氨捕获器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及氨的捕获，特别是气态氨的捕获。本发明还涉及一种包含这种氨捕获 的装置或装备，制造和使用这种捕获特别是检测氨的方法。
【背景技术】
[0002] 氨是以气态形式存在于人体的呼吸物中，然而，它可以用来指示疾病并已具有被 用作筛选大范围疾病的潜力。这些包括肾脏疾病，肝硬化，或感染，例如幽门螺杆菌或念珠 菌微生物。同时，人体呼吸体中氨的增加，也可显示人体精神压力增加。由于这些原因，提 供一种测定该化合物的简单而快速的方法显得尤为重要。
[0003] 在一个健康的个体中，氨在呼吸气中的典型含量是在十亿分之800-900的量级， 在不健康的人体中，则可高达百万分之1-15 (体积比）。由于健康个体和不健康个体之间在 这个范围的较低水平的差异小，因此，需要提供一种精确的检测氨的方法很重要。
[0004] 气态氨样品的感应呈现出许多潜在问题，包括在呼吸气中氨的含量相对较低，一 个健康的和不健康的个体之间氨的水平有时差别很小，采样方法（例如口或鼻取样都需要 选择适当的检测溶液和捕获方法）。
[0005] 在我们最近申请的专利GB1315803. 5 (2013年9月5日提交）中，我们报道了一个 创新的可灵敏地检测呼吸气中氨的方法，可以在诊断地有效水平上检测氨。我们的方法选 择性强、灵敏度高，是一种涉及检测前氨化学转换的间接检测氨电化学方法。
[0006] 呼吸采样是一个极其重要的方面，经常被忽视，需要高效捕捉分析物（如氨），以 便被检测到。例如，许多氨的分析方法要求氨溶液，溶剂可是水、有机溶剂、凝胶还是离子液 体。需要要克服的问题是如何最好地呈现呼吸（或其它气体）样品以使氨进入与传感器相 连的溶液。
[0007] 如果呼吸样本直接通入溶剂（或使用可控的方法注射），捕获气体的溶液需要大 的体积并导致氨的浓度被稀释。在低的氨浓度条件下，稀释带来问题并可能导致最终的浓 度太低而超出无法有效检测。为了克服液体器（水系或非水系）中的这个问题，可使用非 常小体积的溶液。然而，典型的单次呼出的气样体积约500mL。大体积的呼吸气通入小体积 的溶剂会导致溶质挥发而不是氨的溶解。即使这不会发生，这种捕获呼吸样品的方法也是 很难获得可重复的结果。使用凝胶/离子液体/其他导电介质是更复杂的，因为溶液的自 身粘度比水溶液的要小。此外，氨在溶液中的溶解度也是一个限制因素。因此，表面上看似 简单的以一种适当的方式从呼吸气中获取分析用的氨样品也是一个挑战。
[0008] -旦在溶液中，氨通过化学反应产生一种具有某些性能的衍生物，致使产生一个 可行性更强的检测信号（例如，通过和一种化学试剂反应将会生成一种光活性更强的物 质）。然而，在氨溶解之前，这样的化学试剂不能出现在溶剂中，因为它们将会降低氨的溶解 度，并降低了信号强度。因此，它们将会在氨溶解后加入，这一步使整个过程复杂化，增加了 制造成本，在某些情况下降低了分析的可靠性。而且，呼吸气中的其他成分也可能出现在溶 液中，可能会干扰氨的检测。所以，需要开发一种只有呼吸气中的氨能被捕获的器，在分析 时呼吸气中其它的气体成分被排除。
[0009] 本发明旨在克服或改善这些问题或其中的一些方面。
【发明内容】
[0010]因此，本发明的第一个方面公开了氨捕获器，由收集基体、和固定在收集基体上的 酸组成。这个捕获器可以通过氨从酸中得到一个质子转化为铵离子而在收集基体上捕获 氨。与下面的众所周知的反应式一致：
[0011]
[0012] 同样接触氨后，氨捕获器可以说包含收集基体、在收集基体上捕获的铵离子以及 固定在收集基体上的酸（一般酸是过量的）。
[0013] 氨一般是气态的，这里描述的收集氨的简单方法，是从气流中捕捉氨。允许其它所 有气体作为废气排掉，这是非常简单有效的。一旦被捕获，氨能被释放、检测，或者直接在收 集基体上被检测，这个精确的方法依赖于检测用的传感器的类型。但是，可看出不管是氨被 释放后再检测还是原位检测，使用本发明的氨捕获器能得到高浓度、高纯度样品。这使得更 易于分析氨。已经发现本捕获器对氨高度有效、精确，从呼吸气中提取氨具有100%的提取 率。
