一种波导光栅高分辨检测呼出气体系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开一种波导光栅高分辨检测呼出气体系统及其方法，涉及医学检测技术领域，该系统包括光源发射装置，用于激发探测标示物的光源；呼出气体部，提供患者的呼出气体，形成待探测标示物，所述呼出气体部内设置有法布里—珀特标准具，所述光源发射装置发射的入射光能够在法布里—珀特标准具内往返多次反射，并与呼出气体相互作用；波导光栅，将自呼出气体部射出的电子跃迁光谱进行分光；零级光谱滤波元件，用于接收波导光栅输送的一级谱线，并将其输送至接收器；光谱仪，用于接收经接收器后的一级谱线，并连接计算机和通讯设备用于结果处理。基于本发明专利技术上述系统的检测方法，能够对呼出气体中超低浓度丙酮实时检测。出气体中超低浓度丙酮实时检测。出气体中超低浓度丙酮实时检测。

【技术实现步骤摘要】
一种波导光栅高分辨检测呼出气体系统及其方法


[0001]本专利技术涉及医学检测
，特别是涉及一种波导光栅高分辨检测呼出气体系统及其方法。

技术介绍

[0002]在微观病理探测领域中，目前最常见的糖尿病诊断方式是血糖检测，由于血液采集过程是破坏性的，会对患者造成一定痛苦，且该检测方法较为耗时。将分析呼吸气体作为一种检测诊断手段，是一种非侵入式的疾病检测方法，一直是科学家追逐的目标。人呼出气体中的一些物质可以作为特定疾病的生物标志物，其中呼出的丙酮被认定为I型糖尿病的生物标志物。在正常人呼出气体中丙酮浓度为0.3～0.9ppm，而I型糖尿病患者的呼出气体中丙酮浓度超过1.8ppm。因此，能够快速实时检测亚ppm浓度丙酮的气体装备有望用于I型糖尿病的呼吸气体分析实践应用中。
[0003]呼出气体中对应特定疾病的生物标志物的浓度往往很低，需要接收气体传传输信号的传感器对于超低浓度的目标气体有高的灵敏度；呼出气体中组分的多样性和敏感材料对不同气体的交叉敏感性，化学方法要求器件对特定目标气体有足够高的选择性；人呼出气体中含有大量的水蒸气，水分子的存在会严重影响器件的气敏性能；器件的可靠性和长期稳定性也是实际检测中重要的考量因素。面对呼吸气体分析中遇到的各种困难，目前欠缺一种针对超低浓度丙酮具有良好敏感性能的气体检测设备。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种波导光栅高分辨检测呼出气体系统及其方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够对呼出气体中超低浓度丙酮实时检测。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供一种波导光栅高分辨检测呼出气体系统，包括光源发射装置，用于激发探测标示物的光源；呼出气体部，提供患者的呼出气体，形成待探测标示物，所述呼出气体部内设置有法布里—珀特标准具，所述光源发射装置发射的入射光能够在法布里—珀特标准具内往返多次反射，并与呼出气体相互作用；波导光栅，将自呼出气体部射出的电子跃迁光谱进行分光；零级光谱滤波元件，用于接收波导光栅输送的一级谱线，并将其输送至接收器；光谱仪，用于接收经接收器后的一级谱线，并连接计算机和通讯设备用于结果处理。
[0007]可选的，所述光源发射装置和呼出气体部之间设有滤波器，所述滤波器用于选择入射波长。
[0008]可选的，所述滤波器和呼出气体部之间设有起偏器，所述起偏器用于对选择的入射波长起偏。
[0009]可选的，所述呼出气体部与所述波导光栅之间设有检偏器，所述检偏器用于对经过呼出气体部后射出的信号光进行检偏。
[0010]可选的，所述波导光栅包括依次间隔排列的波导光栅遮光部和波导光栅透光部。
[0011]可选的，所述接收器和光谱仪之间设有信号放大器。
[0012]可选的，所述法布里—珀特标准具包括对称布置的第一面板和第二面板，所述第一面板和第二面板均采用半透行反平行板制成。
[0013]本专利技术还提供一种波导光栅高分辨检测呼出气体检测方法，包括如下步骤：
[0014]设备组装并调试；调试完成后启动光源发射装置发射用于激发探测标示物的光源；
[0015]光源经滤波器和起偏器后，进入呼出气体部，并激发呼出气体中的标示物；自呼出气体部射出的信号光经检偏器后送入波导光栅；
