一种CO2呼气同位素检测仪的制作方法

一种co2呼气同位素检测仪
技术领域
1.本实用新型涉及呼气同位素检测技术领域，尤其涉及的是一种co2呼气同位素检测仪。


背景技术：

2.幽门螺杆菌是人类胃中最常见的胃病原体之一，与慢性气管炎和消化性溃疡病密切相关。这种微生物具有很高的脲酶活性，使其能够水解胃液中的尿素，产生二氧化碳和氨气。
3.基于机体尿素酶活性的
13
c尿素呼气试验(
13
c
‑
ubt)被广泛用作一种非侵入性诊断方法，专门检测胃中是否存在幽门螺杆菌感染，现有技术中，
13
c尿素呼气试验的准确性较低。
4.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种co2呼气同位素检测仪，旨在解决现有技术中
13
c尿素呼气试验的准确性较低的问题。
6.本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：
7.一种co2呼气同位素检测仪，其中，包括：
8.依次设置的红外激光器、光腔以及红外探测器；所述光腔设置有进气口和出气口；
9.至少一个呼气通道，与所述进气口连通，所述呼气通道用于向光腔内通入co2呼气；
10.出气通道，与所述出气口连通；
11.其中，所述红外激光器发出的激光经过所述光腔传播至所述红外探测器。
12.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述红外激光器为量子级联激光器。
13.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述红外激光器发出的激光的波长包括：4874.448cm
‑1，4874.086cm
‑1以及4874.178cm
‑1。
14.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述co2呼气同位素检测仪，还包括：
15.零气通道，与所述进气口连通；
16.所述零气通道上设置有气泵。
17.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述零气通道上设置止回阀或者单向阀。
18.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述呼气通道、所述出气通道以及所述零气通道均采用气密接口。
19.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述进气口位于所述光腔靠近所述红外探测器的一端；
20.所述出气口位于所述光腔靠近所述红外激光器的一端。
21.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述红外激光器背离所述光腔的一侧设置有
散热器。
22.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述红外激光器包括：qcl激光器、tec控制器以及ldc控制器；
23.所述tec控制器以及所述ldc控制器均与所述qcl激光器连接。
24.所述的co2呼气同位素检测仪，其中，所述呼气通道上设置前处理装置。
25.有益效果：本技术采用红外激光器作为光源，由于不同同位素的co2在吸收波长之间的差异较小，而采用红外激光器时，可以精准控制红外激光器发出的激光的波长，从而准确分辨出不同同位素的co2，从而提高了分析的准确性。
附图说明
26.图1是本实用新型中co2呼气同位素检测仪的结构示意图。
27.图2是本实用新型中分析方法的流程图。
28.附图标记说明：
29.10、红外激光器；11、qcl激光器；12、tec控制器；13、ldc控制器；15、散热器；20、光腔；21、进气口；22、出气口；30、红外探测器；40、呼气通道；41、前处理装置；50、出气通道；60、零气通道；61、气泵；62、止回阀；70、壳体；80、显示屏；90、测量分析终端。
具体实施方式
30.为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
31.请同时参阅图1，本实用新型提供了一种co2呼气同位素检测仪的一些实施例。
32.如图1所示，本实用新型的一种co2呼气同位素检测仪，包括：
33.依次设置的红外激光器10、光腔20以及红外探测器30；所述光腔20设置有进气口21和出气口22；
34.至少一个呼气通道40，与所述进气口21连通，所述呼气通道40用于向光腔20内通入co2呼气；
35.出气通道50，与所述出气口22连通；
36.其中，所述红外激光器10发出的激光经过所述光腔20传播至所述红外探测器30。
37.值得说明的是，呼气通道40用于向光腔20内通入co2呼气，呼气通道40是指通入co2呼气的通道，co2呼气是指肺部呼出的包含co2的呼气。出气通道50是指光腔20内空气流出的通道。在分析时，将co2呼气从呼气通道40通入光腔20内，然后在红外激光器10发出的激光经过光腔20时，由于光腔20内有co2呼气，co2会吸收激光中某一些波长的光，因此红外探测器30探测到的激光的光谱与红外激光器10发出的激光的光谱不相同，因此，可以对co2呼气进行分析，从而可以分析出co2呼气中co2的成分。
