相关申请的交叉引用
本申请要求2018年7月31日提交的申请号为62/712,941的美国临时专利申请的优先权权益，其通过引用整体并入本文。
本申请涉及呼吸分析仪系统和设备。更具体地，本申请涉及呼吸分析仪系统和设备，其被设计为有助于使用呼吸样本在现场定量分析thc和其他物质。
背景技术：
大麻合法化造成许多司法问题，并引发对平民安全的关注。每天大麻使用者从2007年占美国人口的9.8％增加到2014年的13.39％。虽然仅增加3.6％，但大麻中的精神活性物质δ-9-四氢大麻酚(δ-9-thc)的效力也从2001年的5％增加到大麻叶中的20％以上和在粗提物中的60％以上。效力的增加导致当地人口犯罪报告的增加。具体地，在所有设有大麻药房的州中，大麻药房密度高的地区的财产犯罪率更高。大麻合法化的另一个问题是在驾驶汽车时大麻的影响。大麻使用者发生车祸的可能性比清醒的驾驶员高25％，并且周末所有驾驶员中的10％以上受到非法药物的影响。随着大麻在更多州合法化，需要对δ-9-thc正确定量，以便可以准确、快速地测定人是否受到大麻的影响。这也将有助于司法系统具有一种可以准确地测定浓度的装置，从而允许测定用于操作车辆的δ-9-thc的设定限度。
目前三种大麻素化合物被分析以测定血液中的大麻素浓度；它们是δ-9-thc、11-羟基-四氢大麻酚(11-oh-thc)和羧基-四氢大麻酚(thc-cooh)。当前，用于测定药物(例如大麻素)存在的技术需要通过血液、血浆、尿液或口腔流体样本的分析。大多数分析技术都使用气相色谱与质谱联用(gc/ms)。这带来了必须收集样本并将其带回实验室进一步分析的问题。这些技术具有很长的分析时间，大多数分析花费15分钟以上以检测大麻素。此外，由于电离源是电子电离(ei)，因此使用gc/ms检测δ-9-thc也会带来另一个问题。大麻二酚(cbd)是从大麻植物中提取的树脂，具有与δ-9-thc相同的分子量，并且在使用电子电离而电离时具有相同的质谱裂解模式。根据《管制物质法》，因为cbd是大麻的衍生物，所以它被分类为附表i药物。但是，2014年的农业法允许出于市场调查的目的种植和销售工业大麻。一些州认为该法案是与农业承包人签订合法出售cbd的权利。这对定量人呼吸中的δ-9-thc量提出了挑战，因为该信号可能是人呼吸中的可以合法得到的cbd的结果。
在一些州，已经制定了体内δ-9-thc的法定限值的法律。十二个州具有零容忍政策，该政策规定任何人在开车时都不应在血液中有任何大麻素。但是，五个州允许使用医用大麻。这导致患者接受治疗、然后必须在白天晚些时候或该周晚些时候驾驶的问题，因为他们可能被认为是在大麻(duim)的影响下驾驶。测试所有三种大麻素的分析技术可以是有问题的，因为没有作用于精神的thc-cooh在δ-9-thc和11-oh-thc都保留在血液中很久之后仍保留在血液中。即使没有体验到任何作用于精神的作用，人也可能无法通过大麻素测试。其他州已通过本身血液大麻含量(bcc)法律。这些选择州各有其自己的限值，总范围在每毫升血液1纳克thc(ng/ml)至5ng/ml。如果驾驶员的浓度高于这些值，则将其视为duim，进行与醉酒驾驶类似的处罚。不幸的是，尚未开发出能够准确且快速地检测δ-9-thc浓度的装置。
从人的呼吸中检测出大麻素是需要允许在现场的无创快速测定。先前的大麻素呼吸测定方法追溯到1972年，当时使用比色法在受影响的人的呼吸中检测大麻。该测试收集呼吸并使用一系列与醌-4-卤代亚胺、2,6-二卤代醌-4-卤代亚胺、氢氧化钠以及氨的反应，以确定呼吸样本是否变为蓝色或红色。这些比色测试必须在大型反应容器中进行、有代表阳性结果的宽范围的颜色、并且呼吸中至少需要1微克的thc才产生阳性反应。这些测试无法定量δ-9-thc的水平，也无法在现场使用。
