[發明專利]一種呼出氣體中揮發性有機物分子的檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201811298889.0
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109283154B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 婁存廣;劉秀玲;荊聰蕊;侯凱旋;祝偉仝;呂林洋;王鑫;張建濤
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01N21/01
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 白海靜;蘇艷肅

本發明提供了一種呼出氣體中揮發性有機物分子的檢測系統及方法，所述檢測系統包括肺泡氣分離系統和氣體測量系統；所述肺泡氣分離系統包括衰蕩腔、脈沖激光器、光電探測器和信號處理和控制系統；所述氣體測量系統包括氣體測量腔、發射器、探測器、太赫茲透鏡和信號處理系統。本發明利用近紅外光腔衰蕩光譜測量系統，實現死腔氣和肺泡氣的在線實時分離，肺泡氣中內源性VOCs濃度比混合有死腔氣的呼出氣體樣本中的濃度要高出兩到三倍，并且肺泡氣更能反映人體生理代謝狀況，因此排除死腔氣或者其他無效氣體的干擾，有助于提高特征分子測量精度，大大提升系統檢測靈敏度。

技術領域

本發明涉及氣體檢測技術領域，具體涉及一種呼出氣體中揮發性有機物分子的檢測系統及方法。

背景技術

身體或血流的某些代謝物及化學物質在肺泡進行血液循環系統與肺循環系統的交換，導致呼出氣體組分及濃度可以反映人體代謝機能及疾病狀態，人體呼出氣體中的揮發性化學物質（VOCs）的測量作為一種無創檢測技術，適合于在健康人群中對先兆病人進行篩查，因此受到了越來越多的重視。通常認為測量的分析物的濃度含量與潛在疾病的程度之間存在關聯。例如，呼出氣體中的乙醇和丙酮與體內的葡萄糖代謝有關，可反映受測者的血糖水平。然而，呼出氣體中特征VOCs濃度一般在ppm量級及以下，氣體成分復雜并且有上百種之多，除了穩定的分子還有自由基，同時受環境氣體干擾較大，影響了測量精度，目前常用的激光光譜法很難將這些干擾分子區分開來。此外，疾病標志物含量極低，種類多，迫切需要開發高靈敏度、強特異性以及高信噪比的檢測方法。

研究表明，疾病相關的VOCs分子和基團具有固定的轉動頻率，特別是丙酮、乙醛、H₂S等極性分子，在太赫茲波段呈現出鮮明的“指紋”特性，具有較強的吸收。而呼出氣體中占較大比例的CO₂等在太赫茲波段沒有吸收，大大減少了干擾，避免了紅外光譜的譜帶重疊問題，使得分子辨識更加容易。但是，單純采用太赫茲光譜檢測仍存在痕量氣體分子種類多，濃度低，光譜特征識別較難，檢測靈敏度低的缺點。因此，如何提高檢測氣體中VOCs濃度，排除其他因素干擾，獲得標志物的高靈敏度檢測成為重點研究方向。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種呼出氣體中揮發性有機物分子的檢測系統，以解決現有裝置光譜特征識別較難，檢測靈敏度低的問題。

本發明的目的之二在于提供一種呼出氣體中揮發性有機物分子的檢測方法。

本發明的目的之一是通過以下技術方案實現的：一種呼出氣體中揮發性有機物分子的檢測系統，包括肺泡氣分離系統和氣體測量系統；

所述肺泡氣分離系統包括：

衰蕩腔，為密閉腔體，腔體的兩端為高反射率反射鏡，在所述腔體上設有供呼出氣體進入的吹氣口、供死腔氣排出的第一出氣口、供肺泡氣排出的第二出氣口以及壓力監測口，在所述吹氣口、第一出氣口和第二出氣口處均設有單向閥，在第一出氣口和第二出氣口處均設有真空泵；

脈沖激光器，用于向衰蕩腔發射脈沖激光；

光電探測器，用于檢測透過衰蕩腔后光信號強度隨時間變化的指數衰減曲線；以及

信號處理和控制系統，用于根據衰蕩時間同步運算得到氣體中二氧化碳濃度隨時間變化的波形圖，并根據二氧化碳濃度信息控制對應真空泵，將死腔氣排出，將肺泡氣抽入氣體測量系統；

所述氣體測量系統包括：

氣體測量腔，為密閉腔體，腔體的兩端為太赫茲窗，在腔體上設有供肺泡氣導入的進氣口、用于排出多余氣體的排氣口以及與氣壓表相連接的氣壓檢測口，在氣體測量腔內置有活性吸附材料，用于吸附待測氣體中的揮發性有機物分子；

發射器，用于產生并向氣體測量腔發射太赫茲波；

探測器，用于接收穿過氣體測量腔的太赫茲波；