[0014] 所使用的术语"氨"旨在包括质子化了的铵离子。明显地，对于本领域的读者，在 某些情况下指的是氨的检测，确切的说这也是铵离子检测，在谈及检测方法时也是如此。在 水溶液中检测时尤其是如此，在这种情况下，取决于于PH，会形成铵离子。
[0015] 气态氨一般是来自人或动物的呼吸气中。这里使用的术语"呼出气"指的是由肺 排出的一些或者全部成分的混合物。这可能包括一个或两个鼻子呼吸或者嘴呼吸，一般含 有气态成分。例如，空气，这里的空气一般被耗尽了氧气、富含二氧化碳。而且，蒸汽、液态 成分也可能存在，例如水蒸气或者水。蒸汽、液态组分可能包含溶解的的物质。同样地，本 发明的捕获器旨在能够捕获呼吸中的氨。本发明的捕获器可能捕获气态氨或者从呼吸冷凝 物中捕获氨，这里用的呼吸冷凝物指的是呼吸中的液态组分或者凝结的蒸汽组分。
[0016] 通常情况下，酸是强酸，因为这样能确保当氨气与收集基体接触时氨气能迅速转 变。酸主要是矿物酸，例如氏?0 4，氏504，!1(：1，圆03以及这些酸和弱酸的组合。已经发现单独 的有机酸不够强，不能有效捕获100%的氨，在某些情况下会干扰检测。通常的磷酸、盐酸、 硝酸是气态酸在水溶液中。当使用这种酸的水溶液时，盐酸和硝酸有挥发的风险并且停止 提供捕获氨用的质子。已经发现硫酸对许多装置有太强的腐蚀，经常会腐蚀收集基体。然 而，使用耐酸性的收集基体时，硫酸可能可以使用。已经发现磷酸具有足够的强度捕获气流 中的全部氨，特别是当磷酸干燥成油状时很容易固定在收集基体上。
[0017] 这里使用的术语"强酸"指的是当其溶于水时能够完全解离。"弱酸"则与之相反， 即不能完全解离。强酸的典型pKa值在-10至-2间，而弱酸的则在-2到12之间。
[0018] 通常，收集基体是多孔的。经常选那些有足够多的孔隙能使气流通过的收集基体， 从而确保所有的氨都被捕获，且收集基体应有足够的强度而不会被气流破坏，还要很薄以 将其对气流的阻力降至最低，使得呼出的气流体易于进入捕获器。多孔性可以通过穿孔的 非多孔性材料（如塑性材料）或者直接使用多孔材料获得。通常基体使用纤维材料，在很 多情况下，这些纤维材料来自纸或者纺织材料。基体也经常是多孔纸，例如考虑到价格和实 际可用性等原因，会选用滤纸。另一种方法是利用上面提到的酸或酸的组合溶液。
[0019] 通常这个捕获器包含一个收集基体的外罩，基体就置于这个外罩里或者悬于其 中。通常收集基体会充满这个外罩，横跨外罩的横截面，通过外罩的任何气体必须和基体相 互作用。在许多情况下，外罩配置的是允许气体进入和排出捕获器的。一般外罩配备一个 入口以允许气体进入捕获器，一个出口以允许气体排出捕获器。同时，也可是只有一个孔， 既可作为入口也可作为出口。通常入口和出口是下列形式放置的，气体从入口进入，流经收 集基体，至出口排出。这通常意味着入口和出口在基体的两面，以致进入捕获器的气体必须 经过基体，因而确保气流中所有的氨都会被提取。这种结构具有额外好处是呼吸样品扩散 /流过滤纸，对用户没有明显的害处。例如，已知的使用液体器的检测方法有吸入液体的风 险。由于在这里描述的捕获器里没有液体，因而这样的情况不会发生。外罩的精确的构造 可进一步改进以适应于提供一个经济可行的产品。
[0020] 外罩可能由塑料、金属、玻璃、或者其他材料（例如纸）。但是，规定外壳是无孔的， 通常情况下外罩由硬质材料构成，这些材料是惰性的，或者说不与气流中的组分发生反应。
[0021] 化学捕获允许使用最小体积的溶液（包含试剂）进行测量/检测。在另一个实施 方案中，捕获溶液可以置于呼吸气收集腔或者通过将呼吸气转入酸性溶液的方法。
[0022] 本发明的第二个方面提供一种氨检测装置，其包括一个发明的第一个方面所述的 氨捕获器，以及一个氨传感器。任