專(zhuān)利名稱(chēng):碳同位素分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分特征的碳同位素分析儀。
已知一些以非擴(kuò)散式紅外分光學(xué)原理為基礎(chǔ)的呼氣分析儀。這些分析儀器配備有為工業(yè)應(yīng)用研制的用于確定氣體和蒸汽內(nèi)各種成分濃度的分光計(jì)。但是為了應(yīng)用于確定呼氣中的13/12CO2則必須改進(jìn)這些儀器。與之相關(guān)的改造(恒溫、試樣入口等)會(huì)對(duì)儀器的工作可靠性帶來(lái)不良影響,這對(duì)于例如在臨床領(lǐng)域在日常實(shí)踐中例行的使用是嚴(yán)重的缺點(diǎn)。此外這些分析儀器的特點(diǎn)是,試樣入口和試樣計(jì)量的控制必須與數(shù)據(jù)采集分開(kāi)進(jìn)行。
因此本發(fā)明的目的是,創(chuàng)造一種尤其在臨床領(lǐng)域適用于實(shí)際的常規(guī)工作的呼氣分析儀,它保證可靠操作、高的測(cè)量精度以及經(jīng)濟(jì)、緊湊的結(jié)構(gòu)形式。
按本發(fā)明此目的通過(guò)權(quán)利要求1特征部分所述特征達(dá)到。
按權(quán)利要求1所述的碳同位素分析儀,通過(guò)將所有的功能元件布置在儀器內(nèi),保證是一種緊湊和耐用的結(jié)構(gòu)形式。在這種情況下所有的操作部分,例如試樣入口接管,一目了然地布置在儀器的操作側(cè)。通過(guò)將與試樣檢查系統(tǒng)連接的試樣入口系統(tǒng)組合在氣體處理系統(tǒng)內(nèi),不僅保證了儀器的操作既方便又可靠,而且通過(guò)特殊的測(cè)量氣體導(dǎo)引可以將試樣體積降低到700ml并可達(dá)到高的試樣通過(guò)量為40個(gè)試樣/小時(shí)。通過(guò)連續(xù)評(píng)估和檢查試樣計(jì)量和借助數(shù)字式I/O單元檢驗(yàn)試樣狀況、通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)采集和在分光計(jì)中進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)檢查以及借助總線接口控制和交換所有的信息,在明確地分配各模塊的計(jì)劃任務(wù)的情況下保證分析儀的統(tǒng)一控制。儀器的這種明確的模塊式編制,對(duì)于識(shí)別故障及其排除業(yè)已證實(shí)是特別有利的。它允許連續(xù)地內(nèi)部診斷儀器狀況并有助于將維護(hù)工作量降到最低程度。
業(yè)已證實(shí)特別有利的是按權(quán)利要求2所述令非擴(kuò)散式紅外分光計(jì)配備有帶自己的微控制器的測(cè)量模塊以及配備有一個(gè)優(yōu)化測(cè)量過(guò)程的恒溫器,借助于它們可使測(cè)量數(shù)據(jù)達(dá)到極高的精度和穩(wěn)定性。除了恒溫外,氣密地封閉整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)防止外界空氣中CO2含量的干擾,是在呼氣測(cè)量過(guò)程中達(dá)到測(cè)量數(shù)據(jù)采集和測(cè)量數(shù)據(jù)檢查方面高的精度要求的重要基礎(chǔ)。此外,通過(guò)具有自己的用于控制、測(cè)量數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信的微控制器的測(cè)量模塊這種緊湊的結(jié)構(gòu)形式,獲得高度的機(jī)電穩(wěn)定性。
按權(quán)利要求3在氣體處理系統(tǒng)內(nèi)組合一個(gè)計(jì)量與循環(huán)裝置和一個(gè)沖洗與貧氮水煤氣裝置的這種氣體處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu),可以由外界空氣產(chǎn)生貧氮水煤氣和循環(huán)導(dǎo)引試驗(yàn)氣體。在這種情況下組合在計(jì)量和循環(huán)裝置中的試樣入口系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),保證在由呼氣袋測(cè)量時(shí)不可避免的外來(lái)氣體容積降到最低程度。這一優(yōu)點(diǎn)通過(guò)按權(quán)利要求4所述的試樣入口系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)獲得,據(jù)此,呼氣袋的連接軟管直接裝在閥的接管上。
