用于提供用于对呼吸气体分析机构进行校准和质量控制的校准流体的装置、系统和方法与流程

背景技术：

对于呼出空气中的分析物的定量测量能够对特定的呼吸道疾病进行识别和监控。例如，通过对于呼出的空气中的一氧化氮浓度的测定，能够估计哮喘病人的肺部炎症的量度。

一氧化氮浓度的测定在此能够用在ep1384069b1中所公开的装置通过将一氧化氮转化为二氧化氮这种方式连同随后借助于所述装置中的基于场效应晶体管的气体传感器对二氧化氮浓度进行的测量来进行。气体传感器为此在其栅电极上具有敏感层，所述敏感层用于积聚二氧化氮。为了在测量之后使气体传感器、特别是敏感层再生，在对敏感层进行加热时需要进行扫气。然而，在这种情况下通常不可能完全除去积聚在敏感层上的二氧化氮和其他干扰测量的核素（spezies）。

技术实现要素：

在此背景下，本发明涉及用于提供用于对呼吸气体分析机构进行校准的校准流体、特别是氮氧化物的一种装置、一种系统和一种方法。

用于提供校准流体的装置包括如下第一接口，该第一接口用于将装置的腔室与呼吸气体分析机构的测量路径连接起来。此外，所述装置包括用于将具有第一反应物的反应物载体加入到腔室中的第一开口并且具有接触元件。在这种情况下，接触元件相对于第一开口如此布置在腔室中，从而在加入反应物载体时能够使接触元件与反应物载体接触，以用于触发第一反应物的化学反应，从而产生校准流体。

“校准流体”尤其应该是指具有预先给定的成分的气体或气体混合物，从而在使用校准流体的情况下能够对呼吸气体分析机构进行明确定义的校准。校准流体能够包括氮氧化物、特别是一氧化氮和/或二氧化氮。“呼吸气体分析机构”尤其应该是指用于对呼出空气中的分析物进行测量的装置、也被称为用于进行呼吸气体分析的设备、例如在ep1384069b1中公开的用于在从一氧化氮到二氧化氮的转化以及对于二氧化氮浓度的测量的基础上对呼出空气中的一氧化氮进行测量的装置。第一接口尤其能够是用于呼吸气体分析机构的接头、例如是相对于呼吸气体分析机构的特别是形状锁合的连接的一部分、例如是夹紧连接的一部分或者插塞连接的一部分。第一接口在此能够在装置的腔室与装置外部的区域之间具有能封闭的开口。腔室尤其是装置中的平行六面体形的、例如立方体形的或柱筒形的凹部，其中针对有待在腔室中产生的校准流体的、特别是校准气体的明确定义的容积而预先给定了凹部的容积。第一开口尤其能够构造为用于加入条带形的反应物载体的缝隙。“接触元件”尤其应该是指布置在腔室中的结构。特别地，接触元件构造为在通过第一开口加入反应物载体的情况下触发与第一反应物的化学反应，以用于产生校准流体。

根据本发明的装置具有以下优点，即：能够在先前使用之后以简单的方式方法重新校准呼吸气体分析机构。除此以外，能够有利地检查先前对呼吸气体分析机构的气体传感器进行扫气的效果。通过用于产生校准流体的化学反应的预先规定和参与所述化学反应的反应物的量的预先规定并且通过装置的腔室的明确定义的容积，能够向呼吸气体分析机构输送明确定义的校准流体浓度，以用于进行校准测量。因此，本发明能够有利地将所测量的浓度与预先给定的浓度进行简单的比较，以用于检查测量精度。由此，特别是在现场使用所述装置时也能够以简单的方式执行对于所述装置的质量控制。此外有利的是，为了提供校准流体，不必设置连接到流体管路上的或者流体用的储存容器的接头、特别是不必设置连接到气体管路或压缩气瓶上的接头。因为尤其不需要用于流体的储存容器并且只有在实际上需要时才产生校准流体，所以所述装置能够有利地以紧凑的且节省空间的方式来设计。除此以外，只有在实际上需要时才产生校准流体的做法具有如下优点，即所述校准流体总是能够新鲜生产并且因此相对于所储存的校准流体通常具有更高的质量和/或稳定性。

