本发明涉及一种检测样品的制备装置和制备方法。
背景技术：
幽门螺杆菌(Helicobacter pylori，HP)是一种全球广泛流行的革兰氏阴性微需氧人类致病菌，它生存在人体胃幽门部位，是最常见的细菌病原体之一。世界上有多半人口受到过HP的感染，它与慢性胃炎、消化性溃疡、胃癌、胃黏膜相关组织淋巴瘤、微量元素缺乏病及缺血性心脏病等疾病密切相关。及早发现HP感染者，及时而有效地用抗菌素杀灭HP，对预防和控制胃癌有重大意义，因此，近年来HP感染诊断越来越受到重视，世界卫生组织(WHO)国家癌症研究会已将HP定为1级人类致癌因子。
针对HP感染，临床上一般采用呼气试验来诊断。呼气试验是一种非侵入性诊断疾病的手段，它是指通过呼气成分的直接测定或测定摄入特定化合物后呼气中的标志性气体，实现对机体生理、病理状态的非侵入性判断。目前，非侵入检测HP感染的方法主要包括14C-尿素呼气试验(14C-UBT)和13C-尿素呼气试验(13C-UBT)，其原理是：通过口服一定剂量13/14C-尿素胶囊，进入胃部后，如果胃部存在HP，则HP就会分解尿素酶水解尿素，尿素被水解后形成13/14CO2随血液进入肺部并以气体排出，因此，检测被检者呼出的气体中有没有被标记的13C或14C就可以间接判断胃内是否HP感染。
由于14C属于放射性核素，目前14C-UBT检测手段主要通过液体闪烁计数器测量呼气14CO2样品中的β衰变，确定呼出气体中14C的放射性活度，进而判断被检者是否存在HP感染，这种检测方法存在测量灵敏度低、放射剂量大、污染严重、不能用于孕妇和儿童检查等缺点；13C属于稳定核素，临床用于13C-UBT检测手段主要通过高精度同位素质谱仪测定呼气样品中13CO2/12CO2丰度比值，确定13CO2浓度值，进而判断被检者是否存在HP感染，这种检测方法存在丰度灵敏度低、设备昂贵、检测成本高等缺点。
技术实现要素：
本发明是要解决现有尿素呼气试验检测手段灵敏度低、放射剂量大、检测成本高的问题，提供一种幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备方法。该检测样品通过14C-AMS专用加速器质谱仪(AMS)进行检测和分析，进而判断被检者是否存在HP感染。
本发明幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备装置包括气样接口、第一阀门、第一U型管、第二U型管、气体测量装置、反应管A、反应管B、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、真空泵、液氮和酒精混合冷阱和纯液氮冷阱；所述气样接口通过管道依次与第一U型管和第二U型管相连，第二U型管通过管道与反应管A相连，第二U型管和反应管A之间设有气体测量装置，反应管A内设有反应管B，反应管A通过管道与真空泵相连，所述第一U型管外侧设有液氮和酒精混合冷阱，所述第二U型管外侧设有纯液氮冷阱；
所述气样接口处设有第一阀门，第一阀门与反应管A之间设有抽气管，所述抽气管的一端设于第一阀门与反应管A之间，所述抽气管的另一端与真空泵连接，所述抽气管上设有第五阀门，所述第二U型管与气体测量装置之间的管道上设有第二阀门，第二阀门与反应管A之间的管道上设有第三阀门，所述反应管A的入口处设有第四阀门。
进一步的，所述反应管B的外侧壁上设有凸起，反应管A的内侧壁上设有凹槽，使得反应管B卡在反应管A的凹槽处，所述反应管B的底部距离反应管A的底部5cm。
进一步的，所述反应管A是内径为10mm的石英管，所述反应管B是内径为6mm的石英管。
该装置通过控制阀门的开、关，利用温度梯度及气压使得系统中CO2气体流动转移。
当纯化后的CO2气体经过第二U型管后开启第二阀门，关闭第三阀门，使CO2进入气体测量装置以检测体积等，用于后续试验的计算需要。
利用上述装置制备幽门螺杆菌感染诊断检测样品的方法，包括以下步骤：
