1.基于cn自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置,其特征在于,包括:检测箱(1)、气体导管(4)、时序控制器(11)、多通道光谱仪(12)、数据处理计算机(13),以及设置在检测箱(1)内的脉冲阀门(5)、nd:yag脉冲激光器(6)、聚焦透镜(7)和光纤探头(9);
气体导管(4)伸入检测箱(1)内,脉冲阀门(5)安装在气体导管(4)端部,气体导管(4)相对的另一端端部设有吹嘴(2);nd:yag脉冲激光器(6)发出的激光束(8)被聚焦透镜(7)聚焦至脉冲阀门(5)出口位置,光纤探头(9)对着脉冲阀门(5)出口位置;时序控制器(11)分别与nd:yag脉冲激光器(6)和多通道光谱仪(12)相连,光纤探头(9)与多通道光谱仪(12)相连,多通道光谱仪(12)与数据处理计算机(13)相连。
2.根据权利要求1所述的基于cn自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置,其特征在于,时序控制器(11)分别与nd:yag脉冲激光器(6)和多通道光谱仪(12)通过光纤(10)连接,光纤探头(9)与多通道光谱仪(12)通过光纤(10)连接,多通道光谱仪(12)与数据处理计算机(13)通过光纤(10)连接,检测箱(1)上开有多个供光纤(10)穿过的通孔。
3.根据权利要求1或2所述的基于cn自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测装置,其特征在于,气体导管(4)上还设有用于吸收被测气体中水分的过滤器(3)。
4.基于cn自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、吹嘴(2)接受被检测者服用尿素[13c]胶囊后呼出的气体,该气体沿着气体导管(4)经过滤器(3)吸收水分后,在脉冲阀门(5)处以脉冲形式排至检测箱(1)内;
步骤二、排至检测箱(1)内的呼出气体分子被nd:yag脉冲激光器(6)发出的、经聚焦透镜(7)聚焦的1064nm激光束(8)烧蚀成等离子体,呼出的气体中的co2分子与检测箱(1)内环境中的n2分子结合,生成cn自由基分子,多通道光谱仪(12)通过光纤探头(9)收集得到cn自由基分子同位素光谱数据,过程中,调节时序控制器(11),消除光谱数据背景噪声;
步骤三、多通道光谱仪(12)收集的cn自由基分子同位素光谱数据传输至数据处理计算机(13)中进行数据处理,得到同位素光谱中的cn自由基分子光谱的频率位移与谱线强度,进而得到被检测者呼气中碳元素同位素的丰度信息;
cn自由基分子光谱的频率位移δν公式为:
公式(1)中,
cn自由基分子光谱的谱线强度为cn自由基分子对应的频率谱线积分得到的特征峰面积;
具体包括:
步骤3-1、首先,对cn自由基分子同位素光谱数据依次进行归一化和小波变换降噪处理,接着,在降噪后的光谱中提取b2∑+(v=0)→x2∑+(v=1)能态跃迁下,12cn自由基分子对应的频率谱线和13cn自由基分子对应的频率谱线,并分别通过积分得到12cn和13cn自由基分子频率谱线的特征峰面积,即谱线强度;
步骤3-2、计算12cn和13cn自由基分子的振动能级信息,由e=hν,得到特征谱线频率理论值,e为振动能级能量,h为普朗克常数,ν为分子的振动频率;再对已知丰度比的co2同位素样品进行实验测量,采集样品cn自由基分子光谱,提取特征谱线频率理论值处谱线强度,并使用最小二乘法确定cn自由基谱线强度与同位素丰度间的定标曲线;
步骤3-3、将步骤3-1中得到的谱线强度代入步骤3-2的定标曲线中进行比对,反演出同位素的丰度,确定13c同位素的含量。
5.根据权利要求4所述的基于cn自由基同位素光谱的幽门螺杆菌检测方法,其特征在于,步骤3-1中,cn自由基采用b2∑+(v=0)→x2∑+(v=1)能态的跃迁,12cn自由基分子对应谱线频率ν1=8.3624×1014hz,13cn自由基分子对应于该跃迁的谱线频率ν2=8.3521×1014hz。