目前，当地执法人员在现场使用三种类型的呼吸分析仪：液相色谱与质谱联用(lc/ms)、高场强不对称波形离子迁移谱(faims)和液相色谱与质谱联用。第一家公司sensabues使用呼吸采样套件。人向采样室中呼吸，然后将该设备送回实验室，以便使用lc/ms分析。尽管此方法可用于定量，但不能在现场使用，这妨碍了此方法。此外，一旦样本到达实验室，lcms需要几分钟来分析该样本，然后才能看到大麻素。另外两家公司提供了能够现场测量的系统。cannabixtechnologiesinc.已与佛罗里达大学的yost研究小组合作，创建了用于δ-9-thc的便携式呼吸分析仪，该分析仪利用高场强不对称波形离子迁移谱(faims)。该装置可以在两分钟的时间窗口内分析样本，并且可以检测和定量样本中浓度为百万分之十(ppm)的δ-9-thc。尽管此装置克服了便携性问题，但faims并未包含测定δ-9-thc浓度所需的相同的分辨率或峰容量。在没有适当的分辨率的情况下，该仪器将无法区分烟草烟雾和大麻烟雾中的化合物。此外，在没有峰容量的情况下，其他化合物(例如非法药物)可能被忽略，从而使驾驶员在不同非法物质的影响下继续驾驶。另一家公司houndlabsinc.已开发一种手持式仪器，该仪器还利用液相色谱与光谱联用，通过将荧光加合物与δ-9-thc分子的对位连接来检测δ-9-thc的存在。该装置仅需要皮克数量的δ-9-thc，并且通过捕获人的呼吸并将呼吸凝结到c18介质上来工作。然后将介质输送至tlc板，在该板上施用有溶剂混合物，并在几分钟后将荧光标记置于整个tlc板上。荧光标记将与δ-9-thc特异性结合，然后使用二极管泵浦的固态激光器将其激发。该激发态将引起光谱偏移，并可以参考已知的δ-9-thc样本。此方法需要8分钟以上来分析样本，并且每次进行分析时都需要使用已知的参照物。
自本世纪初以来，平民的合成阿片类药物服药过量的数量增加了200％，从2014年至2016年，所有药物服药过量中的50％归因于阿片类药物。军事人员的阿片类药物服药过量也有所增加，因为军事急诊部门记录了在2009年至2012年之间，阿片类药物服药过量从27％稳定增加到42％。由于平民和军事人员中发生了如此多的阿片类药物服药过量，因此需要改进的检测方法。大多数药物执法机构只能使用气相色谱与质谱联用(gc/ms)或液相色谱与质谱联用(lc/ms)来分析阿片类药物。阿片类药物(例如美沙酮和芬太尼)进入人体后立即被羟基化。该羟基化的过程开始了新陈代谢循环，从而产生挥发性有机化合物(voc)、例如丙酸。用于检测这些voc的先前方法已经具有与gc/ms联用的固相微萃取(spme)技术。不幸的是，这些方法需要长达10分钟的长时间平衡。
技术实现要素：
公开了提供用于来自呼吸样本的大麻素和其他物质的改进的现场定量的技术的系统、设备、方法和计算机可读存储介质。本发明的示例性呼吸分析系统和设备可包括采样室，该采样室具有被配置为接收呼吸样本并将该呼吸样本提供给采样室的入口。分子收集器可设置在采样室内。分子检测器可被配置为使得存在于被引入到采样室中的呼吸样本中的挥发性有机化合物(voc)附着于分子收集器。呼吸分析系统和设备可包括加热元件，该加热元件被配置为在采样室内引入或引起热量，这可引起附着于分子收集器的voc的至少一部分的解吸。示例性的呼吸分析系统和设备可包括分析装置，该分析装置被配置为从分子收集器释放的voc的至少一部分中识别一种或多种目标voc，并产生代表所识别的一种或多种目标voc的输出。该输出可包括定量一种或多种目标voc相对于提供给采样室的呼吸样本的来源的浓度的信息。在这些方面中，分析装置可使用质谱仪或太赫兹(thz)光谱仪来识别一种或多种目标voc。
前文已经相当宽泛地概述了本发明的特征和技术优点，以便可以更好地理解本发明的下文的详细描述。在下文中将描述构成本发明权利要求的主题的本发明的附加特征和优点。本领域技术人员应该理解，所公开的概念和具体实施方式可以容易地用作修改或设计用于实现本发明相同目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，这种等效构造不脱离所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。当结合附图考虑时，从以下描述中将更好地理解被认为是本发明的特征的新颖特征(就其组织和操作方法、以及进一步的目的和优点而言)。但是，应该清楚地理解，提供每个附图仅是出于说明和描述的目的，并且不旨在作为对本发明的限制的定义。