一、呼气样品纯化：
将14C-尿素呼气试验采集的气样接到幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备装置的气样接口处，关闭第一阀门，打开第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门，通过真空泵工作，使系统真空度保持在10-3Pa，打开第一阀门使得采集的气样进入到制备装置中，关闭第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门，通过阀门控制气样先通过外侧设有液氮和酒精混合冷阱的第一U型管，液氮和酒精混合冷阱的初始冷阱温度在-110℃～-100℃，呼气样品中大部分是氮气和氧气，此时将CO2和水蒸气冷冻，氮气和氧气等其他杂气还是气态，打开第五阀门反抽杂气，之后关闭第五阀门，然后在液氮和酒精混合冷阱里继续加入酒精，使得温度达到-70℃～-60℃，此时CO2被解冻，转化为气态(而水蒸汽仍然冷冻)，再通过外侧设有纯液氮冷阱的第二U型管，这个过程可以去除水分及其他杂质气体，将CO2进行提纯和锁定；整个气样提纯过程中，气样无污染。
二、石墨样品制备：以高纯铁粉为催化剂，用Zn+TiH2作为还原剂，将CO2还原为石墨碳。
具体方案如下：首先将Zn粉和TiH2放入反应管A中，然后将Fe粉放到反应管B中，将反应管B置于反应管A内，打开第二阀门、第三阀门和第四阀门，将纯液氮冷阱移动到反应管A处位于反应管A的外侧，使纯化后的CO2进入反应管A中并冷冻，冷冻温度为-190℃，冷冻时间为10分钟，在冷冻环境下使用焊枪将反应管A封断，最后将封断后的反应管A转移至马弗炉里450℃加热1h，再升温至600℃加热4h，进行还原反应，还原反应结束后自然冷却并打开反应管A，从反应管B中收集最终得到的石墨铁粉混合样品，在超净工作台内将石墨铁粉混合样品装入靶锥内，用专用工具压紧，制成AMS测量专用靶。每个样品制成一个靶，将样品靶装到AMS专用靶盘上，通过AMS装置完成对14C石墨样品的测量及分析。
本发明的有益效果：
本方法采用TiH2作为氢气的来源与锌粉一起在还原单元中进行碳单质还原反应，石墨化效率高，纯度高，反应时间短，可以保证后续束流高，稳定性的AMS测量。
本发明方法制备的检测样品可以用于幽门螺杆菌感染的诊断。将该检测样品通过14C-AMS专用加速器质谱仪(AMS)进行检测和分析，进而判断被检者是否存在HP感染。本发明制备的检测样品用于判断被检者是否感染HP，测量14C的探测灵敏度为5×10-15、测试精度为1.2％，测量结果与现有方法(液闪衰变计数法)对比，在相同精度下，可以降低100倍口服放射性剂量，这就大大提高了安全性，可以普及推广到敏感人群(孕妇、儿童)做检查。克服了现有方法灵敏度低、放射性剂量大、污染严重、成本高等问题，为我国临床医学诊断奠定理论和技术基础。
附图说明
图1为本发明方法中14C样品制备系统的结构示意图。其中1为气样接口，2为第一阀门，3为第一U型管，4为第二U型管，5为气体测量装置，6为反应管A，7为反应管B，8为第二阀门，9为第三阀门，10为第四阀门，11为真空泵，12为第五阀门，13为液氮和酒精混合冷阱，14为纯液氮冷阱，15为抽气管。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备装置包括气样接口、第一阀门、第一U型管、第二U型管、气体测量装置、反应管A、反应管B、第二阀门、第三阀门、第四阀门、第五阀门、真空泵、液氮和酒精混合冷阱和纯液氮冷阱；所述气样接口通过管道依次与第一U型管和第二U型管相连，第二U型管通过管道与反应管A相连，第二U型管和反应管A之间设有气体测量装置，反应管A内设有反应管B，反应管A通过管道与真空泵相连，所述第一U型管外侧设有液氮和酒精混合冷阱，所述第二U型管外侧设有纯液氮冷阱；
