[发明专利]具有前端及后端预浓缩器与除湿的气体收集及分析系统

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案根据专利合作条约(PCT)的第8条请求对以下专利申请案的优先权：在2010年7月30日提出申请的第12/847,593号美国专利申请案；在2009年7月31日提出申请的第61/230,647号美国临时专利申请案；及在2010年4月21日提出申请的第61/326,433号美国临时专利申请案。

技术领域

本发明一般来说涉及气体分析系统，且明确地说(但非排他地)，涉及包含前端预浓缩器、后端预浓缩器及除湿的手持式气体分析系统。

背景技术

气体分析可为用于检测气体中的某些化学品的存在及浓度且确定所存在化学品的特定组合的意义的重要手段。举例来说，在卫生护理中，人所呼出的呼气中的某些挥发性有机化合物(VOC)的存在与某些疾病相关，例如，肺炎、肺结核(TB)、哮喘、肺癌、肝病、肾病等。所述相关性尤其可证明与肺相关的疾病。在其它应用中，气体分析可用以确定与人存在不相容的危险物质(例如，矿井中的甲烷、一氧化碳或二氧化碳)的存在。

当前气体分析系统仍主要依赖于大且昂贵的实验室仪器，例如，气体色谱仪(GC)及质谱仪(MS)。这些仪器(特别是质谱仪)中的大多数仪器具有妨碍其大小的显著减小的操作特性，意指当前气体分析系统为大且昂贵的工作台装置。除昂贵且笨重以外，当前气体分析装置的大小较大也使得不可广泛地使用这些仪器。

由于常规GC/MS大小庞大且昂贵，因此所述装备通常位于实验室中且呼气样本必须在实验室中或通过其它现场手段来收集。已将两个方法用于现场呼气收集。罐呼气收集为最常用的方法：呼气被吸入且收集到预清洁并预抽空的瓶中，且接着将所述瓶送到实验室以供分析。此些罐非常昂贵且还需要非常昂贵的清洁系统以便再用所述罐。因此，呼气测试成本因装备及系统设置的非常高的成本而无法降低。在另一方法中，替代使用罐，使用捕集器作为替代现场呼气收集：所述捕集器位于呼气收集系统中，所述呼气收集系统在收集期间监视呼气的量及条件。接着，将所述捕集器移除且送到实验室以供使用针对罐方法的类似气体分析设备来分析。虽然所述捕集器方法消除对昂贵的清洁工具的需要，但所述捕集器收集系统本身可比罐贵。呼气收集及分析方法两者均需要现场呼气收集且接着将样本送回到实验室以供分析，此耗时且非常昂贵。

所呼出的呼气含有＞90％的湿度。当湿气与来自呼气的气体/挥发性有机化合物(VOC)收集在一起且接着直接被注入到气体分析系统中时，任何显著量的湿气将大大地降低分析器对所关心化学品/VOC的灵敏性。因此，系统的检测限制变得比不存在或存在低湿气的情形差得多。针对呼气分析的当前除湿方法从用以储存来自受验者的呼气的容器提取所收集的呼气样本。接着，提取所述样本且将其注入到前端除湿装备中。所述装备将捕集器或导管中的所收集的呼气(包含湿气)冷却(凝结)到零下摄氏温度(通过液态氮或干冰)且接着加热所述捕集器以因不同沸点温度而将湿气与其它气体分离。可存在多个超低温冷却阶段及加热步骤以在将气体/VOC传送到气体色谱仪/质谱仪(GC/MS)系统中以供分析之前移除湿气。此前端装备大小巨大且非常昂贵(＞$20,000)。

现有方法需要昂贵的装备设置且大小庞大，如上所述。呼气分析以多个阶段来执行。首先将呼气收集于罐、捕集器或其它容器中。接着，将样本传送到除湿系统(前端系统)及气体/VOC分析系统(例如，GC/MS)所位于的实验室。接着，在将气体/VOC馈送到分析器(GC/MS)中之前，将所述气体/VOC及湿气从样本提取到前端系统以用于除湿。所述装备昂贵且不是便携式的。同时，此呼气收集及除湿程序无法用于原位呼气分析。

发明内容

附图说明

参考以下图描述本发明的非限定性及非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则各个视图中的相似参考编号指相似部件。

图1A是气体分析装置的实施例的侧立面图。

图1B是气体分析装置的图1中所示的实施例的平面视图。

图2A是可在气体分析装置的图1A到1B中所示实施例中使用的MEMS预浓缩器的实施例的横截立面图。

图2B是可在气体分析装置的图1A到1B中所示实施例中使用的MEMS预浓缩器的替代实施例的横截立面图。

图3A是可在气体分析装置的图1A到1B中所示实施例中使用的MEMS气体色谱仪的实施例的平面视图。

图3B是MEMS气体色谱仪的图3A中所示实施例的实质上沿截面线B-B所截取的横截立面图。