附图说明
为了更全面地理解本发明，现在结合附图参考以下描述，其中：
图1示出根据本发明的各方面的用于分析呼吸样本的系统的框图；
图2示出根据本发明的各方面的用于分析呼吸样本的基于质谱仪的系统的图；
图3示出根据本发明的各方面的用于分析呼吸样本的基于太赫兹光谱仪的系统的图；
图4a是示出在根据本发明的各方面配置的系统中接收呼吸样本的方面的图；
图4b是示出在根据本发明的各方面配置的系统中接收的呼吸样本分子的行为的方面的图；
图4c是示出使用根据本发明的各方面配置的基于质谱仪的系统分析呼吸样本分子的方面的图；
图4d是示出使用根据本发明的各方面配置的基于太赫兹(thz)光谱仪的系统分析呼吸样本分子的方面的图；
图5是示出观察到的健康呼吸样本的voc的曲线图；
图6是示出观察到的季节性过敏的人的呼吸样本的voc的曲线图；
图7是示出观察到的使用漱口水后的人的呼吸样本的voc的曲线图；
图8是示出观察到的甲苯、苯和二甲苯的voc的曲线图；
图9是示出观察到的大麻样本的voc的曲线图；以及
图10是根据本发明的各方面的用于分析呼吸样本的方法的流程图。
具体实施方式
参照附图中示出的和以下说明书中详述的非限制性实施方式，更充分说明了各种特征和有利细节。省略了众所周知的起始原料、加工技术、部件和设备的描述，以免不必要地使本发明的细节不清楚。然而，应该理解，尽管详细描述和具体示例示出了本发明的实施方式，但是仅出于说明而非限制的方式给出。根据本公开，在基本发明构思的精神和/或范围内的各种替换、修改、添加和/或重新布置对于本领域技术人员将变得明显。
关于图1，根据本发明的各方面的用于分析呼吸样本的系统的框图被示为系统100。如图1所示，系统100包括采样室110和分析装置120。在这些方面中，采样室110可被配置为系统100的可拆除和/或一次性部件。在这种布置中，采样室110可以可拆除地连接至分析装置120。将采样室110配置为系统100的可拆除部件可防止污染由分析装置120分析的连续呼吸样本。例如，第一采样室可用于对第一人提供的呼吸样本进行分析，第二采样室可用于对第二人提供的呼吸样本进行分析。对不同的呼吸样本使用不同的采样室防止一个呼吸样本潜在地污染另一个呼吸样本。在一个或多个采样室110被配置为一次性部件的情况下，采样室可在使用后或在经过期望的时间(例如执法机构例如出于证据目的保持采样室所需的时间)后丢弃。在一个或多个采样室110被配置为可重复使用的部件的情况下，采样室110可被清洁并且准备根据需要用于随后的再利用。在这些方面中，分析装置120的一部分还可被配置为一次性部件和/或可重复使用的部件，例如分析装置120的如果被利用来分析多个呼吸样本可能被污染的部分。在一方面，采样室可被配置为筒，其可被用来获取呼吸样本，然后被放置在采样装置120内或连接至采样装置120用于分析。例如，分析装置120可安装在执法车辆中，并且执法人员可让被怀疑为duim的人向该筒提供呼吸样本，然后将该筒连接至分析装置120以有助于根据本发明的各方面进行分析。要注意的是，提供上述示例性配置是出于说明的目的，而不是作为限制，并且可以利用根据本发明的用于布置、连接和/或集成呼吸分析系统的部件的许多其他方式。
如图1所示，采样室110可包括具有外表面104和内表面106的壳体。壳体的内表面106可限定采样室的容积。入口112可连接至采样室110。入口112可被配置为接收呼吸样本102并且将该呼吸样本102提供给采样室110，并且更具体地，将该呼吸样本102提供给采样室的容积。在各方面中，一次性接口管(在图1中未示出)可以可拆除地连接至入口112的第一端，并且入口112的第二端可以连接至采样室110。替选地，入口112的第一端可用作接口管，并且入口112的第二端可连接至采样室110。阀113可设置在入口112与采样室110之间的空气流动路径内。阀113可至少被配置为第一状态和第二状态。第一状态可对应于配置为允许呼吸样本102流入采样室110的打开状态，并且第二状态可对应于配置为防止污染呼吸样本102的关闭状态，例如一旦提供了呼吸样本102，防止环境空气进入采样室110。在一方面，采样室110可包括出口，该出口被配置为从采样室110释放非voc，如下文参考图4a示出和描述的。系统100还可包括传感器115，其被配置为确定呼吸样本是否满足一个或多个标准。例如，传感器115可被配置为确定呼吸样本102是否被施加足够的力、是否具有足够的体积等，这可以确保呼吸样本102足以用于促进根据本发明的各方面的分析。