令試樣入口系統(tǒng)與試樣檢查系統(tǒng)連接也是特別有利的。此試樣檢查系統(tǒng)判定是否有一個(gè)試樣放在其中一個(gè)試樣入口并防止使用者誤操作。
按權(quán)利要求4、5和6的試樣入口的結(jié)構(gòu)和將計(jì)量與循環(huán)裝置及沖洗與貧氮水煤氣裝置組合在氣體處理系統(tǒng)內(nèi),也保證在測(cè)量模塊的測(cè)量極限范圍內(nèi)能自由選擇CO2濃度。這通過(guò)改變測(cè)量氣體計(jì)量達(dá)到,其中通過(guò)循環(huán)導(dǎo)引測(cè)量氣體獲得在量杯內(nèi)的濃度平衡。
碳同位素分析儀另一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)通過(guò)安裝按權(quán)利要求8的標(biāo)準(zhǔn)化CAN總線獲得。這種由汽車(chē)技術(shù)已知并由于其抗干擾能力業(yè)已證明可靠的CAN總線系統(tǒng),保證統(tǒng)一控制分析儀器,在這種情況下碳同位素分析儀的內(nèi)部控制和與內(nèi)部PC設(shè)備的通信按權(quán)利要求9所述通過(guò)雙線線路實(shí)現(xiàn)。它的系統(tǒng)寬度的故障識(shí)別和發(fā)出故障信號(hào)得以保證,因?yàn)镃AN網(wǎng)絡(luò)連續(xù)地以適用于此CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)工作。此外,CAN總線的特點(diǎn)在于其高度的靈活性。因?yàn)樾畔⒍ㄏ虻剡M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,所以隨時(shí)可以擴(kuò)展此分析系統(tǒng),無(wú)需改變整體結(jié)構(gòu)。因此也隨時(shí)能保證按權(quán)利要求7擴(kuò)展I/O單元和按權(quán)利要求4擴(kuò)展試樣入口系統(tǒng)的數(shù)量。
應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出此專(zhuān)門(mén)為此呼氣分析和數(shù)據(jù)評(píng)估與顯示以及為監(jiān)控儀器各部分功能故障而研制的操作軟件。此專(zhuān)門(mén)研制的并適應(yīng)于分析儀器的技術(shù)結(jié)構(gòu)及工作方式的軟件程序,作為已知的WINDOWS界面的應(yīng)用進(jìn)行工作。此程序的特點(diǎn)在于對(duì)用戶(hù)可靠的屏面指導(dǎo)以及測(cè)量結(jié)果及由此獲得的參數(shù)一目了然的顯示。通過(guò)共用的用戶(hù)界面能方便地到達(dá)在使用按本發(fā)明的碳同位素分析儀時(shí)例行動(dòng)作所用的全部操作要素,諸如記錄試樣數(shù)據(jù)、起動(dòng)測(cè)量以及用測(cè)量曲線顯示和記錄結(jié)果。此外連續(xù)地監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)如壓力和溫度,并報(bào)告使用過(guò)程中可能發(fā)生的故障。通過(guò)在操作軟件中調(diào)整少量的系統(tǒng)參數(shù)可方便地使分析儀器適應(yīng)于不同的計(jì)劃任務(wù)。尤其在應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的情況下,連續(xù)地監(jiān)控分析儀器各模件的功能故障帶來(lái)突出的優(yōu)點(diǎn)。
下面可借助于實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。在附圖中表示
圖1碳同位素分析儀作用圖,圖中象征性地表示所有有重要作用的組件及部分;圖2專(zhuān)門(mén)研制的軟件程序的作業(yè)窗口;圖3用于診斷和顯示系統(tǒng)參數(shù)的軟件程序的作業(yè)窗口。
圖1中表示的作用圖表示了按本發(fā)明的碳同位素分析儀重要的組件。
