氨捕獲器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氨的捕獲，特別是氣態(tài)氨的捕獲。本發(fā)明還涉及一種包含這種氨捕獲 的裝置或裝備，制造和使用這種捕獲特別是檢測氨的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氨是以氣態(tài)形式存在于人體的呼吸物中，然而，它可以用來指示疾病并已具有被 用作篩選大范圍疾病的潛力。這些包括腎臟疾病，肝硬化，或感染，例如幽門螺桿菌或念珠 菌微生物。同時，人體呼吸體中氨的增加，也可顯示人體精神壓力增加。由于這些原因，提 供一種測定該化合物的簡單而快速的方法顯得尤為重要。
[0003] 在一個健康的個體中，氨在呼吸氣中的典型含量是在十億分之800-900的量級， 在不健康的人體中，則可高達百萬分之1-15 (體積比）。由于健康個體和不健康個體之間在 這個范圍的較低水平的差異小，因此，需要提供一種精確的檢測氨的方法很重要。
[0004] 氣態(tài)氨樣品的感應(yīng)呈現(xiàn)出許多潛在問題，包括在呼吸氣中氨的含量相對較低，一 個健康的和不健康的個體之間氨的水平有時差別很小，采樣方法（例如口或鼻取樣都需要 選擇適當(dāng)?shù)臋z測溶液和捕獲方法）。
[0005] 在我們最近申請的專利GB1315803. 5 (2013年9月5日提交）中，我們報道了一個 創(chuàng)新的可靈敏地檢測呼吸氣中氨的方法，可以在診斷地有效水平上檢測氨。我們的方法選 擇性強、靈敏度高，是一種涉及檢測前氨化學(xué)轉(zhuǎn)換的間接檢測氨電化學(xué)方法。
[0006] 呼吸采樣是一個極其重要的方面，經(jīng)常被忽視，需要高效捕捉分析物（如氨），以 便被檢測到。例如，許多氨的分析方法要求氨溶液，溶劑可是水、有機溶劑、凝膠還是離子液 體。需要要克服的問題是如何最好地呈現(xiàn)呼吸（或其它氣體）樣品以使氨進入與傳感器相 連的溶液。
[0007] 如果呼吸樣本直接通入溶劑（或使用可控的方法注射），捕獲氣體的溶液需要大 的體積并導(dǎo)致氨的濃度被稀釋。在低的氨濃度條件下，稀釋帶來問題并可能導(dǎo)致最終的濃 度太低而超出無法有效檢測。為了克服液體器（水系或非水系）中的這個問題，可使用非 常小體積的溶液。然而，典型的單次呼出的氣樣體積約500mL。大體積的呼吸氣通入小體積 的溶劑會導(dǎo)致溶質(zhì)揮發(fā)而不是氨的溶解。即使這不會發(fā)生，這種捕獲呼吸樣品的方法也是 很難獲得可重復(fù)的結(jié)果。使用凝膠/離子液體/其他導(dǎo)電介質(zhì)是更復(fù)雜的，因為溶液的自 身粘度比水溶液的要小。此外，氨在溶液中的溶解度也是一個限制因素。因此，表面上看似 簡單的以一種適當(dāng)?shù)姆绞綇暮粑鼩庵蝎@取分析用的氨樣品也是一個挑戰(zhàn)。
[0008] -旦在溶液中，氨通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一種具有某些性能的衍生物，致使產(chǎn)生一個 可行性更強的檢測信號（例如，通過和一種化學(xué)試劑反應(yīng)將會生成一種光活性更強的物 質(zhì)）。然而，在氨溶解之前，這樣的化學(xué)試劑不能出現(xiàn)在溶劑中，因為它們將會降低氨的溶解 度，并降低了信號強度。因此，它們將會在氨溶解后加入，這一步使整個過程復(fù)雜化，增加了 制造成本，在某些情況下降低了分析的可靠性。而且，呼吸氣中的其他成分也可能出現(xiàn)在溶 液中，可能會干擾氨的檢測。所以，需要開發(fā)一種只有呼吸氣中的氨能被捕獲的器，在分析 時呼吸氣中其它的氣體成分被排除。
[0009] 本發(fā)明旨在克服或改善這些問題或其中的一些方面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的第一個方面公開了氨捕獲器，由收集基體、和固定在收集基體上的 酸組成。這個捕獲器可以通過氨從酸中得到一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化為銨離子而在收集基體上捕獲 氨。與下面的眾所周知的反應(yīng)式一致：
[0011]
[0012] 同樣接觸氨后，氨捕獲器可以說包含收集基體、在收集基體上捕獲的銨離子以及 固定在收集基體上的酸（一般酸是過量的）。
[0013] 氨一般是氣態(tài)的，這里描述的收集氨的簡單方法，是從氣流中捕捉氨。允許其它所 有氣體作為廢氣排掉，這是非常簡單有效的。一旦被捕獲，氨能被釋放、檢測，或者直接在收 集基體上被檢測，這個精確的方法依賴于檢測用的傳感器的類型。但是，可看出不管是氨被 釋放后再檢測還是原位檢測，使用本發(fā)明的氨捕獲器能得到高濃度、高純度樣品。這使得更 易于分析氨。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本捕獲器對氨高度有效、精確，從呼吸氣中提取氨具有100%的提取 率。