分子收集器116可被设置在采样室110内。分子收集器116的至少一部分可被设置在采样室110的容积内。分子收集器116可被配置为附着呼吸样本中存在的挥发性有机化合物(voc)。例如，分子收集器116可由例如
系统100可包括分析装置。分析装置120可被配置为在从分子收集器116释放voc的至少一部分之后(例如，由于通过加热元件118所提供或引入的热量)从存在于采样室110中的voc中识别出一种或多种目标voc。另外，分析装置120可被配置为生成代表一种或多种目标voc的输出。如图1所示，分析装置120可包括一个或多个处理器122、存储器130、分析部件124和一个或多个输入/输出(i/o)装置126。存储器130可存储指令132，当指令132由一个或多个处理器122执行时，使得一个或多个处理器122控制分析装置120以及系统100的可能其他部件(例如加热元件118)关于分析和识别呼吸样本102的一种或多种目标voc的操作。一种或多种目标voc可包括δ-9-四氢大麻酚(δ-9-thc)、thc代谢物、阿片类药物、阿片类药物代谢物、或其组合。
i/o装置126可以包括开关、按钮、灯、显示装置或其他控制元件，其被配置为接收与系统100的操作相关联的输入和/或提供与系统100的操作相关联的输出。例如，可以提供开关和/或按钮以使系统100接通电源和关闭电源、指示已经提供了呼吸样本、识别将被识别的一种或多种目标voc、或者其他功能和控制特征。可以提供灯来指示：系统100被接通电源和关闭电源、指示所提供的呼吸样本是否令人满意(例如，基于从传感器115接收的信息)、指示所识别的voc(例如，不同的灯可以与可由系统100识别的不同voc关联)、或提供与系统100的操作相关联的其他信息。可以另外提供一个或多个显示装置以显示信息，例如指示所识别的voc、指示系统100的操作状态(例如，提供指示上述关于灯的不同特征中的一者或多者的信息或其他状态信息)等。分析部件124可包括质谱仪或太赫兹(thz)光谱仪，其被配置为识别呼吸样本102的一种或多种目标voc。
关于图2，示出了利用基于质谱仪的分析部件的系统100的示例性方面。注意，在图1和图2中，相同的附图标记用于指代相似的部件。如图2所示，分析部件124可以包括电离器222、质量分析器224和检测器226。如上所述，当阀113处于打开状态时，呼吸样本102可通过接口管210提供给入口112。在将呼吸样本102提供给采样室110的容积之后，将加热元件118(图2中未示出)激活，导致附着于分子收集器116上的voc解吸。出口204可用于将释放的voc提供给分析部件124。阀213可被配置为第一状态(例如，打开状态)和第二状态(例如，关闭状态)，以控制向分析部件提供voc。例如，在第一状态下，可允许voc通过出口204到分析部件124，并且在第二状态下，可防止voc通过出口204到分析部件124。电离器222可被配置为电离从分子收集器释放的voc的至少一部分，以产生一个或多个离子化片段。质量分析器224可被配置为分离一个或多个离子化片段(例如，根据一个或多个离子化片段的质荷比)，检测器226可被配置为基于分离的一个或多个离子化片段来识别一种或多种目标voc。在一方面，质谱仪部件(例如，电离器222、质量分析器224和检测器226)可在计算装置(例如包括一个或多个处理器122、存储器130和一个或多个i/o装置126的计算装置)的控制下操作或与该计算装置协同操作。例如，计算装置可从质谱仪部件接收信息，例如与在呼吸样本102中识别的一种或多种目标voc相关联的信息，并且可基于与一种或多种目标voc相关联的信息来生成代表一种或多种目标voc的输出。另外，计算装置可被配置为在输出装置(例如显示装置)上显示输出。