其中非擴(kuò)散式紅外分光計(jì)1配備有紅外接收器,它們良好的選擇性通過(guò)充填有關(guān)的測(cè)量成分13CO2或12CO2達(dá)到,以及在13CO2通道內(nèi)配備有12CO2濾,通過(guò)它降低和補(bǔ)償13CO2相對(duì)于12CO2的橫向敏感性。為保證滿(mǎn)足用于呼氣測(cè)量時(shí)高精度的要求,整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)是恒溫的,這通過(guò)一個(gè)優(yōu)化測(cè)量過(guò)程的恒溫器1″來(lái)達(dá)到。此外,此光學(xué)系統(tǒng)氣密地封閉,防止外界空氣CO2含量的干擾。組合在非擴(kuò)散式紅外分光計(jì)1內(nèi)并配備有圖中沒(méi)有詳細(xì)表示的自己的微控制器9的測(cè)量模塊1′,保證控制、測(cè)量數(shù)據(jù)采集和與外部PC設(shè)備5通信。氣體處理系統(tǒng)2由組合在一起的計(jì)量與循環(huán)裝置2′和沖洗與貧氮水煤氣裝置2″組成,其中,計(jì)量與循環(huán)裝置2′包括試樣入口系統(tǒng)7和試樣檢查系統(tǒng)8,這兩個(gè)系統(tǒng)互相連接。試樣入口系統(tǒng)由接管7′、閥7″和試樣識(shí)別模塊7組成。
在由呼氣袋測(cè)量呼氣前,閥7″、氣體通路以及量杯用在沖洗和貧氮水煤氣裝置2″中產(chǎn)生的無(wú)CO2的空氣沖洗。充填了試驗(yàn)氣體的呼氣袋的連接軟管,套在設(shè)置在分析器操作側(cè)的接管7″上。試驗(yàn)氣體借助于加入貧氮水煤氣的試樣入口系統(tǒng)7計(jì)量。通過(guò)檢查試驗(yàn)氣體得知CO2濃度值,在這種情況下通過(guò)改變計(jì)量時(shí)間可任意選擇在測(cè)量模塊1′測(cè)量極限范圍內(nèi)的CO2濃度,并通過(guò)緊接著的循環(huán)導(dǎo)引測(cè)量氣體,保證量杯內(nèi)的濃度平衡。
實(shí)施經(jīng)數(shù)字式I/O單元(3)和CAN總線接口4與外部PC設(shè)備5的數(shù)據(jù)交換,外部PC設(shè)備借助于專(zhuān)用的軟件程序獲知全部重要的數(shù)據(jù),加工處理并通過(guò)專(zhuān)用的操作軟件6顯示。
呼氣測(cè)量按下列步驟進(jìn)行。要測(cè)量的試樣輸入專(zhuān)用的軟件程序6,裝有試驗(yàn)氣體的呼氣袋安裝在試樣入口系統(tǒng)7的接管7′上,由此通過(guò)閥7″起動(dòng)試樣識(shí)別模塊7。
圖2表示作業(yè)窗口,通過(guò)它在PC設(shè)備5的屏幕上向用戶(hù)指示尚未測(cè)量的試樣。現(xiàn)有,測(cè)量可借助于軟件程序6和PC設(shè)備5開(kāi)始。為此,首先在沖洗與貧氮水煤氣裝置2″然后在計(jì)量與循環(huán)裝置2′上接通貧氮水煤氣,以便用無(wú)CO2的空氣沖洗各裝置和氣體通路。同樣地也用無(wú)CO2的空氣沖洗試樣入口系統(tǒng)7。在用無(wú)CO2的空氣沖洗這些裝置和氣體通路后,打開(kāi)連接有一個(gè)呼氣袋的閥7″,允許試驗(yàn)氣體流入紅外分光計(jì)1內(nèi)。隨著閥7″的開(kāi)啟試樣識(shí)別模塊7得到通知并在屏幕上向用戶(hù)指示在相應(yīng)的試樣入口系統(tǒng)7處進(jìn)行的測(cè)量。之后,再次轉(zhuǎn)接計(jì)量和循環(huán)裝置2′,以便從裝置2′和紅外分光計(jì)1除去仍存在的貧氮水煤氣。若CO2濃度超過(guò)紅外分光計(jì)1測(cè)量極限范圍,則關(guān)閉閥7″和計(jì)量與循環(huán)裝置2′,直至CO2濃度處于測(cè)量極限范圍以?xún)?nèi)。然后,借助于循環(huán)導(dǎo)引測(cè)量在紅外分光計(jì)1內(nèi)的測(cè)量氣體。在測(cè)量時(shí)間期滿(mǎn)后,所獲知的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器和CAN總線接口傳輸給外部PC設(shè)備5和操作軟件6,并由此軟件進(jìn)行分析計(jì)算。試樣識(shí)別模塊7在屏幕上向用戶(hù)指示在相應(yīng)的試樣入口系統(tǒng)處被測(cè)量的試樣。接著重新接通沖洗與貧氮水煤氣裝置2″和計(jì)量與循環(huán)裝置2′,所以再次允許貧氮水煤氣流入分析系統(tǒng)內(nèi)。在已經(jīng)存在試驗(yàn)氣體裝料時(shí),在試樣識(shí)別模塊7查詢(xún)了在另一個(gè)試樣入口系統(tǒng)7處被安裝好的試樣后,自動(dòng)開(kāi)始下一次的測(cè)量。
圖3表示專(zhuān)用操作軟件6的作業(yè)窗口,在此作業(yè)窗口上可顯示、判斷及調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。其中,碳同位素分析儀在技術(shù)上明確地按分析器1、計(jì)量與循環(huán)裝置2′、沖洗與貧氮水煤氣裝置2″、數(shù)字式I/O單元3、CAN總線接口、試樣入口系統(tǒng)7和試樣檢查系統(tǒng)8來(lái)分組,便于識(shí)別故障及實(shí)施故障的排除。