[0016]进入波导光栅的信号光被分光为零级谱线和非零级谱线，波导光栅6接收信号送入后面的零级光谱滤波元件，零级光谱滤波元件将波导光栅分光的零级光谱滤掉，只传输一级衍射光谱到接收器上，之后被信号放大器放大进入光谱仪，光谱仪后面连接通讯设备，进行远程诊断。
[0017]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0018]本专利技术将波导光栅实时远程高分辨检测糖尿病患者呼出气体时，探测激光与呼出气体相互作用的物理过程，选择激光波长3μm，波长带宽980nm对应对应丙酮光谱线3000cm
‑1,光栅透光间隔1080nm。本专利技术对波导光栅进行设计选择，配合零级光谱滤波元件，将零级光谱过滤掉，只传输1级衍射光谱到接收器上，之后被信号放大器放大进入光谱仪，光谱仪后面连接通讯设备，可进行远程诊断。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术波导光栅高分辨检测呼出气体系统结构布置示意图；
[0021]图2为丙酮分子结构示意图；
[0022]图3为本专利技术理论丙酮电子跃迁能级示意图；
[0023]图4为本专利技术实际丙酮中电子跃迁时能级示意图；
[0024]图5为本专利技术波导光栅结构示意图；
[0025]图6为本专利技术法布里—珀特标准具结构布置示意图；
[0026]附图标记说明：1
‑
光源发射装置、2
‑
滤波器、3
‑
起偏器、4
‑
呼出气体部、5
‑
检偏器、6
‑
波导光栅、601
‑
波导光栅遮光部、602
‑
波导光栅透光部、7
‑
零级光谱滤波元件、8
‑
接收器、9
‑
信号放大器、10
‑
光谱仪、11
‑
通讯设备、12
‑
法布里—珀特标准具、1201
‑
第一面板、1202
‑
第二面板。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术的目的是提供一种波导光栅高分辨检测呼出气体系统及其方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够对呼出气体中超低浓度丙酮实时检测。
[0029]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0030]呼出气体物质从外界吸收并储存能量而进入激发态，如图3g
→
e；当物质中电子从激发态e跃迁返回基态时g，将过剩的能量以电磁辐射的形式发射出去，如图3所示是理论丙酮中电子跃迁波长，实际上丙酮中激发能级上一个ΔE＝E
e2
‑
E
e1
的能带，如图4所示，由于电子在e1和e2两个能级间的能带上任一位置向下跃迁，能带宽度ΔE＝e2‑
e1，如图4所示。Δλ是电子从能带向基态跃迁的光波长差，由方程(1)决定
[0031]Δλ＝2nΛ(1)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种波导光栅高分辨检测呼出气体系统，其特征在于：包括光源发射装置，用于激发探测标示物的光源；呼出气体部，提供患者的呼出气体，形成待探测标示物，所述呼出气体部内设置有法布里—珀特标准具，所述光源发射装置发射的入射光能够在法布里—珀特标准具内往返多次反射，并与呼出气体相互作用；波导光栅，将自呼出气体部射出的电子跃迁光谱进行分光；零级光谱滤波元件，用于接收波导光栅输送的一级谱线，并将其输送至接收器；光谱仪，用于接收经接收器后的一级谱线，并连接计算机和通讯设备用于结果处理。2.根据权利要求1所述的波导光栅高分辨检测呼出气体系统，其特征在于：所述光源发射装置和呼出气体部之间设有滤波器，所述滤波器用于选择入射波长。3.根据权利要求2所述的波导光栅高分辨检测呼出气体系统，其特征在于：所述滤波器和呼出气体部之间设有起偏器，所述起偏器用于对选择的入射波长起偏。4.根据权利要求1所述的波导光栅高分辨检测呼出气体系统，其特征在于：所述呼出气体部与所述波导光栅之间设有检偏器，所述检偏器用于对经过呼出气体部后射出的信号光进行检偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷振东，
申请(专利权)人：雷振东，
类型：发明
国别省市：