关于图3，示出了利用基于thz光谱仪的分析部件的系统100的示例性方面。注意，在图1和图3中，相同的附图标记用于指代相似的部件。如图2所示，分析部件124可包括激励源320和检测器322。如上所述，当阀113处于打开状态时，呼吸样本102可通过接口管310提供给入口112。在将呼吸样本102提供到采样室110的容积之后，将加热元件118(图3中未示出)激活，导致附着于分子收集器116上的voc解吸。激励源320可被配置为在从分子收集器116释放voc的至少一部分之后将激励信号324引入采样室内，并且检测器322可被配置为响应于激励信号324，基于与从分子收集器116释放的voc的至少一部分的激发相关联的一个或多个特征来识别一种或多种目标voc。在一方面，激励源320可以是thz激光装置，并且激励信号324可以是thz激光信号。在各方面中，与voc的至少一部分的激发相关联的一个或多个特征可包括吸收特征和荧光发射特征中的至少一者，其可以用于识别存在于呼吸样本102中的一种或多种目标voc，如下文更详细描述的。在一方面，thz光谱仪部件(例如，激励源320和检测器322)可在计算装置(例如包括一个或多个处理器122、存储器130和一个或多个i/o装置126的计算装置)的控制下操作或与该计算装置协同操作。例如，计算装置可从thz光谱仪部件接收信息(例如与在呼吸样本102中识别的一种或多种目标voc相关联的信息)，并且可以基于与一种或多种目标voc相关联的信息来生成代表一种或多种目标voc的输出。另外，计算装置可被配置为在输出装置(例如显示装置)上显示输出。
回到图1，代表一种或多种目标voc的输出可包括定量一种或多种目标voc相对于呼吸样本的来源的浓度的信息。该信息可有助于确定呼吸样本的来源(例如提供呼吸样本102的人)是否受到损害或是否受到一种或多种物质(例如，与所识别的一种或多种目标voc对应的物质)的影响。通过提供定量一种或多种目标voc的浓度的信息，可以更精确地确定该来源是否受到损害或受到物质的影响。另外，系统100所利用的技术(如根据图2或图3所配置的)可有助于更快速地识别和定量voc水平，从而有助于现场确定来源是否受到损害或受到一种或多种物质(例如thc)的影响。例如，与能够定量分析某些voc的现有系统(该系统花费很长时间才能完成)不同，系统100可有助于在几秒钟内确定和定量voc，从而有助于例如执法人员在现场的实际使用。
关于图4a至图4d，示出了根据本发明的各个方面的用于分析呼吸样本中存在的voc的系统的各个方面。如图4a所示，可通过入口112将呼吸样本提供给采样室110。呼吸样本可包括一种或多种voc，例如图4a中所示的示例性voc404、406、408。此外，呼吸样本可包含非voc，其可包含其他气体，例如co2402。在一方面，采样室110可包括出口410，该出口被配置为从采样室110释放非voc。注意，出口410与图2的出口204不同。如图4b所示，存在于呼吸样本中的voc404、406、408可附着于分子收集器116上。在图4c中，将加热元件118(在图4a至图4d中未示出)激活，将热量引入采样室110中，导致voc从分子收集器116释放。在voc从分子收集器116释放之后，可将voc(或voc的至少一部分)通过出口204(图4c中未示出)提供给基于质谱仪的分析装置(例如图2所示的分析装置)用于分析，如上文参考图2所描述的。在图4d中，将加热元件118(在图4a至图4d中未示出)激活，将热量引入采样室110中，导致voc从分子收集器116释放。在voc从分子收集器116释放之后，可将voc(或voc的至少一部分)提供给基于thz光谱仪的分析装置(例如图3所示的分析装置)用于分析，如上文参考图2所描述的。例如，如图4d所示，可将激励信号324提供或投射在采样室内。如下所述，voc通过激励信号324的激发可由检测器322用于识别存在于提供给采样室110的呼吸样本中的一种或多种目标voc。
