一种医用电子鼻气体浓缩系统及方法与流程

技术特征：

1.一种医用电子鼻气体浓缩系统，其特征在于，所述医用电子鼻气体浓缩系统包括：

流量控制单元，采用稳压阀、稳流阀、针阀和转子流量计相结合实现较为精确的流量控制；

温度控制单元，采用石英管作为加热器，半导体铂耳帖器件作为制冷器，采用模糊PID温度控制，实现吸附与解析的精确温度控制；

填装混合吸附剂的吸附管，在流量控制单元和温度控制单元的精确控制下实现气体的吸附与解析。

2.如权利要求1所述的医用电子鼻气体浓缩系统，其特征在于，所述吸附剂为：根据气体的吸附能力选择吸附剂：CarbopackTMB和Tenax GR，采用OD1/4inch，7inchLength标准吸附管，装填120-150mm混合吸附剂；

温度控制单元的石英管加热器和铂耳贴制冷器均包裹在吸附管上。

3.如权利要求1所述的医用电子鼻气体浓缩系统，其特征在于，所述吸附剂采用一级铂耳帖制冷系统。

4.一种如权利要求1所述医用电子鼻气体浓缩系统的医用电子鼻气体浓缩方法，其特征在于，所述医用电子鼻气体浓缩方法包括：

第一阶段，低温吸附，采集袋中的样本气体在稳压阀、稳流阀和针阀的控制下，以100mL/min的稳定流速被真空泵驱动通过填装混合吸附剂的吸附管，此时吸附管被铂耳帖制冷器控制在20℃的恒定温度，样本气体中的目标成分被保留在吸附剂中；

第二阶段，密闭恢复，吸附管移开铂耳帖制冷器，六孔二相阀切换到位置2，关闭流量计和电子鼻出气口，使吸附管在静止状态恢复至室温；

第三阶段，密闭升温，吸附管装入石英加热器，被急速升温至200℃，吸附管吸附的目标成分被热解吸；

第四阶段，导入电子鼻测试，开启流量计和电子鼻出气口，高纯氮气在稳压阀、稳流阀和针阀的控制下以50mL/min的稳定流速通过吸附管到达电子鼻，吸附管中的目标成分被导入电子鼻与气体传感器阵列响应；

第五阶段，电子鼻吹扫恢复，通过针阀调节高纯氮气流速为100mL/min，对电子鼻吹扫10min，使气体传感器恢复至基线状态。

5.如权利要求4所述的医用电子鼻气体浓缩方法，其特征在于，所述医用电子鼻气体浓缩方法进一步包括：主成分分析方法；通过降维，用较少的互不相关的变量表达原变量所包含的信息；对原始特征进行了PCA：

X＝(X₁,X₂,...,X_m)^T为一个m维随机变量，其中E(X_i)＝0,(i＝1,2,...,m)，考虑其协方差矩阵：

$A=E\[{\mathrm{XX}}^T\]=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& ...& a_{1m}\\ a_{21}& a_{22}& ...& a_{2m}\\ ...& ...& ...& ...\\ a_{m1}& a_{m2}& ...& a_{mm}\end{array}\right];$

其中a_ij＝E(X_iX_j)为X_i与X_j的协方差；A为一个半正定对称矩阵，λ₁≥λ₂≥…≥λ_m≥0为A的m个特征值，则有正交矩阵P使得：

P^TAP＝Λ,其中Λ＝diag(λ₁,λ₂,…λ_m)为对角阵；令：Y＝P^TX，则有：

E[YY^T]＝E[P^TXX^TP]＝P^TE[XX^T]P＝Λ；

即表明Y_i与Y_j是不相关的；

λ_i＝E(Y_i²)，由于E(Y_i)＝0，故D(Y_i)＝E(Y_i²)-E²(Y_i)＝λ_i，由于相似矩阵的迹相等，故有：

λ₁+λ₂+…+λ_m＝a₁₁+a₂₂+…+a_mm；

即：

$E\left(Y_1^2\right)+E\left(Y_2^2\right)+...+E\left(Y_m^2\right)=E\left(X_1^2\right)+E\left(X_2^2\right)+...+E\left(X_m^2\right);$

等价于：

$E(Y_1^2+Y_2^2+...+Y_m^2)=E(X_1^2+X_2^2+...+X_m^2);$

式表明λ₁+λ₂+…+λ_m为X的平均能量：

α∈(0,1)，令：

${\mathrm{\β}}_i=\frac{{\mathrm{\λ}}_i}{{\mathrm{\λ}}_1+{\mathrm{\λ}}_2+...+{\mathrm{\λ}}_m};$

选取整数s使得：

β₁+β₂+…+β_s≥α；

表明Y₁,Y₂,…,Y_s所携带的能量占总能量的比重已超过α；称Y₁,Y₂,…,Y_s为(Y₁,Y₂,…,Y_m)的显著性水平为α的s个主成分，每个主成分集中了随机变量X各分量不同的共有特征。