[发明专利]一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统及方法

说明书

本发明提供了一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统及方法，所述检测系统包括冷肼预浓缩装置、赫里奥特气体池、两个垂直腔面发射激光二极管、两个光电探测器、信号处理系统以及控制系统。本发明利用冷肼预浓缩装置去除了呼出气体中水分的干扰，提高了待测气体浓度，利用近红外可调谐半导体吸收光谱测量系统实现死腔气和肺泡气的在线实时检测，同时，能够实时获得不同呼吸阶段丙酮气体含量，具有更高的检测精度和灵敏度。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体涉及一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统及方法。

背景技术

身体或血流的某些代谢物及化学物质在肺泡进行血液循环系统与肺循环系统的交换，导致呼出气体组分及浓度可以反映人体代谢机能及疾病状态，人体呼出气体中的挥发性化学物质(VOCs)的测量是一种极具潜力的无创检测技术。丙酮气体是糖尿病人呼出的标志性VOCs气体，健康人群大概呼出0.3-0.9ppm，糖尿病人一般大于1.8ppm，人体呼出丙酮气体浓度分析是实现糖尿病快速诊断的新方法。这种新方法适合在健康人群中对先兆病人进行筛查，因此受到越来越多的重视。然而，呼出气体中特征VOCs浓度一般在ppm量级及以下，气体成分复杂并且有上百种之多，除了稳定的分子还有自由基，同时受环境气体干扰较大，影响了测量精度，目前常用的激光光谱法很难将这些干扰分子区分开来。此外，疾病标志物含量极低，种类多，迫切需要开发高灵敏度、强特异性以及高信噪比的检测方法。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统，以解决现有装置光谱特征识别较难，检测灵敏度低，响应时间长的问题。

本发明的目的之二在于提供一种呼出气体中内源性丙酮的检测方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：一种呼出气体中内源性丙酮的检测系统，包括：

冷肼预浓缩装置，用于去除呼出气体中的水分，从而排出浓缩的丙酮气体分子，在所述冷肼预浓缩装置的前端设有吹气口；

赫里奥特气体池，为密闭腔体，在腔体的两端各自设有带通光孔的高反射率凹面镜，在腔体的侧壁上设有进气口、出气口、压力监测口以及压力控制口，所述进气口与所述冷肼预浓缩装置相连通，在所述进气口和出气口处均设有单向阀，在所述出气口和压力控制口处均设有真空泵，在所述压力监测口处设有气体压力传感器；

两个垂直腔面发射激光二极管，均设于所述赫里奥特气体池的左侧，两个垂直腔面发射激光二极管由激光驱动器控制，并产生中心波长分别为1579.57nm和1669.73nm的激光，两束激光可同时射入到赫里奥特气体池中；

两个光电探测器，均设于所述赫里奥特气体池的右侧，用于分别检测透过赫里奥特气体池后对应激光的光信号强度；

信号处理系统，用于根据检测的光信号强度变化计算得到赫里奥特气体池中二氧化碳和丙酮浓度各自随时间变化的情况，并根据二氧化碳浓度信息实时分辨出肺泡气和死腔气，从而分别得到对应肺泡气和死腔气的丙酮气体浓度；

控制系统，用于控制对应真空泵将赫里奥特气体池中的气体排出。

冷肼预浓缩装置内的温度为-30℃，所述吹气口处设有HDPE吹嘴和过滤器。

所述赫里奥特气体池为直径为4cm、长度为20cm的圆柱形不锈钢腔体，在所述垂直腔面发射激光二极管与赫里奥特气体池之间设有楔形窗。

用于二氧化碳检测的垂直腔面发射激光二极管的输出波长在1578～1583nm内可调谐，用于丙酮气体检测的垂直腔面发射激光二极管的波长在1667～1673nm内可调谐，垂直腔面发射激光二极管的工作电流均小于10mA，功率均不超过10mw。

两束激光分别在赫里奥特气体池的两个高反射率凹面镜之间进行连续反射后，光程可达20m。