38.具体地，由于本技术中不同同位素的co2对于红外光的吸收波长不相同，因此，通过不同波长的吸光度可以得到不同同位素的co2的成分的量，吸光度越大表示该成分的量越大，吸光度越小表示该成分的量越小。
39.需要说明的是，本技术采用红外激光器10作为光源，由于不同同位素的co2在吸收
波长之间的差异较小，而采用红外激光器10时，可以精准控制红外激光器10发出的激光的波长，从而准确分辨出不同同位素的co2，从而分析不同同位素的co2的组成。
40.光腔20包括管体、封闭式透镜以及笼式光路结构，通过封闭式透镜和笼式光路结构进行激光的准直、引入以及引出。封闭式透镜有两个，分别设置在管体的两端，笼式光路结构位于两个封闭式透镜之间。
41.红外探测器30感应激光产生的探测信号经过放大后，发送到qclas分析系统，并实现谐波解调，经过信号处理算法，获得高精度气体浓度信号。
42.在呼气通道40上设置前处理装置41，对co2呼气进行前处理，然后经过呼气通道40到达光腔20中。这里的前处理装置41可以是对co2呼气进行过滤、干燥等前处理。
43.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，所述红外激光器10发出的激光的波长包括：4874.448cm
‑1，4874.086cm
‑1以及4874.178cm
‑1。
44.具体地，
12
c
16
o
16
o的吸收波长为4874.448cm
‑1，
13
c
16
o
16
o的吸收波长为4874.086cm
‑1，
12
c
18
o
16
o的吸收波长为4874.178cm
‑1。通过红外探测器30可以获得波长位于4874.448cm
‑1，4874.086cm
‑1以及4874.178cm
‑1处的吸光度从而可以确定
12
c
16
o
16
o、
13
c
16
o
16
o以及
12
c
18
o
16
o的浓度(或质量)，从而实现对co2呼气进行组分分析。
45.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，所述红外激光器10为量子级联激光器。
46.具体地，量子级联激光器(quantum cascade lasers,qcls)是基于电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁和声子辅助共振隧穿原理的新型单极半导体器件。量子级联激光器的特点是工作波长与所用材料的带隙无直接关系，仅由耦合量子阱子带间距决定，从而可实现对波长的大范围剪裁，从而便于对发出激光的波长进行调整和控制。
47.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，如图1所示，所述co2呼气同位素检测仪，还包括：
48.零气通道60，与所述进气口21连通；
49.所述零气通道60上设置有气泵61。
50.具体地，零气通道60用于向光腔20内通入零气的通道，零气是指进入光腔20中不吸收激光的气体，因此，通入零气时，红外探测器30探测到零气的吸光度为0。在每一次测试之前或之后，可以从零气通道60中通入零气以清除光腔20中通过呼气通道40进入光腔20中的co2呼气，从而确保每次测试时不受其他气体的干扰。
51.具体地，在零气通道60上设置气泵61，通过气泵61将零气通道60中的零气向光腔20输送，实现对光腔20进行吹扫，当然还可以在零气通道60上设置止回阀62或者单向阀，防止光腔20中的气体回流至零气通道60中，防止co2呼气泄露，从而确保零气通道60的清除效果，提高分析结果的准确性。
52.呼气通道40、出气通道50以及零气通道60均采用气密接口，具体地，呼气通道40、出气通道50以及零气通道60均采用由swagelok 6mm气阀、不锈钢壳体构成的气密接口。
53.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，如图1所示，所述进气口21位于所述光腔20靠近所述红外探测器30的一端；所述出气口22位于所述光腔20靠近所述红外激光器10的一端。
54.具体地，进气口21靠近红外探测器30而远离红外激光器10，出气口22靠近红外激
光器10而远离红外探测器30，因此，当co2呼气从进气口21进入光腔20中后可以充分吸收从红外激光器10发出激光中相应波长的光，也就是说，当红外探测器30发出的激光通过光腔20时，co2相应波长的光逐渐被吸收，当激光传播至光腔20靠近激光探测器的一端时，激光与进气口21进入的尚未吸收光的co2呼气接触，从而激光中co2相应波长的光被充分吸收。
55.在本实用新型实施例的一个较佳实现方式中，如图1所示，所述红外激光器10背离所述光腔20的一侧设置有散热器15。
56.具体地，为了提高红外激光器10发出的激光的稳定性，在红外激光器10背离光腔20的一侧设置散热器15，对红外激光器10进行散热。红外激光器10包括：qcl激光器11、tec控制器12以及ldc控制器13，tec控制器12以及ldc控制器13均与qcl激光器11连接，qcl激光器11用于发出激光，tec控制器12用于控制温度，例如，当温度升高后tec控制器12控制散热器15工作对红外激光器10进行降温，ldc控制器13控制工作电流，从而控制红外激光器10发出的激光的波长。