所述气样接口处设有第一阀门，第一阀门与反应管A之间设有抽气管，所述抽气管的一端设于第一阀门与反应管A之间，所述抽气管的另一端与真空泵连接，所述抽气管上设有第五阀门，所述第二U型管与气体测量装置之间的管道上设有第二阀门，第二阀门与反应管A之间的管道上设有第三阀门，所述反应管A的入口处设有第四阀门。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述反应管B的外侧壁上设有凸起，反应管A的内侧壁上设有凹槽，使得反应管B卡在反应管A的凹槽处，所述反应管B的底部距离反应管A的底部5cm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：所述反应管A是内径为10mm的石英管，所述反应管B是内径为6mm的石英管。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备方法，包括以下步骤：
一、呼气样品纯化：
将14C-尿素呼气试验采集的气样接到幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备装置的气样接口处，关闭第一阀门，打开第二、第三阀门、第四阀门和第五阀门，通过真空泵工作，使系统真空度保持在10-3Pa，打开第一阀门使得采集的气样进入到制备装置中，关闭第二阀门、第三阀门、第四阀门和第五阀门，通过阀门控制气样先通过外侧设有液氮和酒精混合冷阱的第一U型管，液氮和酒精混合冷阱的初始冷阱温度在-110℃～-100℃，打开第五阀门反抽杂气，之后关闭第五阀门，然后在液氮和酒精混合冷阱里继续加入酒精，使得温度达到-70℃～-60℃，此时CO2被解冻，转化为气态，再通过外侧设有纯液氮冷阱的第二U型管，将CO2进行提纯和锁定；
二、石墨样品制备：
首先将Zn粉和TiH2放入反应管A中，然后将Fe粉放到反应管B中，将反应管B置于反应管A内，打开第二阀门、第三阀门和第四阀门，将纯液氮冷阱移动到反应管A处位于反应管A的外侧，使纯化后的CO2进入反应管A中并冷冻，在冷冻环境下使用焊枪将反应管A封断，最后将封断后的反应管A转移至马弗炉里450℃加热1h，再升温至600℃加热4h，进行还原反应，还原反应结束后自然冷却并打开反应管A，从反应管B中收集最终得到的石墨铁粉混合样品，在超净工作台内将石墨铁粉混合样品装入靶锥内，用专用工具压紧，制成AMS测量专用靶。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤一中液氮和酒精混合冷阱的初始温度为-105℃。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤一中纯液氮冷阱的温度为-196℃～-180℃。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四或五不同的是：步骤一中纯液氮冷阱的温度为-190℃。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：步骤二中所述Fe粉为高纯铁粉，粒径为200～500目。其它与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：步骤二中所述Fe粉为高纯铁粉，粒径为375目。其它与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不同的是：步骤二中Zn粉的质量为120～140mg，TiH2的质量为80～90mg，Fe粉的质量为5～6mg。其它与具体实施方式四至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式四至十之一不同的是：步骤二中所述冷冻的温度为-190℃，冷冻时间为5～10分钟。其它与具体实施方式四至十之一相同。