优选地，接触元件包括用于与所加入的反应物载体进行接触的结构、特别是凸起。在这种情况下，所述结构能够相对于第一开口如此布置和构造，使得其将反应物载体加入到腔室中的操作限制到预先给定的程度上。因此，由于阻止进一步的加入，当反应物载体碰到接触元件的凸起时，接触元件也有利地向使用者也提供经由反应物载体所传达的触觉反馈。所述结构在此能够与腔室的壁一体地构造。特别地，所述结构能够构造用于将反应物载体固定在腔室中。例如，所述结构能够包括一个或多个凸起、凹部和/或壁，其至少部分地包围反应物载体并且因此防止特别是横向于朝腔室中的插入方向的运动。例如，所述结构至少部分地u形地包围所加入的反应物载体。

在本发明的一种特别有利的改进方案中，所述装置包括可移动的活塞或柱塞，其用于通过第一接口来排挤所产生的校准流体。优选地，活塞或柱塞能够沿着纵轴线朝第一接口的方向运动，其中活塞或柱塞优选具有以下面，所述面横向于纵轴线完全填满优选平行六面体形的或柱筒形的腔室的的横截面。这实现通过所述第一接口的开口将处于活塞或柱塞的面与所述横截面之间的校准流体明确定义地排挤到与所述第一接口相连接的呼吸气体分析机构的测量路径中。

所述装置能够具有能够从装置的外部来操作的滑块，该滑块与活塞或柱塞相连接，以用于使活塞或柱塞运动。作为替代方案或补充方案，所述装置在本发明的一种特殊的设计方案中包括用于使活塞或柱塞运动的驱动装置。所述驱动装置尤其能够是如下电动马达，该电动马达与所述装置的电控制机构相连接。这样做的优点是，所述装置的使用者无须费力就能够将校准流体从腔室排挤到呼吸气体分析机构中。

在本发明的一种特别有利的改进方案中，接触元件包括用于对第一反应物进行加热的加热器。加热在此能够有利地用于触发第一反应物的化学反应，以用于例如通过第一反应物的氧化来产生校准流体、特别是校准气体。加热器能够有利地被设立用于加热到预先给定的反应温度，以用于为第一反应物提供所定义的温度。

根据本发明的一种有利的设计方案，接触元件具有导电的接触面，其用于与所加入的反应物载体进行电接触。所述装置能够被设立用于通过电接触来识别被加入到所述装置中的反应物载体的存在。此外，所述装置能够被设立用于，在进行这样的识别时例如通过对于接触元件的加热器的操控来促成用于产生校准气体的操控。例如，接触元件能够被设立用于通过反应物载体与接触元件的接触面的电接触来使用于给加热器通电的电路闭合。这样做的优点是，对于反应物载体的加热能够紧接在将其插入到第一开口中之后进行。此外，所述装置、特别是接触元件能够具有如下温度传感器，该温度传感器用于确定腔室中的温度和/或用于确定反应物载体的温度。优选地，接触元件在此也能够构造为温度传感器、特别是电阻温度计。所述装置在此能够被设立用于通过对于温度的测定来控制对于所述加热器的调节。

在本发明的另一种有利的设计方案中，接触元件包括第二反应物。如果校准流体的产生应该通过两种反应物的化学反应来进行，则这一点尤其有利。通过反应物载体来加入第一反应物并且使其与预先存放在接触元件上的第二反应物进行接触。如果对于化学反应来说有需要，则能够优选通过所述装置的加热器使第一和/或第二反应物达到预先给定的温度，以用于开始化学反应。如果对于用于产生校准流体的化学反应来说需要三种反应物，则其中两种优选能够要么在反应物载体上要么在接触元件上已经混合在一起并且第三种则能够预先存放在接触元件上或反应物载体上。

