專利名稱：碳同位素分析儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有權利要求1前序部分特征的碳同位素分析儀。
已知一些以非擴散式紅外分光學原理為基礎的呼氣分析儀。這些分析儀器配備有為工業應用研制的用于確定氣體和蒸汽內各種成分濃度的分光計。但是為了應用于確定呼氣中的13/12CO2則必須改進這些儀器。與之相關的改造(恒溫、試樣入口等)會對儀器的工作可靠性帶來不良影響，這對于例如在臨床領域在日常實踐中例行的使用是嚴重的缺點。此外這些分析儀器的特點是，試樣入口和試樣計量的控制必須與數據采集分開進行。
因此本發明的目的是，創造一種尤其在臨床領域適用于實際的常規工作的呼氣分析儀，它保證可靠操作、高的測量精度以及經濟、緊湊的結構形式。
按本發明此目的通過權利要求1特征部分所述特征達到。
按權利要求1所述的碳同位素分析儀，通過將所有的功能元件布置在儀器內，保證是一種緊湊和耐用的結構形式。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。通過將與試樣檢查系統連接的試樣入口系統組合在氣體處理系統內，不僅保證了儀器的操作既方便又可靠，而且通過特殊的測量氣體導引可以將試樣體積降低到700ml并可達到高的試樣通過量為40個試樣/小時。通過連續評估和檢查試樣計量和借助數字式I/O單元檢驗試樣狀況、通過測量數據采集和在分光計中進行測量數據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劃任務的情況下保證分析儀的統一控制。儀器的這種明確的模塊式編制，對于識別故障及其排除業已證實是特別有利的。它允許連續地內部診斷儀器狀況并有助于將維護工作量降到最低程度。
業已證實特別有利的是按權利要求2所述令非擴散式紅外分光計配備有帶自己的微控制器的測量模塊以及配備有一個優化測量過程的恒溫器，借助于它們可使測量數據達到極高的精度和穩定性。除了恒溫外，氣密地封閉整個光學系統防止外界空氣中CO2含量的干擾，是在呼氣測量過程中達到測量數據采集和測量數據檢查方面高的精度要求的重要基礎。此外，通過具有自己的用于控制、測量數據采集和數據通信的微控制器的測量模塊這種緊湊的結構形式，獲得高度的機電穩定性。
按權利要求3在氣體處理系統內組合一個計量與循環裝置和一個沖洗與貧氮水煤氣裝置的這種氣體處理系統結構，可以由外界空氣產生貧氮水煤氣和循環導引試驗氣體。在這種情況下組合在計量和循環裝置中的試樣入口系統的結構，保證在由呼氣袋測量時不可避免的外來氣體容積降到最低程度。這一優點通過按權利要求4所述的試樣入口系統的結構獲得，據此，呼氣袋的連接軟管直接裝在閥的接管上。
令試樣入口系統與試樣檢查系統連接也是特別有利的。此試樣檢查系統判定是否有一個試樣放在其中一個試樣入口并防止使用者誤操作。
按權利要求4、5和6的試樣入口的結構和將計量與循環裝置及沖洗與貧氮水煤氣裝置組合在氣體處理系統內，也保證在測量模塊的測量極限范圍內能自由選擇CO2濃度。這通過改變測量氣體計量達到，其中通過循環導引測量氣體獲得在量杯內的濃度平衡。
碳同位素分析儀另一個突出的優點通過安裝按權利要求8的標準化CAN總線獲得。這種由汽車技術已知并由于其抗干擾能力業已證明可靠的CAN總線系統，保證統一控制分析儀器，在這種情況下碳同位素分析儀的內部控制和與內部PC設備的通信按權利要求9所述通過雙線線路實現。它的系統寬度的故障識別和發出故障信號得以保證，因為CAN網絡連續地以適用于此CAN網絡的數據工作。此外，CAN總線的特點在于其高度的靈活性。因為信息定向地進行數據傳輸，所以隨時可以擴展此分析系統，無需改變整體結構。因此也隨時能保證按權利要求7擴展I/O單元和按權利要求4擴展試樣入口系統的數量。
