呼出氣體分析是一種測(cè)量呼出氣體成分和含量的新技術(shù),在人體健康的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)和分析中應(yīng)用得越來(lái)越廣泛。基于低成本微型垂直腔面發(fā)射激光二極管（VCSEL）搭建了可調(diào)諧激光吸收光譜（TDLAS）氣體分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了人體呼出CO₂的在線測(cè)量。該系統(tǒng)主要由激光管、驅(qū)動(dòng)控制電路、光電探測(cè)器、放大電路、數(shù)據(jù)采集卡、控制軟件、鎖相放大器及赫里奧特氣體池構(gòu)成。該檢測(cè)池的體積為400 mL,有效光程為20 m,激光光源的中心波長(zhǎng)為1579.57 nm。采用波長(zhǎng)調(diào)制吸收光譜技術(shù)中的二次諧波幅值反演計(jì)算人體呼出CO₂的濃度。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、無(wú)損、高效地在線測(cè)量人體呼出CO₂氣體的濃度,波動(dòng)范圍小于±0.06%,靈敏度為0.14%。這一研究為近紅外TDLAS技術(shù)研究人體呼出氣體與相關(guān)疾病標(biāo)志物的無(wú)創(chuàng)檢測(cè)提供了新的研究思路。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)激光. 2020,47(03)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

基于TDLAS的人體呼氣末CO2檢測(cè)系統(tǒng)。

TDLAS系統(tǒng)采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了測(cè)量系統(tǒng)的檢測(cè)下限,配制體積分?jǐn)?shù)為2.5%的標(biāo)準(zhǔn)CO2氣體,并將其通入吸收池中進(jìn)行周期掃描,經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和對(duì)比發(fā)現(xiàn),掃描頻率過(guò)快會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真,不能保持良好的波形,頻率太低,則會(huì)導(dǎo)致信噪比(SNR)變小。因此,選擇優(yōu)化的掃描頻率和電壓分別為2.5 Hz和0.8 mV。經(jīng)鎖相放大器解調(diào)得到的信號(hào)的SNR較大,同時(shí)沒(méi)有失真,基線相對(duì)更平滑。采集到的兩個(gè)周期內(nèi)的2f信號(hào)如圖5所示。根據(jù)圖5可以對(duì)信噪比進(jìn)行推算,在CO2體積分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí),根據(jù)2f信號(hào)峰值均值(SV)為0.30 V和無(wú)吸收處的噪聲幅值(SD)之比可以計(jì)算出該系統(tǒng)的二次諧波信噪比約為55.56[22]。采用樣品檢出限的方法(3σ準(zhǔn)則)對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)的最小靈敏度進(jìn)行估算[23],即認(rèn)為最小檢測(cè)靈敏度為噪聲幅值(SD)的3倍,從而可以獲得系統(tǒng)測(cè)量的最小靈敏度約為0.14%(用CO2體積分?jǐn)?shù)為2.5%時(shí)的2f幅值(SV)0.3 V去除3倍噪聲幅值(SD)就可以得到。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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