在本发明的另一种有利的设计方案中，接触元件包括打开元件、特别是芯轴、针、凸起或柱塞，以用于打开反应物载体的容器，从而从容器中释放第一和/或第二反应物。如果用于产生校准流体的反应物以液体的形式存在，则这一点尤其有利。打开元件能够优选相对于第一开口如此定向，从而在通过第一开口将反应物载体加入到腔室时引起容器的打开。换句话说，装置的使用者在将反应物载体插入到第一开口中时也同时引起容器的打开。就针或芯轴而言，所述针或芯轴为此能够朝第一开口的方向延伸。就柱塞或凸起而言，其能够如此布置，从而在反应物载体对凸起或柱塞产生力作用时使得反应物载体的容器打开。

在本发明的一种有利的改进方案中，所述装置构造为用于呼吸气体分析机构的充电机构的或充电站的一部分，所述充电机构或者充电站尤其用于给呼吸气体分析机构的蓄能器进行充电。这具有以下优点，即：充电和校准这两个功能能够被紧凑地安置在共同的机构中。因此，一种用于呼吸气体分析机构的、包括根据本发明的装置的充电机构、特别是充电站也是本发明的主题。

一种用于在根据本发明的用于对呼吸气体分析机构进行校准的装置中化学产生校准流体的反应物载体也是本发明的主题，其中反应物载体特别是具有条带形状、包括第一反应物和加热器、特别是微系-加热器，其中加热器布置在第一反应物的下方。反应物载体的优点在于，加热器和布置在其旁边的第一反应物一起被提供用于根据本发明的装置。此外，通过施加新的反应物这种方式能够多次使用反应物载体。此外，在根据本发明的装置中不必提供加热器并且根据反应物能够将带有或不带有加热器的反应物载体加入到所述装置中。

优选地，反应物载体包括与加热器连接的电接触面。反应物载体能够被设立用于在通过接触面进行电接触的情况下、也就是说通过接触面施加电势或者通电时启动加热器。优选地，所述电接触能够通过接触元件的上面所描述的电接触面来进行。

如上所述，此外一种用于提供用于对呼吸气体分析机构进行校准的校准流体、特别是氮氧化物的系统也是本发明的主题。该系统包括根据本发明的装置或用于呼吸气体分析机构的、包括根据本发明的装置的根据本发明的充电机构。此外，该系统包括反应物载体、特别是根据本发明的反应物载体，其具有用于化学产生校准流体的第一反应物。

此外，一种用于对呼吸气体分析机构进行校准的方法是本发明的主题。在第一步骤中，将呼吸气体分析机构与用于提供校准流体的装置连接起来，其中呼吸气体分析机构通过所述装置的第一接口与所述装置相连接。在第二步骤中，将具有第一反应物的反应物载体加入到所述装置的腔室中。作为替代方案，第二步骤也能够在第一步骤之前进行。在第三步骤中，通过腔室中第一反应物的化学反应来产生校准流体，所述校准流体特别是包含一种或多种不同氮氧化物的校准流体。在第四步骤中，将校准流体导入到呼吸气体分析机构的测量路径中，以用于对呼吸气体分析机构进行校准。

关于根据本发明的方法的优点以及以下有利的改进方案和设计方案，也要参照根据本发明的装置的上面所引用的相对应的改进方案和设计方案。

在所述方法的一种特别有利的设计方案中，通过用呼吸气体分析机构的泵进行抽吸这种方式来支持将校准流体导入到测量路径中。

根据所述方法的一种有利的改进方案，通过所述装置的加热器将包含第一反应物的反应物载体的至少一部分加热至反应温度。

在所述方法的另一种特别有利的设计方案中，通过加热器对通过反应物载体加入到腔室中的硝酸铜进行加热，以产生作为校准流体的二氧化氮。硝酸铜的使用具有以下优点：即，为了产生二氧化氮，在不添加其他物质的情况下仅仅必须在常压下将硝酸铜优选加热到180℃。