應強調指出此專門為此呼氣分析和數據評估與顯示以及為監控儀器各部分功能故障而研制的操作軟件。此專門研制的并適應于分析儀器的技術結構及工作方式的軟件程序，作為已知的WINDOWS界面的應用進行工作。此程序的特點在于對用戶可靠的屏面指導以及測量結果及由此獲得的參數一目了然的顯示。通過共用的用戶界面能方便地到達在使用按本發明的碳同位素分析儀時例行動作所用的全部操作要素，諸如記錄試樣數據、起動測量以及用測量曲線顯示和記錄結果。此外連續地監控系統參數如壓力和溫度，并報告使用過程中可能發生的故障。通過在操作軟件中調整少量的系統參數可方便地使分析儀器適應于不同的計劃任務。尤其在應用于醫學診斷領域的情況下，連續地監控分析儀器各模件的功能故障帶來突出的優點。
下面可借助于實施例進一步說明本發明。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專門研制的軟件程序的作業窗口；圖3用于診斷和顯示系統參數的軟件程序的作業窗口。
圖1中表示的作用圖表示了按本發明的碳同位素分析儀重要的組件。
其中非擴散式紅外分光計1配備有紅外接收器，它們良好的選擇性通過充填有關的測量成分13CO2或12CO2達到，以及在13CO2通道內配備有12CO2濾，通過它降低和補償13CO2相對于12CO2的橫向敏感性。為保證滿足用于呼氣測量時高精度的要求，整個光學系統是恒溫的，這通過一個優化測量過程的恒溫器1″來達到。此外，此光學系統氣密地封閉，防止外界空氣CO2含量的干擾。組合在非擴散式紅外分光計1內并配備有圖中沒有詳細表示的自己的微控制器9的測量模塊1′，保證控制、測量數據采集和與外部PC設備5通信。氣體處理系統2由組合在一起的計量與循環裝置2′和沖洗與貧氮水煤氣裝置2″組成，其中，計量與循環裝置2′包括試樣入口系統7和試樣檢查系統8，這兩個系統互相連接。試樣入口系統由接管7′、閥7″和試樣識別模塊7組成。
在由呼氣袋測量呼氣前，閥7″、氣體通路以及量杯用在沖洗和貧氮水煤氣裝置2″中產生的無CO2的空氣沖洗。充填了試驗氣體的呼氣袋的連接軟管，套在設置在分析器操作側的接管7″上。試驗氣體借助于加入貧氮水煤氣的試樣入口系統7計量。通過檢查試驗氣體得知CO2濃度值，在這種情況下通過改變計量時間可任意選擇在測量模塊1′測量極限范圍內的CO2濃度，并通過緊接著的循環導引測量氣體，保證量杯內的濃度平衡。
實施經數字式I/O單元(3)和CAN總線接口4與外部PC設備5的數據交換，外部PC設備借助于專用的軟件程序獲知全部重要的數據，加工處理并通過專用的操作軟件6顯示。
呼氣測量按下列步驟進行。要測量的試樣輸入專用的軟件程序6，裝有試驗氣體的呼氣袋安裝在試樣入口系統7的接管7′上，由此通過閥7″起動試樣識別模塊7。
圖2表示作業窗口，通過它在PC設備5的屏幕上向用戶指示尚未測量的試樣。現有，測量可借助于軟件程序6和PC設備5開始。為此，首先在沖洗與貧氮水煤氣裝置2″然后在計量與循環裝置2′上接通貧氮水煤氣，以便用無CO2的空氣沖洗各裝置和氣體通路。同樣地也用無CO2的空氣沖洗試樣入口系統7。在用無CO2的空氣沖洗這些裝置和氣體通路后，打開連接有一個呼氣袋的閥7″，允許試驗氣體流入紅外分光計1內。隨著閥7″的開啟試樣識別模塊7得到通知并在屏幕上向用戶指示在相應的試樣入口系統7處進行的測量。之后，再次轉接計量和循環裝置2′，以便從裝置2′和紅外分光計1除去仍存在的貧氮水煤氣。若CO2濃度超過紅外分光計1測量極限范圍，則關閉閥7″和計量與循環裝置2′，直至CO2濃度處于測量極限范圍以內。然后，借助于循環導引測量在紅外分光計1內的測量氣體。在測量時間期滿后，所獲知的測量數據通過A/D轉換器和CAN總線接口傳輸給外部PC設備5和操作軟件6，并由此軟件進行分析計算。試樣識別模塊7在屏幕上向用戶指示在相應的試樣入口系統處被測量的試樣。接著重新接通沖洗與貧氮水煤氣裝置2″和計量與循環裝置2′，所以再次允許貧氮水煤氣流入分析系統內。在已經存在試驗氣體裝料時，在試樣識別模塊7查詢了在另一個試樣入口系統7處被安裝好的試樣后，自動開始下一次的測量。
