專利名稱：肺癌患者呼出氣體vocs富集除雜系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種對肺癌呼出氣體檢測前的預處理儀及其預處理方法，尤其涉及一種肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統及其方法。
背景技術：
肺癌是目前世界上最常見的惡性腫瘤之一。近三十年以來，盡管人們對肺癌的診斷及治療有了很大的提高，但肺癌仍是嚴重威脅人們健康和生命的疾病。在對肺癌呼出的氣體進行檢測時，往往需要對肺癌患者呼出的VOCS氣體進行熱解析以達到濃縮和除雜的目的。現有的熱解吸儀主要存在如下不足①濃縮效率低(該儀器需要使用大量的氮氣作為載氣，最后總體積比較大，濃縮的濃度較低)；②價格昂貴(一般 智能熱解吸儀上萬元)操作步驟繁瑣(準備工作就有五大步驟，操作步驟也有很多；④使用單一(熱解析儀，其后基本都是接氣象色譜儀或GC/MS聯用；⑤可同時活化吸附管數量最多為6支；⑥體積龐大(根據網上收索的一款儀器外形尺寸170X 390X400mm，重量約8Kg，可能根據儀器的復雜性，熱解吸儀的重量，有的可能遠遠大于8Kg。
發明內容
針對現有技術中的不足之處，本發明的目的在于提供一種能更有效地濃縮和除雜的肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統。同時，本發明還提供了一種利用該系統進行肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜的方法，該方法對肺癌患者VOCS進行濃縮和除雜的效果更佳。為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案
肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統，包括保溫殼、冷卻裝置、氣泵和支管；所述保溫殼的兩端分別具有一端蓋，兩個端蓋之間設有可拆卸的多支吸附管和多支燈管，其中一端蓋的外側設置進氣管，另一端蓋的外側設置出氣管，所有的吸附管的兩端分別與進氣管和出氣管連通；所述進氣管上設有閥SI和閥S2，所述支管的一端設有閥S3，支管的一端與閥SI和閥S2之間的管道連通；在出氣管上設有閥S4和閥S5，所述支管的另一端設有閥S6，支管的另一端與閥S4和閥S5之間的管道連通；所述冷卻裝置和氣泵安裝在出氣管上并位于端蓋與閥S4之間，冷卻裝置靠近端蓋。作為本發明的一種優選方案，所有的吸附管均安裝在兩個端蓋I中部，所有的燈管設置在吸附管的外側。肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜方法，在該方法中采用了上述的肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統，該方法包括如下步驟
I)活化首先打開閥SI、閥S2、閥S4和閥S5，關閉閥S3和閥S6 ;然后向進氣管內通入氮氣，并開啟保溫殼內的燈管，燈管對保溫殼內加熱，加熱溫度在280°C 330°C，使所有的吸附管在受熱狀態下進行活化，活化時間在8 12min;最后通過吸附管后的氣體經冷卻裝置冷卻，再通過氣泵由出氣管排出；2)吸附將保溫殼冷卻至室溫；向進氣管內通入待檢測的肺癌患者呼出的含有VOCS的呼出氣，使流過每支吸附管內的氣體流量控制在90 400ml/min ；
3)熱解析將吸附VOCS氣體后的吸附管調換方向后安裝在保溫殼內，并使吸附管的兩端分別與進氣管和出氣管連通；首先打開閥SI、閥S2、閥S3、閥S4、閥S5和閥S6，向進氣管內通入氮氣；然后關閉閥S5和閥SI，開啟保溫殼內的燈管，燈管對保溫殼內加熱，加熱溫度在250 305°C，使吸附VOCS氣體后的吸附管在受熱狀態下進行熱解析，在加熱的過程中開啟冷卻裝置和氣泵，使氮氣在熱室裝置中進行循環，氮氣作為載氣將吸附管內熱解析出的VOCS帶出，熱解析時間控制在3 5min ;最后開啟閥S5，關閉閥S6，從出氣管的出口收集濃縮和除雜后的VOCS氣體。作為本發明的一種優選方案，在步驟I)中，通入氮氣的流量控制在28 32ml/min0作為本發明的另一種優選方案，在步驟3)中，通入氮氣的流量控制在30 50ml/