根据所述方法的一种有利的改进方案，用不同的具有不同量的第一反应物的反应物载体来重复所述方法。这样做的优点是，能够在较宽的测量范围内检查对于呼吸气体分析机构的校准并且必要时对其进行调整。

附图说明

本发明的实施例在附图中示意地示出并且在后面的说明书中进行详细解释。为在不同的附图中所示出的并且类似地起作用的元件使用相同的附图标记，其中放弃对所述元件的重复的说明。其中示出：

图1至4示出了关于根据本发明的系统和根据本发明的装置的实施例的示意图，

图5示出了关于根据本发明的反应物载体的一种实施例的示意图，并且

图6示出了关于根据本发明的方法的一种实施例的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的系统1000的一种实施例，其包括根据本发明的装置100的一种实施例，所述装置用于提供用于对呼吸气体分析机构20进行校准的校准流体、特别是氮氧化物。

装置100包括第一接口110，该第一接口用于将装置100的腔室101与呼吸气体分析机构20的测量路径21连接起来。此外，装置100包括用于将具有第一反应物11的反应物载体10加入到腔室101中的第一开口120并且具有接触元件140。接触元件140相对于第一开口120如此布置在腔室101中，从而在加入反应物载体10时能够使接触元件140与反应物载体10相接触，以用于触发第一反应物11的化学反应，从而产生校准流体。

腔室101在此能够具有例如500毫升的容积、即用于校准流体的容量。例如，腔室101具有柱筒的形状，其半径为6或5厘米、高度为4.4或者6.4厘米。作为替代方案，腔室101能够具有平行六面体形状，其具有7×7厘米或8×8厘米的示范性的底面和10.2和7.8厘米的高度。腔室101的壁能够包括耐热塑料、例如聚醚醚酮（peek）、聚苯硫醚（pps）和/或聚四氟乙烯（ptfe）。作为替代方案或补充方案，腔室101也能够具有限定该腔室101的容积的、用于相对于化学反应获得热稳定性的涂层、例如同样是peek、pps和/或ptfe。为了获得额外的冷却功能，腔室101的壁能够包括冷却肋或者用于冷却流体、比如空气的流体通道。

如图1所示，第一开口120尤其能够构造为用于加入条带形的反应物载体10的缝隙。优选在没有插入反应物载体10时能够比如通过闸板（klappe）来封闭第一开口120。

如图5中所示，反应物载体10具有条带形状、例如像医学技术中已知的测试条带。在这种实施例中，它包括例如由塑料构成的载体材料，在其一端上、比如如所示出的那样在凹处中施加了第一反应物11。例如，条带的长度为50毫米、宽度为5毫米并且高度为1毫米。优选地，第一开口120的尺寸与这种宽度和高度相匹配。

此外，图1示出，接触元件140包括呈凸起144的形式的结构，该结构用作插入反应物载体10的限制部。例如，凸起144具有与反应物载体10相同的宽度。图2示出了接触元件140和反应物载体10的俯视图，从该俯视图中得知，接触元件140包括另外的结构160、特别是用于将反应物载体10固定在腔室101中的壁或凸起。如图所示，这些结构160在此能够至少部分地以u形方式包围反应物载体10，以防止反应物载体10相对于第一开口120的侧向的运动。例如，所述结构具有几毫米的厚度和几毫米的与反应物载体10相当的高度。结构144、160能够包括与腔室101的壁相同的塑料并且例如能够与腔室101的壁102一体地设计。

在这种实施例中，接触元件140此外包括加热器141，所述加热器用于对反应物载体10的一部分、特别是包括第一反应物11的那一部分进行加热。加热器141例如能够是电阻加热器。特别地，加热器能够是从de102009056338a1已知的dsc芯片。作为替代方案，反应物载体10也能够包括加热器141，如图5所示。加热器141在此布置在第一反应物11的下方。