注意，基于thz光谱仪的系统可提供优于现有系统的多个优点。例如，使用thz光谱仪可有助于呼吸样本的快速分析，这可在几秒钟内完成，并且可促进可以在当地执法车辆中运输的便携式系统。此外，因为分子中的键不同，所以基于thz光谱仪的系统能够区分δ-9-thc和cbd。thz光谱仪或远红外光谱仪可用于识别具有包含旋转运动的偶极子的化合物。光谱范围介于微波和红外区域之间，在3mm至30μm或0.1thz-10thz之间操作。基于thz光谱仪的系统的另一个有利方面是可识别化合物(例如voc)的粒度。例如，thz时域光谱仪(thz-tds)能够检测浓度低至万亿分之一的化合物。thz-tds通过发射脉冲飞秒激光(可以是ti:sapphire激光)来工作。激光在延迟线中分裂后被发送到两个光电导天线，产生探测光束和泵浦光束。泵浦光束激发可以由砷化镓(gaas)形成的非线性晶体，并将信号聚焦到采样空间(例如采样室110中的容积)。探测光束将信号发送到第二个光电导天线，该天线检测thz辐射。为了获得样本的光谱，必须在样本之前取空白，以作为从thz光谱中提取样本的参照物。thz-tds可用于确定分子的扭转变形和分子的分子间键合。分析气相化合物(例如呼吸)的好处是，气相中的分子间键合相互作用较弱，仅留下扭转和旋转光谱信号。thz-tds面临的气体分析的一个挑战是大气中存在大量的水，这可能根据装置的海拔而改变装置的精度。通过在分析之前收集背景(background)并使用真空或干燥的惰性气体(例如氦气，其去除了信号中的水)，可以解决此问题。
呼吸中的大麻素信号可能太低，无法通过thz-tds进行检测，但是可以使用预浓缩器来获得合适的信号。以前，预浓缩装置已用于使用lc/ms分析δ-9-thc。但是，这些预浓缩装置使用吸附剂捕集材料，它们保留水并有损挥发性有机化合物(voc)的识别。为了克服该挑战，上述分子收集器116可以利用碳分子筛，其在寻找voc时减少了水的吸收量。碳分子筛通过将化合物捕获在石墨平面之间使得分子根据分子的大小而快速或缓慢扩散而工作。当将加热元件施加到吸附材料上时，随着石墨平面扩大，分子可以迅速发射。如上所述，在本发明的系统中，由碳分子筛吸附剂材料形成的或涂覆碳分子筛吸附剂材料的导电材料可以用作分子收集器。但是，根据吸附剂材料的类型，该材料可能以不同的速率释放voc，从而仍然可以实现分离。这种解吸过程在快速气体分析技术中将某些碳分子筛材料与其他材料区分开。在各方面中，分子收集器116可由voc解吸材料(例如
在下文的描述中，类似于上文参考图3所述的系统的用于大麻素检测的基于thz光谱仪的系统与类似于上文参考图2所述的系统的基于thermofischerpolarisq质谱仪的系统互相参照。在实验设置中，将包含由
开发了基于质谱仪的系统，并将其用于分析呼吸样本。使用该系统，呼气者身体状态的差异已经得到证明。将健康的呼吸样本、患有季节性过敏症(过敏性呼吸)的人的呼吸样本以及用李斯德林漱口后直接从人获得的呼吸样本收集在采样室中，该采样室的分子收集器由连接到polarisq离子阱质谱仪的
获取苯、甲苯和二甲苯的太赫兹光谱，并使用menlosystem(德国马丁斯里德)k15时域太赫兹光谱仪将这些光谱与加热的大麻叶片的气体样本的太赫兹光谱作比较。该仪器用于将干燥气体(氦气)泵入烧瓶中，迫使挥发性蒸汽流出并进入采样室，在采样室中，voc附着在基于
已经使用香烟烟雾、使用连续波太赫兹光谱法来完成基于太赫兹光谱的气体定量方法。但是，这样做需要数据库来输入洛伦兹拟合方程的变量。大麻素尚未被数据库化，这使得洛伦兹拟合方程无法用于大麻素定量。但是，仍然可以使用太赫兹光谱的吸收系数来实现定量。基于样本thz场的透射率与测得的透射场的透射率t(f)的比较，吸光系数可以计算为：
其中，ns(f)是样本的折射率，c是在真空中的光速，φ(f)是样本太赫兹场的透射率与参考太赫兹场的透射率之间的相位差，f是频率，d是样本厚度。样本厚度可以是采样室的长度，在上述示例中为9cm。样本折射率，表示为：
可以计算吸收系数α(f)，其中接口处的信号损失等于rl。从参照光谱中减去样本光谱，使得按以下使用比尔-朗伯定律：