57.在检测仪的壳体70上设置显示屏80，在显示屏80显示红外激光器10的实时温度以及实时工作电流，还可以显示激光参数。检测仪通过usb接口与测量分析终端90连接，测量分析终端90可以是电脑。
58.如图2所示，本实用新型co2呼气同位素检测仪采用如下分析方法进行分析，分析方法包括以下步骤：
59.步骤s100、提供服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸前肺部呼出的第一气体以及服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸后肺部呼出的第二气体。
60.具体地，为了检测呼气的成分的变化对同一肺部进行两次气体收集，在个体在服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸之前，收集个体的肺部呼出的第一气体，并在个体服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸之后，收集个体的肺部呼出的第二气体。通过对第一气体和第二气体进行分析，得到服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸后肺部所产生的co2成分的变化。如果个体感染幽门螺杆菌，则个体在服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸前后分别呼出的第一气体和第二气体之间的差异较大，这是由于幽门螺杆菌感染个体会分解尿素，因此，产生
13
c
16
o
16
o以及
12
c
18
o
16
o，也就是说，第二气体中
13
c
16
o
16
o以及
12
c
18
o
16
o的量较大，
12
c
16
o
16
o的量较小，而第一气体中
12
c
16
o
16
o的量较大，
13
c
16
o
16
o以及
12
c
18
o
16
o的量较小。如果个体没有感染幽门螺杆菌，则第一气体的成分与第二气体的成分相差不大。需要说明的是，柠檬酸可以促进尿素的分解，利于形成
13
c
16
o
16
o以及
12
c
18
o
16
o。
61.通常可以采用气体收集装置收集个体的肺部的呼气，气体收集装置可以是气体收集袋。在收集好第一气体和第二气体后，将气体收集装置与呼气通道连接，并将气体收集装置中的第一气体通入到光腔中进行分析得到第一探测数据。
62.具体地，所述
13
c
‑
尿素的质量大于或等于50mg，所述柠檬酸的质量大于或等于4g。个体在服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸时，
13
c
‑
尿素的质量大于或等于50mg，柠檬酸的质量大于或等于4g。
63.步骤s200、开启所述红外激光器后，将所述第一气体从所述呼气通道通入所述光腔，以通过所述红外探测器得到所述第一气体对应的第一探测数据。
64.需要说明的是，第一气体和第二气体的检测顺序可以根据需要确定，也就是说，可以先检测第一气体，后检测第二气体；也可以先检测第二气体，后检测第一气体。在检测时，
先开启红外激光器，当然为了确保红外激光器发出的激光的稳定性，可以对红外激光器开启预设时间进行预热，例如预热30分钟，使红外激光器达到稳定状态。当然，还可以进行本底标定，具体地，采用本底样本进行测试得到本底标定数据。
65.然后将第一气体从呼气通道通入光腔，例如，采用气体收集袋装载第一气体，通过按压气体收集袋使第一气体从呼气通道通入光腔中，并接触光腔中的激光。
66.在本底标定或者一轮测试，为了清除光腔中的残余气体，所述co2呼气同位素检测仪，还包括：
67.零气通道，与所述进气口连通；
68.所述零气通道上设置有气泵。
69.通过零气通道通入零气，对光腔进行吹扫，清空光腔中残余气体，以便进行下一轮测试。
70.步骤s200包括：
71.步骤s210、启动所述气泵，清除所述光腔中的残余气体。
72.步骤s220、将所述第一气体从所述呼气通道通入所述光腔，以通过所述红外探测器得到所述第一气体对应的第一探测数据。
73.在通入第一气体之前，先启动气泵，清除光腔中的残余气体。例如，采用零气对红外激光器进行本底标定时，若通入零气对光腔进行吹扫时，红外探测器探测到的实时数据与本底标定数据一致，则表明光腔中残余气体已经清除干净。然后将第一气体通入到光腔中，则红外探测器探测第一气体对应的第一探测数据。
74.第一探测数据包括：
12
c
16
o
16
o的探测数据，
13
c
16
o
16
o的探测数据以及
12
c
18
o
16
o的探测数据。第一探测数据可以采用第一气体的浓度表示，则第一探测数据包括：
12
c
16
o
16
o的第一浓度，
13
c
16
o
16
o的第一浓度，
12
c
18
o
16
o的第一浓度。
75.步骤s300、将所述第二气体从所述呼气通道通入所述光腔，以通过所述红外探测器得到所述第二气体对应的第二探测数据。
