测量气体浓度差的方法及非色散红外光谱仪的进样装置制造方法
【专利摘要】一种测量气体浓度差的方法及非色散红外光谱仪的进样装置，其中，所述方法包括：S1)设置呼气和底气的进样顺序、进样方式；S2)根据所述进样顺序及进样方式，建立CO样品标准气体和CO底气标准气体的电平差与浓度差拟合的标准曲线；S3)采集受试者的呼气和底气；S4)在呼气进口插入呼气样品，底气进口插入底气；S5)用清洗气清洗测量气室；S6)按照上述设置的进样顺序及进样方式，分别测量呼气和底气中CO的电平数；得到呼气和底气的CO电平差；S7)根据所述底气和呼气的电平差，利用所建立的标准曲线，得到呼气和底气中的CO的浓度差。有效地消除了电平零点漂移难以控制和清洗气中残余CO量不可控对CO浓度测量精度的影响，并克服了待测呼气所需样品量大的问题。
【专利说明】测量气体浓度差的方法及非色散红外光谱仪的进样装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及样品量少、浓度较低且对测量精度要求较高的气体分析方法，更具体 地说，涉及一种测量气体浓度差的方法及为实现这种方法而提供的非色散红外光谱仪的进 样装置。
【背景技术】
[0002] 哺乳动物造血系统的一个特殊和重要的作用是生成红细胞，红细胞给动物体的各 个组织输送氧气。测定红细胞寿命可用于贫血等多种疾病的鉴别诊断，了解疾病的发病机 理及判断预后治疗，因此人体红细胞寿命的测量至关重要。研究证实准确测出呼气一氧化 碳浓度与采集呼气前所在的场所的空气中的C0含量之差值，可推算出人体红细胞寿命，测 量空气中的C0浓度的常用的方法由非色散红外光谱法、气相色谱法、电化学方法、汞置换 法等。其中非色散红外光谱法和电化学方法由于需要气体样品量大，不适合用作为人体呼 气的C0浓度测定；气相色谱法需要的样品量少，测量精度也可满足红细胞寿命所需的低浓 度C0的测定，但仪器操作、维护复杂，价格昂贵，不适合在临床上推广使用。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述人体呼气的C0浓度的测定 方法操作、维修复杂，仪器昂贵的缺陷，提出一种测量C0浓度差的方法，其采用少量、多次、 间歇的进样方式向测量气室内进样，建立了电平差与浓度差的标准曲线，并将呼气与底气 紧挨着测量得到其浓度差，同时提供了一种用于非色散红外光谱仪的进样装置，所述进样 装置采用气缸，实现了少量、多次、间歇进样。使用该进样装置和上述测量C0浓度差的方 法，其测量C0浓度时需要的样品量少、测量精度高，并基本消除了零点漂移的影响。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] -种测量气体浓度差的方法，包括以下步骤：
[0006] S1)设置呼气和底气的进样顺序、进样方式，所述进样方式包括呼气和底气的进样 次数、每次的进样量、相邻两次进样的时间间隔；
[0007] S2)根据所述进样顺序及进样方式，建立C0样品标准气体和C0底气标准气体的电 平差与浓度差拟合的标准曲线；
[0008] S3)分别采集受试者的呼气和受试者被采集呼气前所在场所的底气；
[0009] S4)在非色散红外光谱仪的呼气进口插入呼气样品，底气进口插入底气；
[0010] S5)用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；
[0011] S6)按照上述设置的进样顺序及进样方式，分别测量呼气和底气中C0的电平数； 根据呼气和底气中C0的电平数，得到呼气和底气的C0电平差；
[0012] S7)根据所述底气和呼气的电平差，利用所建立的上述标准曲线，得到呼气和底气 中的C0的浓度差。
[0013] 在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述步骤S2)包括以下步骤：
[0014] 配制不同浓度的C0样品标准气体，以及一个作为参考的C0底气标准气体；
[0015] 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；
[0016] 按照上述进样顺序和进样方式，分别测量样品标准气体和底气标准气体的电平 数；
[0017] 根据上述样品标准气体和底气标准气体中的电平数，得到样品标准气体和底气标 准气体的电平差；
[0018] 根据样品标准气体与底气标准气体的电平差对应样品标准气体与底气标准气体 的浓度差拟合得到标准曲线，所述标准曲线的表达式为：
[0019] X呼气-X本底=A (D呼气-D本底）+B