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备方法，包括以下步骤：
一、呼气样品纯化：
将14C-尿素呼气试验采集的气样接入到幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备装置的气样接口处，关闭第一阀门2，打开第二阀门8、第三阀门9、第四阀门10和第五阀门12，通过真空泵11工作，使系统真空度保持在10-3Pa，打开第一阀门2使得采集的气样进入到制备装置中，关闭第二阀门8、第三阀门9、第四阀门10和第五阀门12，通过阀门控制气样先通过外侧设有液氮和酒精混合冷阱的第一U型管3，液氮和酒精混合冷阱13的初始冷阱温度在-100℃左右，呼气样品中大部分是氮气和氧气，此时将CO2和水蒸气冷冻，氮气和氧气等其他杂气还是气态，打开第五阀门12反抽杂气，之后关闭第五阀门，然后在液氮和酒精混合冷阱13里继续加入酒精，使得温度达到-60℃，此时CO2被解冻，转化为气态(而水蒸汽仍然冷冻)，再通过外侧设有纯液氮冷阱14的第二U型管4，这个过程可以去除水分及其他杂质气体，将CO2进行提纯和锁定。整个气样提纯过程中，气样无污染。其中纯液氮冷阱的温度为-190℃。
二、石墨样品制备：以高纯铁粉(375目)为催化剂，用Zn+TiH2作为还原剂，将CO2还原为石墨碳。
具体方案如下：首先将称好的120mgZn粉和80mg TiH2放入反应管A6(内径为10mm的石英管)中，然后将称好的5mgFe粉放到反应管B7(内径为6mm的石英管)中，将反应管B7缓慢置于反应管A6内，打开第二阀门8、第三阀门9和第四阀门10，将纯液氮冷阱14移动到反应管A6处位于反应管A6的外侧，使纯化后的CO2进入反应管A中并冷冻，冷冻温度为-190℃，冷冻时间为10分钟，在冷冻环境下使用焊枪将反应管A6封断；最后将封断后的反应管A6转移至马弗炉里450℃加热1h(TiH2加热450℃时释放H2)，再升温至600℃加热4h，进行还原反应，还原反应结束后自然冷却并打开反应管A6，从反应管B7中收集最终得到的石墨铁粉混合样品，在超净工作台内将石墨铁粉混合样品一起装入靶锥内，用专用工具压紧，制成AMS测量专用靶，每个样品制成一个靶，将样品靶装到AMS专用靶盘上，通过AMS装置完成对14C石墨样品的测量及分析。
结合图1说明14C样品制备系统，步骤一中所述14C样品制备系统包括气样接口1、第一阀门2、第一U型管3、第二U型管4、气体测量装置5、反应管A6、反应管B7、第二阀门8、第三阀门9、第四阀门10、第五阀门12、真空泵11、液氮和酒精混合冷阱13、纯液氮冷阱14和抽气管15。所述气样接口1通过管道依次与第一U型管3和第二U型管4相连，第二U型管4通过管道与反应管A6相连，第二U型管4和反应管A6之间设有气体测量装置5，反应管A6内设有反应管B7，反应管A6通过管道与真空泵11相连，所述第一U型管3外侧设有液氮和酒精混合冷阱13，所述第二U型管4外侧设有纯液氮冷阱14；
所述气样接口处设有第一阀门2，第一阀门2与反应管A6之间设有抽气管15，所述抽气管15的一端设于第一阀门2与反应管A6之间，所述抽气管15的另一端与真空泵11连接，所述抽气管15上设有第五阀门12，所述第二U型管4与气体测量装置5之间的管道上设有第二阀门8，第二阀门8与反应管A6之间的管道上设有第三阀门9，所述反应管A6的入口处设有第四阀门10。
所述反应管B7的外侧壁上设有凸起，反应管A6的内侧壁上设有凹槽，使得反应管B7卡在反应管A6的凹槽处，所述反应管B7的底部距离反应管A6的底部5cm。
所述反应管A是内径为10mm的石英管，所述反应管B是内径为6mm的石英管。
三、14C-UBT呼气样品高效、高灵敏的AMS测量