第一反应物例如能够是固体形式的硝酸铜（（cu（no3）2）），其通过加热至例如180℃这种方式而裂解成氧化铜、氧气和二氧化氮。在该示例中，在此产生的二氧化氮形成校准流体。在呼吸空气中，一氧化氮的浓度约为最大200ppb（十亿分之一）。为了校准或者检查对于在该示例中基于在ep1384069b1中所公开的装置的呼吸气体分析机构20的校准，必须提供类似的浓度，以用于能够在实际的测量范围内进行测量。为了能够为确定校准曲线而进行内插（并且不进行外推），而为检查优选提供浓度为200ppb的二氧化氮、即在呼吸气体分析机构20的气体传感器的测量范围的上边缘处予以提供。如上所述，腔室101的容积例如是500毫升。在此简化地假设，这个容积充满空气。然后如下所述，可以以1平方毫米的底面来估算必要的硝酸铜-层厚度。1摩尔空气对应于6.022＊1023个微粒和22.4升的容积。500毫升空气因此对应于1.34＊1022个微粒。如上所述，其中的200ppb应该是二氧化氮，这又相当于2.69＊10＾15个微粒或者4.46＊10＾-9摩尔。在加热至180℃时，由1摩尔硝酸铜产生2摩尔二氧化氮。因此，为了能够产生4.46＊10＾-9摩尔的二氧化氮，需要2.23＊10＾-9摩尔的硝酸铜。硝酸铜的摩尔质量为187.5558克/摩尔。因此，2.23＊10＾-9摩尔的硝酸铜对应于4.19＊10＾-7克。对于3.05克/立方厘米的密度来说，为此产生1,37*10＾-7立方厘米的容积。对于上面所假设的1平方毫米的底面来说，产生1.37＊10＾-5厘米的层厚度，这是0.137微米。

能够改变第一反应物11的层厚度、特别是如上所述的硝酸铜的层厚度，以用于以不同的浓度来提供校准流体、特别是包含二氧化氮的校准气体。例如，能够使用不同的具有不同量的第一反应物11的反应物载体10，以用于在较宽的测量范围里检查对于呼吸气体分析机构20的传感器的校准并且必要时对其进行调整。

此外如图1所示，第一接口110构造为部分形状锁合的接头，其用于与呼吸气体分析机构20进行尽可能气密的连接。在此，第一接口110包括第二开口111，所述第二开口优选能够比如通过盖来封闭。存在于腔室101中的流体、特别是所产生的校准流体因此能够经由第二开口进入到呼吸气体分析机构20的测量路径21中。呼吸气体分析机构20优选包括布置在测量路径21中的泵23，该泵被设立用于经由测量路径21来抽吸流体并且将其进一步导送到测量腔室22，呼吸气体分析机构20的气体传感器24处于所述测量腔室中。

此外，装置100包括可移动的活塞150或柱塞150、在下文中称为柱塞150，其用于将所产生的校准流体经由第二开口111排挤到测量路径21中。柱塞150具有以下面，所述面横向于纵轴线152完全填满在该示例中平行六面体形的腔室101的横截面，柱塞150能够沿着纵轴线来运动。柱塞的运动在此优选能够通过电驱动装置151、例如通过电动马达来进行。作为替代方案或补充方案，装置100能够具有能够从装置100的外部来操作的滑块153，该滑块与柱塞150相连接并且能够由使用者使用，以用于移动柱塞150。在此，腔室101的壁102能够具有用于接纳反应物载体10的凹部和齐平地与其邻接的接触元件140，使得柱塞150能够越过反应物载体10和接触元件140来运动，以便通过第一接口110来排挤所产生的校准流体。作为替代方案，柱塞150能够具有与反应物载体10的和接触元件140的尺寸相匹配的凹部。

图3示出了根据本发明的系统1000和根据本发明的装置100的另一种实施例。它与按照图1的实施例的不同之处在于，接触元件140的加热器141如此布置在腔室101的壁102中、在该示例中如此布置在腔室101的底部102中，从而在插入反应物载体10直至接触元件140从壁上突出的凸起144时加热器处于反应物载体10的具有第一反应物11的端部的侧面。在该示例中，在加热器143上布置有第二反应物143，使得第一反应物11和第二反应物143能够接触。在这种实施例中，它能够是两种反应物，它们在彼此的化学反应中释放出校准流体、特别是氮氧化物、像比如二氧化氮。在此，加热器141能够有利地通过对于特别是第二反应物143的加热来支持反应。第一反应物比如能够是例如硫酸铁（ii），并且第二反应物能够是溴化钠和亚硝酸钠的混合物，它们在彼此的化学反应中产生包括大约98.8％的一氧化氮和大约1.2%的氮气的气体混合物。