其中t(f)等于样本透射thz场的强度与参照透射thz场的强度之比。这可以允许快速定量δ-9-thc。可以配置根据本发明的呼吸样本分析器系统(例如，经由存储为指令的软件)，以利用这些等式从人的呼吸中计算大麻素的浓度。样本量可因人而异。因此，该系统可以被配置为考虑人呼出的呼吸样本的总体积，以便避免或降低所测定的浓度的不准确性。
关于图10，根据本发明的各方面的用于分析呼吸样本的方法的流程图示出为方法1000。在一方面，方法1000可以由图1的系统100执行，其可以利用基于质谱仪的方法(如上文参考图2所描述的)，或可以利用基于thz光谱仪的方法(如上文参考图3所描述的)。在一方面，方法100的操作或步骤可以被实现为程序或指令(例如，图1至图3的指令132)，该指令被存储在存储器(例如，图1至图3的存储器130)中，当该指令由一个或多个处理器(例如，图1至图3的一个或多个处理器122)执行时，使一个或多个处理器执行根据本发明的方面的用于分析呼吸样本的操作。
如图10所示，方法1000包括步骤1010，在采样室接收呼吸样本。如上所述，可以通过入口(例如，图1的入口112)在采样室接收呼吸样本，该入口连接至采样室(例如，图1的采样室110)，并且采样室可包括放置在采样室内的分子收集器(例如，图1的分子收集器116)。在步骤1020，方法1000包括通过加热元件在采样室内引入热量。在一方面，可以由图1的加热元件118引入热量。在步骤1030，方法1000包括，在从分子收集器释放voc的至少一部分之后，通过分析装置从存在于采样室中的voc中识别一种或多种目标voc。如上所述，voc的至少一部分可以通过由加热元件引入采样室中的热量而从分子收集器释放(例如，在步骤1020)。分析装置可以是基于质谱仪的装置(如上面参考图2所描述的)，或者可以是基于thz光谱仪的装置(如上面参考图3所描述的)。在步骤1040，方法1000包括通过分析装置生成代表一种或多种目标voc的输出。在一方面，一种或多种目标voc可与δ-9-thc、11-羟基-四氢大麻酚(11-oh-thc)、羧基-四氢大麻酚(thc-cooh)、thc代谢物、阿片类药物(例如，美沙酮和芬太尼，阿片类药物代谢物)中的一者或多者相关。如上所述，代表一种或多种目标voc的输出可以包括定量一种或多种目标voc相对于呼吸样本的来源(例如提供呼吸样本的人)的浓度的信息。
如上所示，根据本发明的呼吸分析系统和方法可以提供有助于从现场的呼吸样本中检测大麻素和其他物质的装置。执法人员可以利用这种系统来快速和准确地识别/确定驾驶员是否为duim。在现场作出这种确定的能力大大增强了刑事司法领域在检测和解决该问题方面的能力。例如，以前的技术需要获取样本，然后将其送到实验室，这花费几分钟或几小时。这样的长分析时间使在事件现场无法适当地采取任何措施。相反，利用根据本发明的呼吸分析系统，当地执法人员可以获得现场的确凿证据。这种仪器的应用向其他领域提出挑战，希望朝着进一步检测duim驾驶员、将他们从道路上清除、并提高其他驾驶员的安全性迈进。另外，本发明的呼吸分析系统可有助于利用快速和便携的技术检测其他非法药物。除了在现场检测外，所公开系统提供的准确定量大麻素浓度的能力还可以提供开发用于定义人是否为duim的标准浓度的能力。
尽管已经详细描述了本申请的实施方式及其优点，但是应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本文进行各种改变、替换和变更。而且，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的具体实施方式。如本领域的普通技术人员将从本发明的公开内容中容易地理解的，目前存在或将要开发的执行与本文所描述的相应实施方式基本上相同的功能或实现与本文所描述的相应实施方式基本上相同的结果的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤可以根据本发明利用。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在其范围内。而且，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的具体实施方式。