mirio與現有技術相比，本發明的肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統及其方法具有如下優點
I、本發明首先對吸附管進行活化，以除去吸附管內的雜質和對待檢測的氣體有害的成分，然后再通過該吸附管吸附待檢測的肺癌患者呼出的氣體，最后將吸附管在循環中熱解析，熱解析后的肺癌患者呼出的VOCS氣體的濃縮度更高，除雜效果更佳。2、本發明的溫度和閥均可采用智能控制，測量好溫度值之后即可不用再更改，閥采用定時程序控制開閉時間，操作更方便、簡單。3、本發明解析出來的VOCS收集后以備其他檢測法，如雙信號肺癌呼出氣體檢測系統使用。4、本發明使用的系統結構簡單，成本較低。
圖I為肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統的立體結構示意 圖2為肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統的主視 圖3為保溫殼的結構示意 圖4為端蓋的立體結構示意圖一；
圖5為端蓋的立體結構示意圖二；
圖6為吸附質量一解析效率曲線 圖7為解析溫度一解析效率曲線 圖8為解析時間一解析效率曲線圖。附圖中I一保溫殼；2—冷卻裝置；3—氣泵；4一支管；5—端蓋；6—進氣管；7—出氣管；8—燈管；9一鐵質外層；10—不銹鋼內層；11 一插管；12—燈管安裝孔；13—氮氣瓶。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細地描述。
如圖I和圖2所示，肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統，包括保溫殼I、冷卻裝置2、氣泵3和支管4 (本實施例中，支管4采用硅膠管)。保溫殼I的結構如圖3所示，保溫殼I由鐵質外層9和不銹鋼內層10組成，鐵質外層9套在不銹鋼內層10外，鐵質外層9與不銹鋼內層10之間填充保溫棉，該保溫殼I具有良好的保溫效果。保溫殼I的兩端分別具有一端蓋5，端蓋5的結構如圖4和圖5所示，兩個端蓋5的內側中部設有多個垂直于端蓋5的插管11，吸附管的端部可插入該插管11內，在端蓋5上且位于插管11外的圓周上均勻分布設置有多個燈管安裝孔12，本實施例中，每個端蓋5上設有十四個插管11和十二個 燈管安裝孔12。兩個端蓋5以可拆卸的方式設置在保溫殼I的兩端，在保溫殼I內安裝有十四支吸附管，吸附管的一端插入左側端蓋5上的插管11內，吸附管另一端插入右側端蓋5上相對應的插管11內。在保溫殼I內安裝有十二支燈管8，燈管8采用遠紅外加熱石英燈管，燈管8的一端安裝在左側端蓋5的燈管安裝孔12內，燈管8的另一端安裝在右側端蓋5相對應的燈管安裝孔12內。左側的端蓋5的外側設置進氣管6，右側的端蓋5的外側設置出氣管7，所有的吸附管的左端與進氣管6連通，進氣管6內的氣體可均勻的進入各支吸附管內，所有的吸附管的右端與出氣管7連通，使各支吸附管內的氣體都能輸出到出氣管7內。進氣管6上設有閥SI和閥S2，支管4的一端設有閥S3，支管4的一端(即左端)與閥SI和閥S2之間的管道連通。在出氣管7上設有閥S4和閥S5，支管4的另一端(即右端)設有閥S6，支管4的另一端與閥S4和閥S5之間的管道連通。冷卻裝置2和氣泵3安裝在出氣管7上并位于端蓋5與閥S4之間,冷卻裝置2靠近端蓋5。利用上述的系統進行肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜的方法，該方法包括如下步驟
I)活化首先打開閥SI、閥S2、閥S4和閥S5，關閉閥S3和閥S6 ;然后向進氣管6內通入氮氣(只需將進氣管6與氮氣瓶13連接)，并開啟保溫殼I內的燈管8，燈管8對保溫殼I內加熱，加熱溫度在280°C 330°C，使所有的吸附管在受熱狀態下進行活化，活化時間在8 12min;最后通過吸附管后的氣體經冷卻裝置2冷卻，再通過氣泵3由出氣管7排出。上述向進氣管6內通入氮氣的流量控制在28 32ml/min，若流量太快，會造成氮氣的浪費，因為氮氣只是作為載氣將雜質帶出即可，流量太慢，可能會造成氣體無法流通，因為吸附管內填充滿了吸附劑，流量過低無法通過。