76.具体地，对第二气体进行测试，将第二气体从呼气通道通入光腔，例如，采用气体收集袋装载第二气体，通过按压气体收集袋使第二气体从呼气通道通入光腔中，并接触光腔中的激光。
77.步骤s300具体包括：
78.步骤s310、启动所述气泵，清除所述光腔中的残余气体。
79.步骤s320、将所述第二气体从所述呼气通道通入所述光腔，以通过所述红外探测器得到所述第二气体对应的第二探测数据。
80.在通入第二气体之前，先启动气泵，清除光腔中的残余气体。例如，通入零气对光腔进行吹扫清除光腔中残余气体，即之前测试的第一气体。然后将第二气体通入到光腔中，则红外探测器探测第二气体对应的第二探测数据。
81.第二探测数据包括：
12
c
16
o
16
o的探测数据，
13
c
16
o
16
o的探测数据以及
12
c
18
o
16
o的探测数据。第二探测数据可以采用第二气体的浓度表示，则第二探测数据包括：
12
c
16
o
16
o的第二浓度，
13
c
16
o
16
o的第二浓度，
12
c
18
o
16
o的第二浓度。
82.步骤s400、对所述第一探测数据和所述第二探测数据进行分析得到分析结果。
83.具体地，在得到第一探测数据和第二探测数据后，对第一探测数据和第二探测数
据进行分析得到分析结果。
84.具体地，步骤s400包括：
85.步骤s410、根据所述第一探测数据和所述第二探测数据，确定
13
c
‑
dob值和
18
o
‑
dob值。
86.步骤s420、根据所述
13
c
‑
dob值和所述
18
o
‑
dob值，确定分析结果。
87.具体地，
13
c
‑
dob值＝
13
c的第二丰度
‑
13
c的第一丰度，其中，
13
c的第二丰度＝
13
c的第二浓度/(
13
c的第二浓度
12
c的第二浓度)，
13
c的第一丰度＝
13
c的第一浓度/(
13
c的第一浓度
12
c的第一浓度)。
13
c的第二浓度采用
13
c
16
o
16
o的第二浓度，
12
c的第二浓度采用
12
c
16
o
16
o的第二浓度，
13
c的第一浓度采用
13
c
16
o
16
o的第一浓度，
12
c的第一浓度采用
12
c
16
o
16
o的第一浓度。
88.18
o
‑
dob值＝
18
o的第二丰度
‑
18
o的第一丰度，其中，
18
o的第二丰度＝
18
o的第二浓度/(
18
o的第二浓度
16
o的第二浓度)，
18
o的第一丰度＝
18
o的第一浓度/(
18
o的第一浓度
16
o的第一浓度)。
18
o的第二浓度采用
12
c
18
o
16
o的第二浓度，
16
o的第二浓度采用
12
c
16
o
16
o的第二浓度，
18
o的第一浓度采用
12
c
18
o
16
o的第一浓度，
16
o的第一浓度采用
12
c
16
o
16
o的第一浓度。
89.得到
13
c
‑
dob值和
18
o
‑
dob值后，根据
13
c
‑
dob值和
18
o
‑
dob值，确定分析结果。
90.具体地，所述分析结果包括：hp阳性，hp阴性，nud阳性以及nud阴性。hp是指幽门螺杆菌，nud是指非溃疡性消化不良。
91.步骤s420具体包括：
92.步骤s421、当所述
13
c
‑
dob值大于预设阈值时，将hp阳性作为分析结果。
93.步骤s422、当所述
13
c
‑
dob值大于预设阈值且所述
18
o
‑
dob值大于0时，将nud阳性作为分析结果。
94.步骤s423、当所述
13
c
‑
dob值大于预设阈值且所述
18
o
‑
dob值小于或等于0时，将nud阴性作为分析结果。
95.步骤s424、当所述
13
c
‑
dob值小于或等于预设阈值时，将hp阴性作为分析结果。
96.具体地，先通过
13
c
‑
dob值的大小判断hp阳性或hp阴性，
13
c
‑
dob值大于预设阈值时，则为hp阳性，
13
c
‑
dob值小于或等于预设阈值时，则为hp阴性。在hp阳性时，继续通过
18
o
‑
dob值的大小判断nud阳性或nud阴性，
18
o
‑
dob值大于0，则为nud阳性，
18
o
‑
dob值小于或等于0，则为nud阴性。
97.针对仅服用
13
c
‑
尿素时呼气、仅服用柠檬酸时呼气以及服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸时呼气分别进行检测，得到dob值，具体如表1、表2、表3所示。在服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸时呼气dob值变化幅度更大，更便于分析检测，准确性更高。
98.表1仅服用
13
c
‑
尿素时呼气的dob值
[0099] 09:25am09:55amco23.463.84
13
c丰度10.94
‑
9.26
18
o丰度35.3322.09
13
c
‑
dob值
ꢀ‑
20.20
18
o
‑
dob值
ꢀ‑
13.24
[0100]
表2仅服用柠檬酸时呼气的dob值
[0101][0102]
表3服用
13
c
‑
尿素和柠檬酸时呼气的dob值
[0103][0104][0105]
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。