圖3表示專用操作軟件6的作業窗口，在此作業窗口上可顯示、判斷及調整系統參數。其中，碳同位素分析儀在技術上明確地按分析器1、計量與循環裝置2′、沖洗與貧氮水煤氣裝置2″、數字式I/O單元3、CAN總線接口、試樣入口系統7和試樣檢查系統8來分組，便于識別故障及實施故障的排除。
權利要求
1.確定呼氣的CO2中穩定的同位素12C和13C比例的碳同位素分析儀，包括一個非擴散式紅外分光計(1)、氣體處理系統(2)、數字式I/O單元(3)、總線接口(4)和帶操作軟件(6)的外部PC設備(5)，其特征為非擴散式紅外分光計(1)和數字式I/O單元(3)控制組合在氣體處理系統(2)內的試樣入口系統(7)和試樣檢查系統(8)；非擴散式紅外分光計(1)、氣體處理系統(2)、數字式I/O單元(3)和總線接口(4)模塊式地裝在外殼內并通過電纜與外部PC設備(5)連接；每個模塊配備有自己的微控制器(9)；以及，微控制器(9)通過總線接口(4)與外部PC設備(5)連通。
2.按照權利要求1所述的碳同位素分析儀，其特征為非擴散式紅外分光計(1)配備有測量模塊(1′)，其中組合有微控制器(9)；以及，非擴散式紅外分光計(1)配備有一個優化測量過程的恒溫器(1″)以及是氣密封閉的。
3.按照權利要求1所述的碳同位素分析儀，其特征為在氣體處理系統(2)內組合一計量與循環裝置(2′)和一沖洗與貧氮水煤氣裝置(2″)，其中，計量與循環裝置(2′)由試樣入口系統(7)與試樣檢查系統(8)構成。
4.按照權利要求3所述的碳同位素分析儀，其特征為試樣入口系統(7)由接管(7′)、閥(7″)和試樣識別模塊(7)組成；安裝八個試樣入口系統(7)；可以擴大試樣入口系統(7)的數量；以及，被組合的計量與循環裝置(2′)和沖洗與貧氮水煤氣裝置(2″)通過改變計量時間實現可自由選擇在測量模塊(1′)的測量極限范圍內的CO2濃度，并可通過循環導引測量氣體達到量杯內的濃度平衡。
5.按照權利要求3所述的碳同位素分析儀，其特征為試樣入口系統(7)與試樣檢查系統(8)連接，以及，試樣識別模塊(7)的信息在試樣檢查系統(8)與數字式I/O單元(3)之間交換。
6.按照權利要求3所述的碳同位素分析儀，其特征為被組合的計量與循環裝置(2′)和沖洗與貧氮水煤氣裝置(2″)實現在測量模塊(1″)的測量極限范圍內CO2濃度的自由選擇。
7.按照前列諸權利要求之一所述的碳同位素分析儀，其特征為數字式I/O單元(3)數字地控制和檢查并可擴展試樣入口。
8.按照權利要求1所述的碳同位素分析儀，其特征為總線接口(4)是一個標準化的CAN接口。
9.按照權利要求8所述的碳同位素分析儀，其特征為總線接口(4)實現碳同位素分析儀的內部控制及與外部PC設備(5)的通信。
10.按照權利要求1所述的碳同位素分析儀，其特征為外部PC設備(5)配備有CAN插件(10)和操作軟件(6)。
11.按照權利要求10所述的碳同位素分析儀，其特征為操作軟件(6)是專門研制的程序，用于控制此分析器、測量數據采集、完整評定和數據顯示以及用于監控功能失效的儀器部分，并作為在已知的微軟WINDOWS界面下的一種應用工作。
全文摘要
本發明涉及一種用于確定呼氣的CO
文檔編號G01N21/31GK1249036SQ97182032
公開日2000年3月29日 申請日期1997年3月11日 優先權日1997年3月11日
發明者海因茨·菲舍爾, 伯恩德·庫爾曼 申請人:菲舍爾分析儀器有限公司
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