[0014] 所使用的術(shù)語"氨"旨在包括質(zhì)子化了的銨離子。明顯地，對于本領(lǐng)域的讀者，在 某些情況下指的是氨的檢測，確切的說這也是銨離子檢測，在談及檢測方法時也是如此。在 水溶液中檢測時尤其是如此，在這種情況下，取決于于PH，會形成銨離子。
[0015] 氣態(tài)氨一般是來自人或動物的呼吸氣中。這里使用的術(shù)語"呼出氣"指的是由肺 排出的一些或者全部成分的混合物。這可能包括一個或兩個鼻子呼吸或者嘴呼吸，一般含 有氣態(tài)成分。例如，空氣，這里的空氣一般被耗盡了氧氣、富含二氧化碳。而且，蒸汽、液態(tài) 成分也可能存在，例如水蒸氣或者水。蒸汽、液態(tài)組分可能包含溶解的的物質(zhì)。同樣地，本 發(fā)明的捕獲器旨在能夠捕獲呼吸中的氨。本發(fā)明的捕獲器可能捕獲氣態(tài)氨或者從呼吸冷凝 物中捕獲氨，這里用的呼吸冷凝物指的是呼吸中的液態(tài)組分或者凝結(jié)的蒸汽組分。
[0016] 通常情況下，酸是強酸，因為這樣能確保當(dāng)氨氣與收集基體接觸時氨氣能迅速轉(zhuǎn) 變。酸主要是礦物酸，例如氏?0 4，氏504，!1(：1，圓03以及這些酸和弱酸的組合。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)單獨 的有機酸不夠強，不能有效捕獲100%的氨，在某些情況下會干擾檢測。通常的磷酸、鹽酸、 硝酸是氣態(tài)酸在水溶液中。當(dāng)使用這種酸的水溶液時，鹽酸和硝酸有揮發(fā)的風(fēng)險并且停止 提供捕獲氨用的質(zhì)子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)硫酸對許多裝置有太強的腐蝕，經(jīng)常會腐蝕收集基體。然 而，使用耐酸性的收集基體時，硫酸可能可以使用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)磷酸具有足夠的強度捕獲氣流 中的全部氨，特別是當(dāng)磷酸干燥成油狀時很容易固定在收集基體上。
[0017] 這里使用的術(shù)語"強酸"指的是當(dāng)其溶于水時能夠完全解離。"弱酸"則與之相反， 即不能完全解離。強酸的典型pKa值在-10至-2間，而弱酸的則在-2到12之間。
[0018] 通常，收集基體是多孔的。經(jīng)常選那些有足夠多的孔隙能使氣流通過的收集基體， 從而確保所有的氨都被捕獲，且收集基體應(yīng)有足夠的強度而不會被氣流破壞，還要很薄以 將其對氣流的阻力降至最低，使得呼出的氣流體易于進入捕獲器。多孔性可以通過穿孔的 非多孔性材料（如塑性材料）或者直接使用多孔材料獲得。通?；w使用纖維材料，在很 多情況下，這些纖維材料來自紙或者紡織材料?；w也經(jīng)常是多孔紙，例如考慮到價格和實 際可用性等原因，會選用濾紙。另一種方法是利用上面提到的酸或酸的組合溶液。
[0019] 通常這個捕獲器包含一個收集基體的外罩，基體就置于這個外罩里或者懸于其 中。通常收集基體會充滿這個外罩，橫跨外罩的橫截面，通過外罩的任何氣體必須和基體相 互作用。在許多情況下，外罩配置的是允許氣體進入和排出捕獲器的。一般外罩配備一個 入口以允許氣體進入捕獲器，一個出口以允許氣體排出捕獲器。同時，也可是只有一個孔， 既可作為入口也可作為出口。通常入口和出口是下列形式放置的，氣體從入口進入，流經(jīng)收 集基體，至出口排出。這通常意味著入口和出口在基體的兩面，以致進入捕獲器的氣體必須 經(jīng)過基體，因而確保氣流中所有的氨都會被提取。這種結(jié)構(gòu)具有額外好處是呼吸樣品擴散 /流過濾紙，對用戶沒有明顯的害處。例如，已知的使用液體器的檢測方法有吸入液體的風(fēng) 險。由于在這里描述的捕獲器里沒有液體，因而這樣的情況不會發(fā)生。外罩的精確的構(gòu)造 可進一步改進以適應(yīng)于提供一個經(jīng)濟可行的產(chǎn)品。
[0020] 外罩可能由塑料、金屬、玻璃、或者其他材料（例如紙）。但是，規(guī)定外殼是無孔的， 通常情況下外罩由硬質(zhì)材料構(gòu)成，這些材料是惰性的，或者說不與氣流中的組分發(fā)生反應(yīng)。
[0021] 化學(xué)捕獲允許使用最小體積的溶液（包含試劑）進行測量/檢測。在另一個實施 方案中，捕獲溶液可以置于呼吸氣收集腔或者通過將呼吸氣轉(zhuǎn)入酸性溶液的方法。
[0022] 本發(fā)明的第二個方面提供一種氨檢測裝置，其包括一個發(fā)明的第一個方面所述的 氨捕獲器，以及一個氨傳感器。任