[0020] 其中，A和B均为拟合的常数，为呼气中C0的浓度，X^为底气中C0的浓度， 〇?^为呼气中C0的电平数，为底气中C0的电平数。
[0021] 在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述按照上述进样方式及进样顺序， 分别测量样品标准气体和底气标准气体的电平数；根据上述样品标准气体和底气标准气体 的电平数，得到样品标准气体和底气标准气体的电平差，包括以下步骤：
[0022] 按照上述进样方式及进样顺序，所述进样顺序为先进底气标准气体再进样气标准 气体，即将作为参考的底气标准气体注入测量气室，得到并存储底气标准气体最后一次进 样后的电平数；
[0023] 按照上述进样方式，将其中一个样品标准气体注入测量气室，得到并存储所述样 品标准气体最后一次进样后的电平数；
[0024] 根据上述其中一个样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到上述样品标准气 体与底气标准气体的电平差；
[0025] 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；
[0026] 按照上述进样方式，将作为参考的底气标准气体注入测量气室，得到并存储底气 标准气体最后一次进样后的电平数；
[0027] 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；
[0028] 按照上述进样方式，将另一个样品标准气体注入测量气室，得到并存储所述样品 标准气体最后一次进样后的电平数；
[0029] 根据上述另一个样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到上述样品标准气体 与底气标准气体的电平差。
[0030] 在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述步骤S6)包括以下步骤：
[0031] 按照上述进样方式，将底气注入到测量气室，得到并存储底气最后一次进样后C0 的电平数；
[0032] 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气；
[0033] 按照上述进样方式，将呼气注入到测量气室，得到并存储呼气最后一次进样后C0 的电平数；
[0034] 根据上述底气和呼气的电平数，得到底气和呼气的电平差。
[0035] 在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述清洗气为经过C0催化剂和干燥 剂处理后的空气。
[0036] 在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，述每个呼气和底气的进样次数为2 次?9次。
[0037] 在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述每次的进样量为40毫升?400毫 升。
[0038] 在本发明所述的测量气体浓度差的方法中，所述相邻两次进样的时间间隔为12 秒?48秒，以使每次进入的气体与测量气室中原有的气体充分混合。
[0039] 一种用于非色散红外光谱仪的进样装置，包括进气口、气泵、总电磁阀、测量气室 和排气口，所述进气口与所述气泵连接，所述气泵经过所述总电磁阀与所述测量气室连接， 所述排气口设置在所述测量气室上，所述进样装置还包括气体控制单元、气管和气缸，所述 气体控制单元包括气路切换缓冲区、呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀，所述气路切换 缓冲区连接在所述气管和所述总电磁阀之间，所述呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀 均接入所述气路切换缓冲区，所述呼气电磁阀和底气电磁阀分别用于向所述气路切换缓冲 区输送呼气和底气，所述气泵电磁阀与所述气泵相连用于向所述气路切换缓冲区输送清洗 气，所述气缸与所述气管连接，用于将待测气体打入所述测量气室内。
[0040] 在本发明所述的用于非色散红外光谱仪的进样装置中，所述气体控制单元还包括 用于替换呼气电磁阀、底气电磁阀或气泵电磁阀的备用电磁阀。
[0041] 在本发明所述的用于非色散红外光谱仪的进样装置中，还包括与所述气缸的活塞 连接的驱动单元，所述驱动单元包括机座、固定在所述机座上的旋动螺丝杆和步进电机、以 及设置在所述旋动螺丝杆上并与所述气缸相连的滑块，所述步进电机驱动旋动螺丝杆旋转 从而带动所述活塞运动，并通过所述气管将待测气体打入所述测量气室内。
