[发明专利]光致电离检测器及其关联的方法

说明书

技术领域

本发明涉及挥发性气体检测器和用于检测呼吸中的挥发性气体成分的方法，并且更具体来说涉及光致电离检测器和用于使用光致电离检测器检测呼吸中的挥发性气体成分的方法。

背景技术

人呼吸中存在的挥发性气体成分可以揭示此人的健康状况。例如，患有糖尿病、肾功能衰竭、或高胆固醇的患者可以在他们的呼吸中分别含有高浓度的丙酮、氨或异戊二烯。反应氧物质(reactive oxygen species)将多不饱和脂肪酸氧化，从而排放脂质自由基(lipid based free radical)并最终在呼吸中作为氧化应激的标记排放挥发性烷烃和甲基化烷烃。因此，呼吸分析是一种筛查患者的途径，用于通过可靠、无创、无痛和低成本的方法来进行某些疾病的早期检测。通过多种方法或诸如电化学传感器、光致电离传感器和半导体传感器的传感器技术能够确定可用作特定疾病的生物标记的化合物的类型和浓度，多种方法例如气相色谱分析、激光光谱测定、离子淌度光谱测定。呼吸分析中的最新发展是使用光致电离检测器(PID)来筛查患有某些疾病的患者。

典型的PID包括具有高能光子的电离源、电离室和离子检测器。该PID能够检测挥发性有机气体。在PID中，将高能光子导向电离室以用于与气体分子撞击，其中如果光子的能量大于分子的电离势，则这些光子将气体分子电离。这些电离的分子可作为离子和电子通过电方式被检测到。

虽然可以使用基于PID的传感器来将响应信号与电离中的变化相关，但是此类响应信号可能受到其他干扰信号有害影响，从而产生信号假象。这些信号假象还可能包含非期望的信号响应，例如由诸如水、乙醇或一氧化碳的一个或多个干扰分子生成的响应。这些分子本文中称为干扰物质，具有高电离势，并且能够阻挡或吸收UV光子，这降低了检测器的灵敏度。现有技术的PID中的问题在于随样本及内部电极和外部电极释放的金属原子引入的杂质，这些杂质可能沉积在UV灯的光学窗口上从而形成覆盖层并降低发自该灯的UV光的强度。此覆盖层降低PID的灵敏度，并且需要使用已知浓度的可检测气体的样本来重新校准PID。常规PID还由于金属电极的原因而受到不稳定的基线电流的影响，这些金属电极暴露于高能光子下并释放自由电子，即使在不存在可电离气体时仍可能产生基线电流。需要利用参考来频繁地校准PID，以便重新构建正确的基线电流。

因此，期望有一种PID传感器，能够高选择性和高效率地检测呼吸中的化学成分。期望该PID是具能量效率的，能够针对便携式应用进行微型化，无需频繁地校准，并且对于周围的挥发性气体的浓度变化具有快速的响应。

发明内容

本发明涉及PID，以及能够感测呼吸样本中存在的挥发性气体的相关传感器系统和用于制作和使用这些传感器的方法。使用这些PID或传感器系统解决了与高选择性和效率相关的问题。

在一个实施例中，一种光致电离检测器(PID)，包括基片，该基片包括气体电离室、至少一对离子感测电极和至少一个放大电路；以及紫外(UV)电离源，其将UV光束传送到该气体电离室中。

在另一个实施例中，一种光致电离检测器(PID)，包括基片，该基片包括气体电离室、至少一对离子感测电极和加热元件；紫外(UV)电离源，其将UV光束传送到气体电离室中；温度传感器；以及与基片操作关联的温度反馈控制电路。

在另一个实施例中，一种用于测量气体混合物中的合成物的系统，包括光致电离检测器(PID)、光致电离检测器(PID)和压力传感器，其中该PID包括至少一个紫外(UV)电离源和基片，该基片包括气体电离室、至少一对离子感测电极和至少一个放大电路。

在本发明的方法的一个示例中，通过光致电离检测器(PID)测量呼吸样本中的合成物的方法包括：将呼吸样本引入到光致电离检测器中，将紫外(UV)光束传送通过呼吸样本；电离呼吸样本；以及检测呼吸样本中合成物的量。

附图说明

当参考附图阅读下文详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相似的符号表示相似部件，其中：

图1是本发明的光致电离检测器(PID)的非限制性实施例的顶视图的示意图，该光致电离检测器(PID)包括集成电路放大器。

图2是本发明的PID的非限制性实施例的顶视图的示意图，该PID包括集成的加热器和温度传感器。

图3A至3F是具有逐层布置的基片的截面图的示意图。