本實施例中采用了十四支吸附管，吸附管的具體數量可根據實際需求進行增減。2)吸附將保溫殼I冷卻至室溫；向進氣管6內通入待檢測的肺癌患者呼出的含有VOCS的呼出氣(將進氣管6與收集有待檢測的肺癌患者呼出的氣體的氣袋連接)，使流過每支吸附管內的氣體流量控制在90 400ml/min。3)熱解析將吸附VOCS氣體后的吸附管調換方向后安裝在保溫殼I內，并使吸附管的兩端分別與進氣管6和出氣管7連通(即將吸附管在步驟2)中的進氣端與出氣管7連接，將吸附管在步驟2)中的出氣端與進氣管6連接)，將吸附管調換方向后可實現所謂的反吹作用。首先打開閥SI、閥S2、閥S3、閥S4、閥S5和閥S6，向進氣管6內通入氮氣，通入氮氣的流量控制在30 50ml/min ;然后關閉閥S5和閥SI，開啟保溫殼I內的燈管8，燈管8對保溫殼I內加熱，加熱溫度控制在250 305°C，使吸附VOCS氣體后的吸附管在受熱狀態下進行熱解析，在加熱的過程中開啟冷卻裝置2和氣泵3，使氮氣在熱室裝置中進行循環，氮氣作為載氣將吸附管內熱解析出的目標物質(即V0CS)帶出，熱解析時間控制在3 5min ；最后開啟閥S5，關閉閥S6，從出氣管7的出口收集濃縮和除雜后的VOCS氣體。下面以一個具體的實施例對該方法進行說明，選用內徑5mm、長為150mm的吸附管，選用Tenax-TA作為吸附劑。首先確定吸附管的數量根據相關資料顯示，采樣管本底總揮發性有機物(TVOC)含量不大于O. 5 μ g，單組分VOCs含量不大于O. 05 μ g，即每支吸附管吸收的每種vocs的含量不要超過O. 05yg才能保證吸附完全(不單純是指哪一種，是每一種物質最好都不要超過0.05 μ g)。據相關文獻顯示，肺癌患者呼出氣體的VOCS含量在10_9 10_12級別，普遍在10,數量級，因此選用最普遍的含量為例，即10_1/πι1，采用的是5L的氣袋收集的氣體進行試驗，那么總含量即為
最后除以14支管，即每支管分得的單組份 vocs 含量為35.7ng< 50ng
即小于O. 05 μ g，
104°g/ml*5xl03ml紛
b 35/7ng/每支管
14
滿足上面相關資料的要求。以甲苯為例，對吸附管的吸附質量一解析效率進行實驗，如圖6所示。通過實驗和計算，最后確認選用14支管，以確保能夠將5L氣體中的VOCS全部吸收。同時對解析溫度一解析效率也進行了實驗，如圖7所示的解析溫度一解析效率曲線圖；以及對解析時間一解析效率也進行了實驗，如圖8所示的解析時間一解析效率曲線圖。以支管的水平長度Ll=500mm，支管高度180mm，進氣管6、出氣管7和支管內徑6mm為例。首先按照步驟I)的方法對吸附管進行活化，開啟閥SI、閥S2、閥S4和閥S5，關閉閥S3和閥S6，通入氮氣(流量為30ml/min)，加熱溫度為320°C，活化時間為IOmin ;再按照步驟2)的方法對活化后的吸附管進行吸附，將進氣管II 10與收集有5L的待檢測的肺癌患者呼出的VOCS氣體的氣袋連接，使流過每支吸附管內的氣體流量為lOOml/min ;最后將吸附后的吸附管改換方向后安裝在保溫殼I內，按照步驟3)的方法對吸附管內的氣體進行熱解析，通入氮氣的流量控制在30ml/min,加熱溫度為300°C,解析時間為3min。則系統中管道的總周長尺寸L=500*2+180*2=1360mm 管道的橫截面積 SI= 31 R2=3. 14*3*3=28. 26mm2
吸附管的橫截面積 S2= 31 R2=3. 14*2. 5*2. 5=19. 625mm2總體積 V=L*Sl+n*l*S2=86. 90735mL ^ 90mL氣袋內的VOCS氣體質量m=0. I μ g/L*5L=0. 5 μ g (數量級)
m 0.5/ig*90%
U 一一 .................. ................................ — J LiMILj
V 90mL w
解析率按照90%計算，因此分子上面乘以了 90%。保守估計濃縮約50倍，最終到達目標物質定性和定量的濃縮和提純。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范 圍當中。
權利要求