[0042] 实施本发明的测量气体浓度差的方法及为实现这种方法而提供的非色散红外光 谱仪的进样装置，具有以下有益效果：通过气缸实现了 "少量、多次、间歇"的进样，并采用 将呼气与底气紧挨着测量的方法，建立了电平差与浓度差拟合的标准曲线，用于测量未知 样品的浓度差。有效地消除了电平零点漂移难以控制和清洗气中残余C0量不可控对C0浓 度测量精度的影响，并克服了要将测量气室内气体完全置换成待测样品所需样品量大的问 题，达到了测量精度高、所需样品量少的有益效果，且该非色散红外光谱维修简单、成本较 低、适用于在临床上推广使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0044] 图1是本发明较佳实施例提供的测量C0浓度差的"电平差-浓度差"拟合的标准 曲线；
[0045] 图2是本发明较佳实施例提供的非色散红外光谱仪进样装置的结构图。
【具体实施方式】
[0046] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本发明的【具体实施方式】。
[0047] 基于现有技术中测量C0浓度时，要将测量气室内气体完全置换成待测样品所需 要气体样品量大，以及电平零点漂移难以控制，清洗气中残余C0量不可控对待测C0浓度测 量精度的影响问题；本发明采取对样品少量、多次、间歇的进样方式，以及测量时间紧挨着 的呼气和底气测量基础上的"电平差-浓度差"拟合法，建立电平差与浓度差拟合的标准曲 线，用来测量两个未知样品的浓度差的方法。
[0048] 本发明采用"少量、间歇、多次"的进样方式，对呼气与底气之间的浓度差的方法进 行了改进，具体原理如下：
[0049] 将每个待测样品分成少量、多次、间歇进样，（1)通过控制气缸活塞运动速度、进气 量，保证每次进气时从排气口排出的其是原来测量气室内的气体，即新进的气没有被排出， 每次的进样量控制在40?400ml ; (2)通过控制相邻两次进样的时间间隔(两次注入的时间 间隔)，保证新进的气与留在测量气室中的原有气体充分混合均匀，相邻两次的进样间隔时 间为12?48s ; (3)通过控制每个待测样品的进样次数，保证新进的C0浓度对多次进样完 成后的测量气室中的C0浓度有足够的影响力，即每次的进气量不能太少，以免新进的气对 电平的影响太小，检测不出来变化，每个待测样品分成2次?9次进样；并总体达到出气量 比连续通气少的目的，其中待测样品包括呼气和底气。
[0050] 本实施例中，设待测气体浓度为X，清洗气浓度为Y，以每个待测样品分5次进样、 每次300ml、相邻两次进气间隔时间为19s，红外光谱仪测量气室总体积为700ml为例，则每 次进样并达到平衡后，测量气室内待测C0浓度分别为：
【权利要求】
1. 一种测量气体浓度差的方法，其特征在于，包括以下步骤： 51) 设置呼气和底气的进样顺序、进样方式，所述进样方式包括呼气和底气的进样次 数、每次的进样量、相邻两次进样的时间间隔； 52) 根据所述进样顺序及进样方式，建立C0样品标准气体和C0底气标准气体的电平差 与浓度差拟合的标准曲线； 53) 分别采集受试者的呼气和受试者被采集呼气前所在场所的底气； 54) 在非色散红外光谱仪的呼气进口插入呼气样品，底气进口插入底气； 55) 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气； 56) 按照上述设置的进样顺序及进样方式，分别测量呼气和底气中C0的电平数；根据 呼气和底气中C0的电平数，得到呼气和底气的C0电平差； 57) 根据所述底气和呼气中C0的电平差，利用所建立的上述标准曲线，得到呼气和底 气中的C0的浓度差。
2. 根据权利要求1所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述步骤S2)包括以下 步骤： 配制不同浓度的C0样品标准气体，以及一个作为参考的C0底气标准气体； 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气； 按照上述进样顺序和进样方式，分别测量样品标准气体和底气标准气体的电平数； 根据上述样品标准气体和底气标准气体中的电平数，得到样品标准气体和底气标准气 体的电平差； 根据样品标准气体与底气标准气体的电平差对应样品标准气体与底气标准气体的浓 度差拟合得到标准曲线，所述标准曲线的表达式为： X呼气-X本底=A (D呼气-D本底)+B 其中，A和B均为拟合的常数，为呼气中C0的浓度，为底气中C0的浓度， 为呼气中CO的电平数，为底气中CO的电平数。
