[发明专利]复合式呼气检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及呼气检测领域。

背景技术

肠道菌群失衡或紊乱的一个重要特征是小肠细菌过度生长(SIBO)。肠道过度生长的细菌将代谢产生氢与甲烷气，并从肺部呼出，可以通过呼气分析测定。因此，呼气氢与甲烷测定可以用来检测肠道菌群失衡或SIBO及其相关的胃肠道等疾病。2017年的《北美胃肠道疾病氢与甲烷呼气测试共识》（Hydrogen & Methane-based Breath testing in gastrointestinal disorders _ The north American consensus）对此做了详尽的描述，要求氢与甲烷呼气测试能够达到ppm的测量下限与精度，同时要根据测定的呼出气二氧化碳或氧气的浓度对测定的呼出氢与甲烷的浓度进行校准。

然而，目前缺乏能够同时满足上述呼气测试要求的商业化临床常规检测技术。甲烷呼气测试依靠的主要是两种实验室仪器（例如见综述文献：B P J de Lacy Costello et al，The Importance of Methane Breath Testing，J. Breath Res. 7(2013) 024001(8pp)）。一种是美国Quintron公司的Breath Tracker SC呼气分析仪，该仪器属于气相色谱技术，采用固态传感器分别检测气相色谱柱分离的的氢与甲烷呼出气体。另外一种是英国Bedfont公司的GastroCHECK与德国MEC公司的Lactotest 202的呼气分析仪，采用电化学传感器测定呼气氢，用特制的非分光红外NDIR传感器检测呼气甲烷。通常，市场上的NDIR与催化燃烧及金属氧化物传感器一样，主要用于工业与环境气体检测，检测的下限基本上都在100ppm之上，不能满足1ppm甲烷呼气测定的要求。特制的NDIR虽然可以达到1-5ppm的检测下限与精度，但与气相色谱仪器一样，有下述缺陷：

1）设备昂贵；

2）操作维护复杂，每次开机预热时间长且必须检验校准；

3）样本气体分析时间长，检测效率低；

4）抗干扰能力差，对环境及呼气湿度与温度变化极为敏感。

由于上述问题，这些实验室技术通常被称为“呼气试验”。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低且操作和维护方便的复合式呼气检测方法，应用于呼气甲烷和氢的临床常规检测，以克服现有仪器和技术的缺陷。

本发明提供了一种复合式呼气检测方法，采用可以在室温条件下检测ppm级的甲烷和氢气的金属氧化物/碳纳米管传感器，配合氢传感器和氧传感器同时对被测气体进行分析，然后对于3组信号进行组合运算得到甲烷、氢气和氧气的浓度。所述氧传感器、氢传感器、金属氧化物/碳纳米管传感器通过管路串联连接。所述氢传感器为电化学传感器；所述氧传感器为电化学传感器或荧光氧传感器。

本发明采用的金属氧化物/碳纳米管传感器，是利用200810242877.6《金属氧化物/碳纳米管气体传感器》中提出的方法制备的，可以在室温条件下检测ppm级的甲烷，但由于半导体传感器的气敏特性，制作的金属氧化物/碳纳米管传感器实际上对氢气、甲烷、氧气都有响应，响应信号∆V由三部分构成：

∆V=Vs-V0=S_H2*C_H2+S_CH4*C_CH4+S_O2*C_O2 （1）

其中：Vs—样品气在传感器上输出信号

V0—零点气在传感器上输出信号

S_H2，S_CH4，S_O2—氢气、甲烷、氧气在传感器上灵敏度

C_H2，C_CH4，C_O2—样品气中氢气、甲烷、氧气的浓度

因而需要运用一定方法对氢气和氧气的贡献进行扣除，需要确定样品气中Ｈ2和Ｏ2的浓度，以及氢气 、甲烷和氧气在金属氧化物/碳纳米管传感器上的灵敏度。氢气和氧气浓度大小可以通过气路中的氢气和氧气传感器的检测计算得到，选用氢气和氧气传感器有很好的选择性，不会对甲烷有响应。而甲烷、氢气和氧气在金属氧化物/碳纳米管传感器上的灵敏度则需要预先进行标定，可以有以下几种情况。

第一种情况，氢气、甲烷、氧气在金属氧化物/碳纳米管传感器上的响应在一定量程范围内是线性的。这种情况，数据处理起来就最简单，将公式（1）做简单的推导，得到：