(1)离子引出与传输：将装好样品的靶盘装入AMS装置中，首先用Cs离子束轰击靶物质，引出C-；然后通过注入系统中的电磁分析器去除杂质，并导入加速器；最后在充有氦气的加速器中进行加速，通过高能分析系统将14C、12C、13C离子分离。对于14C样品的测量无法通过法拉第杯来观测其束流，通常以13C的光路来模拟14C，在完成13C的AMS系统传输后，其它系统参数不变，仅对注入磁铁和分析磁铁的磁场设置到14C的磁场，就实现了14C的AMS系统传输。14C的传输将综合考虑测量对离子能量和效率的要求，确定最佳传输条件：预加速设置为50kV，加速器端电压设置在180kV(加速器目前的端电压可以稳定运行在200kV)，选择电荷态1+的离子进行传输，在此条件下离子能量为230kV，满足AMS测量的要求。
(2)同位素本底排除方法：利用高质量分辨的注入系统和剥离器，再结合高质量分辨的高能分析系统，同位素本底将被排除。14C测量中，限制测量灵敏度的主要来源是分子本底13CH-、12CH2-、7Li2+、12CH2+、13CH+、12C16O2+、12C12CH42+的干扰，因此系统的调试主要是研究如何排除这些干扰。为了提高传输效率，本方法采用氦气作为剥离气体。研究工作主要从剥离气体的气压进行测试。对于剥离器气体的气压调试主要存在以下问题：a.剥离气体气压低，则难以将粒子剥离干净，难以排除分子粒子的干扰；b.剥离气体的气压过高，能彻底剥离粒子，但同时会影响传输效率以及形成散射本底。为此，分别以标准样品和空白样品对气压做梯度实验，在保证测量效率和测量精度的前提下，通过实验来确定剥离气体最优化气压值。首先确定测量效率和剥离气体气压之间的关系；然后确定14C计数率和剥离气体气压之间的关系；最终确定传输效率稳定的气压区间，同时排除来自分子的干扰并将同位素散射的影响降到最低，保证剥离器达到最佳剥离效果。
(3)14C的鉴别与探测：利用探测技术进一步排除干扰本底，实现14C的高灵敏测量。本方法采用负离子源以排除同量异位素14N的干扰，在将离子经过50kV加速后，利用注入磁铁将质量数为14的离子(包括13CH-、12CH2-、7Li2+、12CH2+、13CH+、12C16O2+、12C12CH42+)送入加速管。为排除14C测量时的分子本底干扰，将离子再经过180kV加速后利用气体剥离器对离子进行剥离，使得通过薄膜后的分子离子瓦解成单原子离子，由此排除分子离子的干扰，同时将负离子剥离成不同电荷态的正离子；利用分析磁铁将14C、13C、12C及其它的离子分开，为了进一步排除由于能散造成的干扰，利用静电分析器进行能量选择；最后利用金硅面垒型半导体探测器对14C进行测定。
(4)方法检验与灵敏度测定：利用系列实验室标准和空白样品进行测量方法检验和灵敏度测定。标准样品不仅可以消除制样分馏与剥离分馏的影响，还可以检验装置的灵敏度；本发明采用的标准样品为OX1，N.I.S.T Oxalic Acid I(C2H2O4和中国糖碳(由1955年的甜菜根制备得来)；空白样品可以消除仪器本底与样品制备过程中引入的固有本底，由于天然石墨中没有14C，本发明采用天然石墨作空白样品检测小型AMS的仪器本底。
本方法采用TiH2作为氢气的来源与锌粉一起在还原单元中进行碳单质还原反应，石墨化效率高，纯度高，反应时间短，可以保证后续束流高，稳定性的AMS测量。
本发明测量仪器14C-AMS专用加速器质谱仪测量14C的探测灵敏度为5×10-15、测试精度为1.2％，经系统调试最终确定该仪器测试14C及其碳同位素的最佳实验条件，主要条件为采用氦气作为剥离气体、剥离气压7×10-3Pa、总加速电压约200kV、采用+1传输测量、结合低C-H制样方法处理样品。本实施例的AMS测量结果如表1所示。
表1 AMS测量结果
通过对标准样品，空白样品和呼气样品进行引束流，呼气样品均能达到2μA以上，完全满足AMS测量，说明幽门螺杆菌感染诊断检测样品的制备方法可行。