利用一个气体传感器测量多种呼出气体浓度的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及多种呼出气体浓度进行分析测定的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 人体呼出气中含有的内源性N0、C0与肥S是国际公认的S大气体信号分子，参与并 指示调节几乎所有的生理与病理过程。越来越多的研究证明，同时测定运些气体信号分子 的浓度变化，可W在分子水平上深入了解许多疾病及并发症的起因和发展进程，开发更为 先进的呼出气分子诊断技术。
[0003] 运些呼出气分子通常在PPb的浓度水平，检测要求1000倍高于市面上大多数气体 传感器与分析仪器ppm的检测能力。满足PPb浓度检测要求的药监许可产品极其有限，主要 包括瑞典Aerocrine公司呼出气NO测定的化学发光分析仪(NIOX)与电化学传感器(MINO)， 美国化pnia公司呼出气CO测定的电化学传感器，中国尚沃医疗电子公司呼出气NO与CO测定 的纳库仑传感器分析仪。目前，尚未见到可同时测定PPb浓度的呼出气N0、C0与H2S测定的产 品及专利技术，包括传感器及分析仪器。基于传感器阵列的工业与环境气体检测仪可同时 测定运些气体分子，但最多只能测试卵m的浓度水平，不能满足呼出气PPb浓度的测定要求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是开发一种利用一个气体传感器测定多种呼出气体PPb浓度水平的 技术，主要用于PPb浓度的呼出气MKCO与H2S测定。一个气体传感器在测定一种气体时，难 免受到空气或呼气中其它气体的干扰。运种干扰通常在PPb的浓度水平，对ppm浓度的工业 与环境气体测定可W忽略，但对PPb浓度的呼气测定则影响显著。解决运些问题通常的做法 是：（1)改进现有的或开发新的气敏或催化元件，提高传感器的灵敏性与选择性或抗干扰能 力与(2)开发新的过滤或分离材料，测试前去除干扰气体。运些方法虽然对呼出气NO测定或 NO与CO的测定已经成功，例如尚沃的纳库仑呼气分析仪，但对MKH2S与CO的同时测定却存 在很大的难度，尤其是很难寻找或开发一种仅对H2S气体响应的传感器或过滤掉所有干扰 肥S测定的气体过滤材料，与NO及CO传感器构成一个阵列进行S种气体的同时测定。
[000引例如，经过电极及结构改进的S电极电化学气体传感器可W测定PPb浓度的H2S， 但呼气中其它组分也会有PPb量级的干扰。一个例子如表1所示。
[0006] 表一.呼气组成对电化学肥S气体传感器的干扰水平
如果采用过滤材料去除干扰气体，通常会同时去除多种要测的气体，一个例子如表2所 /J、- O
[0007] 表二.过滤材料对干扰气体的去除
为采用解决目前技术的缺陷，本发明提出了一个利用一种气体传感器测量多种呼出气 浓度的方法用于测量呼出气中出S、NO、CO的浓度。该方法简述如下： 1)将待测气体通入所述的气体传感器进行测量，此时传感器响应方程为： Ii =Kh2sCh2s + KnoCno + KcoCco+ Ib (1) 其中：I功传感器对待测气体中所有活性成分的响应电流，Kh2s、KnckKco分别为传感器 对此S、NO及CO响应的灵敏度，Ch2s、Cno及Cco分别为待测气体中此S、NO及CO的浓度，Ib为传 感器零点电流。
[0008] 2)将待测气体经过填充化財才料的过滤器后，再通入所述传感器进行测量，此时传 感器响应为： I2=Kh2sCih2s + KnoCino + KcoCico + Ib (2a) 其中： ClH2S为气体经过化0过滤器后出S浓度 CiNO为气体经过化0过滤器后NO浓度 Cico为气体经过化0过滤器后CO浓度 由于化0过滤器部分过滤NO及出S，基本不过滤CO,因而有Cico= Cco,公式(2a)可写成： I2=Kh2sCih2s + KnoCino + KcoCco + Ib (2b) 3) 将待测气体经过填充KMn〇4材料的过滤器后，再通入所述气体传感器进行测量，此时 传感器响应为： I3=Kh2sC2H2S + Kn〇C2NO + Kc〇C2CO + Ib (3a) 其中： C2H2S为气体经过KMn〇4过滤器后H2S浓度 C2N0为气体经过KMn〇4过滤器后NO浓度 C2C0为气体经过KMn〇4过滤器后CO浓度 