1.肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統，其特征在于，包括保溫殼(I)、冷卻裝置(2)、氣泵(3)和支管(4);所述保溫殼(I)的兩端分別具有一端蓋(5)，兩個端蓋(5)之間設有可拆卸的多支吸附管和多支燈管(8)，其中一端蓋(5)的外側設置進氣管(6)，另一端蓋(5)的外側設置出氣管(7)，所有的吸附管的兩端分別與進氣管(6)和出氣管(7)連通；所述進氣管(6)上設有閥SI和閥S2，所述支管(4)的一端設有閥S3，支管(4)的一端與閥SI和閥S2之間的管道連通；在出氣管(7)上設有閥S4和閥S5，所述支管(4)的另一端設有閥S6，支管(4)的另一端與閥S4和閥S5之間的管道連通；所述冷卻裝置(2)和氣泵(3)安裝在出氣管(7)上并位于端蓋(5)與閥S4之間，冷卻裝置(2)靠近端蓋(5)。
2.根據權利要求I所述的肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統，其特征在于所有的吸附管均安裝在兩個端蓋(5)中部，所有的燈管(8)設置在吸附管的外側。
3.肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜方法，其特征在于，在該方法中采用權利要求I所述的肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統,該方法包括如下步驟 1)活化首先打開閥SI、閥S2、閥S4和閥S5，關閉閥S3和閥S6;然后向進氣管(6 )內通入氮氣，并開啟保溫殼(I)內的燈管(8)，燈管(8)對保溫殼(I)內加熱，加熱溫度在280°C 330°C,使所有的吸附管在受熱狀態下進行活化,活化時間在8 12min;最后通過吸附管后的氣體經冷卻裝置(2)冷卻，再通過氣泵(3)由出氣管(7)排出； 2)吸附將保溫殼(I)冷卻至室溫；向進氣管(6)內通入待檢測的肺癌患者呼出的含有VOCS的呼出氣，使流過每支吸附管內的氣體流量控制在90 400ml/min ； 3)熱解析將吸附VOCS氣體后的吸附管調換方向后安裝在保溫殼(I)內，并使吸附管的兩端分別與進氣管(6)和出氣管(7)連通；首先打開閥SI、閥S2、閥S3、閥S4、閥S5和閥S6，向進氣管(6)內通入氮氣；然后關閉閥S5和閥SI，開啟保溫殼(I)內的燈管(8)，燈管(8 )對保溫殼(I)內加熱，加熱溫度在250 305 °C，使吸附VOCS氣體后的吸附管在受熱狀態下進行熱解析，在加熱的過程中開啟冷卻裝置(2)和氣泵(3)，使氮氣在熱室裝置中進行循環，氮氣作為載氣將吸附管內熱解析出的VOCS帶出，熱解析時間控制在3 5min ;最后開啟閥S5，關閉閥S6，從出氣管(7)的出口收集濃縮和除雜后的VOCS氣體。
4.根據權利要求3所述的肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜方法，其特征在于在步驟O中，通入氮氣的流量控制在28 32ml/min。
5.根據權利要求3所述的肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜方法，其特征在于在步驟3)中，通過氮氣的流量控制在30 50ml/min。
全文摘要
本發明公開了一種肺癌患者呼出氣體VOCS富集除雜系統，包括保溫殼、冷卻裝置、氣泵和支管；保溫殼的兩端分別具有一端蓋，兩個端蓋之間設有可拆卸的多支吸附管和多支燈管，其中一端蓋的外側設置進氣管，另一端蓋的外側設置出氣管，所有的吸附管的兩端分別與進氣管和出氣管連通；支管的一端與進氣管連通，另一端與出氣管連通。本發明還公開了一種利用該系統進行富集除雜的方法。本發明首先對吸附管進行活化，以除去吸附管內的雜質和對待檢測的氣體有害的成分，然后再通過該吸附管吸附待檢測的肺癌患者呼出的含有VOCS的呼出氣，最后將吸附管在循環中熱解析，熱解析后的肺癌患者呼出的VOCS氣體的濃縮度更高，除雜效果更佳。
文檔編號G01N1/34GK102841008SQ20121034852
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月19日 優先權日2012年9月19日
發明者侯長軍, 羅小剛, 聶娟娟, 霍丹群, 楊眉, 法煥寶 申請人:重慶大學