權(quán)利要求
1.確定呼氣的CO2中穩(wěn)定的同位素12C和13C比例的碳同位素分析儀,包括一個(gè)非擴(kuò)散式紅外分光計(jì)(1)、氣體處理系統(tǒng)(2)、數(shù)字式I/O單元(3)、總線接口(4)和帶操作軟件(6)的外部PC設(shè)備(5),其特征為非擴(kuò)散式紅外分光計(jì)(1)和數(shù)字式I/O單元(3)控制組合在氣體處理系統(tǒng)(2)內(nèi)的試樣入口系統(tǒng)(7)和試樣檢查系統(tǒng)(8);非擴(kuò)散式紅外分光計(jì)(1)、氣體處理系統(tǒng)(2)、數(shù)字式I/O單元(3)和總線接口(4)模塊式地裝在外殼內(nèi)并通過(guò)電纜與外部PC設(shè)備(5)連接;每個(gè)模塊配備有自己的微控制器(9);以及,微控制器(9)通過(guò)總線接口(4)與外部PC設(shè)備(5)連通。
2.按照權(quán)利要求1所述的碳同位素分析儀,其特征為非擴(kuò)散式紅外分光計(jì)(1)配備有測(cè)量模塊(1′),其中組合有微控制器(9);以及,非擴(kuò)散式紅外分光計(jì)(1)配備有一個(gè)優(yōu)化測(cè)量過(guò)程的恒溫器(1″)以及是氣密封閉的。
3.按照權(quán)利要求1所述的碳同位素分析儀,其特征為在氣體處理系統(tǒng)(2)內(nèi)組合一計(jì)量與循環(huán)裝置(2′)和一沖洗與貧氮水煤氣裝置(2″),其中,計(jì)量與循環(huán)裝置(2′)由試樣入口系統(tǒng)(7)與試樣檢查系統(tǒng)(8)構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求3所述的碳同位素分析儀,其特征為試樣入口系統(tǒng)(7)由接管(7′)、閥(7″)和試樣識(shí)別模塊(7)組成;安裝八個(gè)試樣入口系統(tǒng)(7);可以擴(kuò)大試樣入口系統(tǒng)(7)的數(shù)量;以及,被組合的計(jì)量與循環(huán)裝置(2′)和沖洗與貧氮水煤氣裝置(2″)通過(guò)改變計(jì)量時(shí)間實(shí)現(xiàn)可自由選擇在測(cè)量模塊(1′)的測(cè)量極限范圍內(nèi)的CO2濃度,并可通過(guò)循環(huán)導(dǎo)引測(cè)量氣體達(dá)到量杯內(nèi)的濃度平衡。
5.按照權(quán)利要求3所述的碳同位素分析儀,其特征為試樣入口系統(tǒng)(7)與試樣檢查系統(tǒng)(8)連接,以及,試樣識(shí)別模塊(7)的信息在試樣檢查系統(tǒng)(8)與數(shù)字式I/O單元(3)之間交換。
6.按照權(quán)利要求3所述的碳同位素分析儀,其特征為被組合的計(jì)量與循環(huán)裝置(2′)和沖洗與貧氮水煤氣裝置(2″)實(shí)現(xiàn)在測(cè)量模塊(1″)的測(cè)量極限范圍內(nèi)CO2濃度的自由選擇。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的碳同位素分析儀,其特征為數(shù)字式I/O單元(3)數(shù)字地控制和檢查并可擴(kuò)展試樣入口。
8.按照權(quán)利要求1所述的碳同位素分析儀,其特征為總線接口(4)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的CAN接口。
9.按照權(quán)利要求8所述的碳同位素分析儀,其特征為總線接口(4)實(shí)現(xiàn)碳同位素分析儀的內(nèi)部控制及與外部PC設(shè)備(5)的通信。
10.按照權(quán)利要求1所述的碳同位素分析儀,其特征為外部PC設(shè)備(5)配備有CAN插件(10)和操作軟件(6)。
11.按照權(quán)利要求10所述的碳同位素分析儀,其特征為操作軟件(6)是專(zhuān)門(mén)研制的程序,用于控制此分析器、測(cè)量數(shù)據(jù)采集、完整評(píng)定和數(shù)據(jù)顯示以及用于監(jiān)控功能失效的儀器部分,并作為在已知的微軟WINDOWS界面下的一種應(yīng)用工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定呼氣的CO
文檔編號(hào)G01N21/31GK1249036SQ97182032
公開(kāi)日2000年3月29日 申請(qǐng)日期1997年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月11日
發(fā)明者海因茨·菲舍爾, 伯恩德·庫(kù)爾曼 申請(qǐng)人:菲舍爾分析儀器有限公司