由于KMn化材料将出S、N0过滤干净而不过滤CO，因而(3a)可写成： Is= 0 + 0 + KcoCco + Ib (3b) 4) 将待测气体经过填充KMn化及Pt/Al2化材料的过滤器后，再通入所述传感器进行测 量，此时传感器响应为 ]；4=Kh2sC3H2s + KnoCsno + KcoCsco + Ib (4a) 其中： C3H2S为气体经过KMn〇4、Pt/Al 2〇3过滤器后出S浓度 C3N0为气体经过KMn〇4、Pt/Al2化过滤器后NO浓度 C3C0为气体经过KMn〇4、Pt/Al2化过滤器后CO浓度 由于KMn化、Pt/Al 2化将出S、NO、CO过滤干净，因而(4a )可写成： I4= O + O + O + Ib (4b) 由（l)-(2b)得： I 广 l2 = Kh2s(Ch2s-C'h2s)+ Kno(Cno-C'no) (5) 由（l)-(3b)得： I 广 l3 = Kh2sCh2s + KnoCno (6) 由（3b)-(4b)得： l3-^ = KcoCco (7) 如果选择的气体过滤器可全部或部分过滤NO、出S，且所述气体通过所述过滤器后浓度 变化率是一定的，有： Ph2S=1H2s/ Ch2S (8) Pno=Cino/Cno (9) 则可通过联立方程(4)~口)求出待测气体中的NO、肥S浓度： Ch2S= ((I 广l2)-(l-PN0)(h-l3))/(KH2S(PN0-PH2S)) (10) Cno =(Ii-l3- Kh2sCh2s)/Kno (11) Cco =( (I3-I4) /Kco (12) 其中Kh2s、Kno、Kco、Ph2s、Pn日等测量参数可通过标准气测量获得。
[0009] 由上述分析可见，通过组合不同的过滤器对待侧气体进行多次测量分析，可利用 一个气体传感器实现NO、出S及CO的联合检测。
[0010] 当待测气体中含有C0、出等组分而不需要测量其具体浓度时，上述测量装置及测 量过程可简化，只需进行步骤1~3的操作即可，所述测量方法除了能克服C0、出的干扰外， 它的另外一个优点是：由于所述测量过程是在短时间内完成的，期间环境溫湿度的变化较 小，运些环境因素及混合气中其它气体组分对传感器基线的影响得到了有效的扣除。图1为 实现本发明方法的一个装置气路示意。
[0011] 综上所述，本发明方法的特征为：将一个气体传感器、微型气累、电磁阀与多个气 体过滤器构成一个对呼出气体进行多次循化测量的气路分析装置，每次循环测量使待测气 体经过其中的一个特定的气体过滤器，过滤掉其中一种或多种呼出气体组分，最后根据多 次循环测量的结果，联立求解多种呼出气体浓度。
[0012] 具体的，所述方法应选择合适的气体传感器(所述传感器包括电化学气体传感器、 半导体气体传感器、催化燃烧式气体传感器与其它类型的气体传感器)及气体过滤器，使其 具有W下特征： 所述传感器对所述气体响应满足线性方程； 待测气体进行多次测量，每次测量前待测气体先经过特定的气体过滤器，所述不同气 体过滤器可全部或部分过滤NO、H2S，CO，且所述气体通过所述过滤器后浓度变化率是一定 的，而不过滤所述待测气体中的其它气体组分； 然后将待测气体分别经过不同的过滤材料后再通过所述气体传感器进行测量，根据多 次测量结果间的关联关系，通过联立方程求解所述气体中的NO、肥S及CO浓度。
[001引为了减少混合气中除NO、此S、CO外其它气体成分对测量结果产生的干扰，选择所 述过滤器中至少包括一种材料可完全过滤NO、出S、C0,而不过滤所述混合气体中的其它组 分。
[0014] 为了能够选择性地测量混合气中NO、出S、C0成分，选择所述过滤器中至少包括一 种材料可至少完全过滤NO、出S、C0中的一种成分，而不过滤所述混合气体中的其它组分。
[0015] 或者选择所述过滤器中至少包括一种过滤器可部分过滤NO、此S、C0,且所述气体 通过所述过滤器后浓度变化率是一定的，而不过滤所述混合气体中的其它组分。
[0016] 为了实现上述分析方法，可搭建具如下特征的分析装置，所述装置由样品室 (301 )、毛细管路、化f ion管(501 )、过滤器1 (401 )、过滤器2(402)、过滤器3(403)、气体传感 器(601)、累 1(201)、累2(202)及阀口 1(101)、阀口2(102)、阀口3(104)阀口4(105)、阀口5 (106)组成，其特征在于：