示意图如图1所示，光源部发出的单一波长的激发光经过分束镜后分成参考光束和激发光束，其中参考光束经参考光部对光源的光强进行强度稳定化校准，激发光束通过试样部而激发拉曼散射光，拉曼散射光经试样光调节部处理后输出到分光检测部得到样品的拉曼光谱，拉曼光谱和参考光强一起输入数据处理部，经计算处理后得到测定结果。如图2所示，试样部由串联在一起的若干试样组构成，来自光源部的光线依次通过各个试样组，所产生的拉曼散射光线由多头采样器汇集输出到试样光调节部。在图3所示试样部的具体实施例中，来自光源部的激发光1依次通过四个试样组。每个试样组由一个聚焦透镜2、一个石英制的球型流通池3、积分球4和一根多头采样光纤5的一个光输入口6组成。来自四个试样组的拉曼散射光经过多头采样光纤5的汇集之后通过自聚焦透镜7来改善光纤输出拉曼光的平行性。多头采样的光纤5具有四个光输入口6和一个光输出口8。如图4所示，积分球4的内表壁为一粗糙的内球面，表层镀上高反射率的金膜。射入样品室的激光1激发拉曼散射光经积分球4的内壁多次反射使散射光增强。光纤输入口6插入到样品池的出射孔9中并固定。在光纤的每一个光输入口和与其相连的样品室出射孔9之间粘上一个凹透镜10，使原本较大孔径范围内的散射光经凹透镜的偏折作用后以较小的孔径角入射到光纤的输入端，以增加散射光收集效率。
权利要求
1.一种呼出气体成分的测定方法，其特征在于采用延长光和气体试样的作用距离以提高气体拉曼光谱测量灵敏度。
2.根据权利要求1所述的这种呼出气体成分的测定方法，其特征还在于延长光和气体试样的作用距离可以采用光路上多个试样组串联的方法。
3.根据权利要求1或2所述的这种呼出气体成分的测定方法，其特征还在于各试样组的拉曼光谱的集中收集可采用多头采样的光纤来实现。
4.根据权利要求1或3所述的这种呼出气体成分的测定方法，其特征还在于可采用凹透镜来提高光纤对试样室内部散射光的收集效率。
5.根据权利要求1或4所述的这种呼出气体成分的测定方法，其特征还在于采用光纤自聚焦透镜来改善光纤输出拉曼光的平行性。
全文摘要
呼出气体成分的测定方法采用延长光和气体试样的作用距离以提高气体拉曼光谱测量灵敏度。延长光和气体试样的作用距离可以采用光路上多个试样组串联的方法。在保证系统低成本、测量时间短和操作简便的基础上,提高现有系统的灵敏度,实现对呼出气体的高灵敏度的测量。
文档编号G01N21/63GK1281976SQ00119630
公开日2001年1月31日 申请日期2000年8月18日 优先权日2000年8月18日
发明者窦晓鸣, 蒋毅, 曹庄琪, 沈启舜 申请人:上海交通大学