在一种作为替代方案的设计方案中，没有第二反应物143布置在加热器141上，并且加热器141能够引起对于第一反应物11的加热以产生校准流体，例如引起对于硝酸铜的加热以产生二氧化氮。

在另一种作为替代方案的设计方案中，没有加热器141布置在第二反应物143下方。如果对于两种反应物11、143的化学反应来说不需要外部热量，则这一点特别有利。

在图3所示的装置100中，接触元件140此外具有导电的接触面145，其用于与所加入的反应物载体11电接触。装置100能够被设立用于通过电接触识别被加入到所述装置中的反应物载体11的存在。为此，反应物载体11优选同样具有导电的接触面12或电接触元件12，如图5所示。此外，装置100能够被设立用于在进行这样的识别时例如通过对于接触元件140的加热器141的操控来促成用于产生校准气体的操控。例如，接触元件140也能够被设立用于通过反应物载体11与接触元件的接触面的电接触来闭合用于给加热器141通电的电路。

如果反应物载体10包括加热器141，则电接触面12或电接触元件12能够如图5所示与加热器141相连接。在这种情况下，反应物载体10能够被设立用于在通过接触面12进行电接触的情况下、也就是说在通过接触面12施加电势或电流时启动加热器141。电接触优选能够通过接触元件140的上面所描述的电接触面145来进行。

图4示出了根据本发明的系统1000和根据本发明的装置100的另一种实施例。它与按照图1和图3的实施例的不同之处在于，接触元件140呈芯轴146或针146的形式的打开元件146。如图所示，打开元件146优选能够相对于第一开口120如此定向，从而在通过第一开口120将反应物载体10加入到腔室中时打开元件146引起反应物载体10的一个或多个容器13、14的打开。如在图4中可以看到的一样，芯轴146或针146以尖的端部朝第一开口120的方向延伸。因此，在将反应物载体10插入到第一开口120中时，装置100的使用者也同时引起反应物载体的容器13、14的打开。在该示例中，反应物载体包括装有第一反应物11的第一容器13和装有第二反应物143的第二容器14，所述容器在插入时先后被打开元件146刺穿。因此，两种反应物11、143能够从容器13、14中逸出并且彼此混合，以用于随后的化学反应，从而产生校准流体。因此，本发明的这种实施方式尤其对液态的反应物11、143来说是有利的。

图6示出了用于用于对呼吸气体分析机构进行校准的根据本发明的方法500的一种实施例的流程图。在此，能够用根据本发明的系统1000和根据本发明的装置100的上面所提到的实施例之一来执行所述方法500。在第一步骤501中，将呼吸气体分析机构20与装置100连接起来，以用于提供校准流体，其中呼吸气体分析机构20通过装置100的第一接口与装置100进行连接。在第二步骤502中，将带有第一反应物11的反应物载体10加入到装置100的腔室101中。作为替代方案，也能够在第一步骤501之前执行第二步骤502。在第三步骤503中，通过腔室101中的至少包括第一反应物11的化学反应产生特别是包含一种或多种不同的氮氧化物的校准流体。在第四步骤504中，将校准流体导入到呼吸气体分析机构20的测量路径21中，以用于对呼吸气体分析机构20进行校准并且执行校准。

优选通过呼吸气体分析机构20的泵23的抽吸来支持将校准流体导入到测量路径21中。根据所述方法的一种有利的改进方案，将包含第一反应物11的反应物载体10的至少一部分通过装置100的加热器141加热至反应温度。特别地，第一反应物11如上所述能够是硝酸铜并且因此优选加热到至少180℃。