3. 根据权利要求2所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述按照上述进样方 式及进样顺序，分别测量样品标准气体和底气标准气体的电平数；根据上述样品标准气体 和底气标准气体的电平数，得到样品标准气体和底气标准气体的电平差，包括以下步骤： 按照上述进样方式及进样顺序，所述进样顺序为先进底气标准气体再进样气标准气 体，即将作为参考的底气标准气体注入测量气室，得到并存储底气标准气体最后一次进样 后的电平数； 按照上述进样方式，将其中一个样品标准气体注入测量气室，得到并存储所述样品标 准气体最后一次进样后的电平数； 根据上述其中一个样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到上述样品标准气体与 底气标准气体的电平差； 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气； 按照上述进样方式，将作为参考的底气标准气体注入测量气室，得到并存储底气标准 气体最后一次进样后的电平数； 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气； 按照上述进样方式，将另一个样品标准气体注入测量气室，得到并存储所述样品标准 气体最后一次进样后的电平数； 根据上述另一个样品标准气体和底气标准气体的电平数，得到上述样品标准气体与底 气标准气体的电平差。
4. 根据权利要求3所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述步骤S6)包括以下 步骤： 按照上述进样方式，将底气注入到测量气室，得到并存储底气最后一次进样后C0的电 平数； 用清洗气清洗测量气室，直至测量气室内完全充满清洗气； 按照上述进样方式，将呼气注入到测量气室，得到并存储呼气最后一次进样后C0的电 平数； 根据上述底气和呼气的电平数，得到底气和呼气的电平差。
5. 根据权利要求4所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述清洗气为经过C0 催化剂和干燥剂处理后的空气。
6. 根据权利要求4所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述每个呼气和底气 的进样次数为2次?9次。
7. 根据权利要求6所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述每次的进样量为 40晕升?400晕升。
8. 根据权利要求6所述的测量气体浓度差的方法，其特征在于，所述相邻两次进样的 时间间隔为12秒?48秒，以使每次进入的气体与测量气室中原有的气体充分混合。
9. 一种用于非色散红外光谱仪的进样装置，包括进气口、气泵、总电磁阀、测量气室和 排气口，所述进气口与所述气泵连接，所述气泵经过所述总电磁阀与所述测量气室连接，所 述排气口设置在所述测量气室上，其特征在于，所述进样装置还包括气体控制单元、气管和 气缸，所述气体控制单元包括气路切换缓冲区、呼气电磁阀、底气电磁阀和气泵电磁阀，所 述气路切换缓冲区连接在所述气管和所述总电磁阀之间，所述呼气电磁阀、底气电磁阀和 气泵电磁阀均接入所述气路切换缓冲区，所述呼气电磁阀和底气电磁阀分别用于向所述气 路切换缓冲区输送呼气和底气，所述气泵电磁阀与所述气泵相连用于向所述气路切换缓冲 区输送清洗气，所述气缸与所述气管连接，用于将待测气体打入所述测量气室内。
10. 根据权利要求9所述的非色散红外光谱仪的进样装置，其特征在于，所述气体控制 单元还包括用于替换呼气电磁阀、底气电磁阀或气泵电磁阀的备用电磁阀。
11. 根据权利要求10所述的非色散红外光谱仪的进样装置，其特征在于，还包括与所 述气缸的活塞连接的驱动单元，所述驱动单元包括机座、固定在所述机座上的旋动螺丝杆 和步进电机、以及设置在所述旋动螺丝杆上并与所述气缸相连的滑块，所述步进电机驱动 旋动螺丝杆旋转从而带动所述活塞运动，并通过所述气管将待测气体打入所述测量气室 内。
【文档编号】G01N21/25GK104111228SQ201310138453
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】马永健, 杜立涛, 张厚德 申请人:马永健