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红外二氧化碳传感器在医疗健康上应用
发布者:精讯畅通 上传时间:2022 年 7 月 19 日
INGENUITY
医疗健康领域的需求

在医学临床监测中,呼吸末二氧化碳(简称EtCO2)是一项十分重要的生理参数, 它可以同时反映患者的肺部通气功能状况和患者的血液循环功能与肺部血流状况。由于EtCO2监测具有无创、连续性等优点,近年来在医学临床中具有非常广泛的应用。

在医疗健康领域,呼吸功能监测非常重要。无论是论是呼吸系统发生病变,还是其他主要内脏器官发生病变,当这些病变恶化到一定程度都会影响到呼吸中枢;大部分内脏器官系统功能衰竭,经常会引起呼吸功能的衰竭;呼吸功能的衰竭又加重其他内脏器官系统功能衰竭,形成恶性循环。在手术过程中医生无论对患者实施哪种麻醉,都应该高度重视呼吸功能的监测和管理,否则就会产生严重的恶果。在麻醉和手术过程中进行呼吸功能监测的目的就是判断肺部氧气与二氧化碳的交换功能及判断呼吸机制与通气储备是否充分、有效。

通过血气分析来测定人体的血液里中二氧化碳分压属于一种有创性操作,有创操作不仅增加了病人的痛苦,还有可能引起一系列的并发症,如感染、动脉损伤、丢失血容量等,加重了医护人员工作量。同时由于其不能进行连续性监测, 无法满足实时连续动态监测的需求,使用上局限性很大。而ETCO2监测具有操作简便、极其灵敏、不伤害患者身体等优点,在手术麻醉的监护时已经普遍应用ETCO2监测。

美国麻醉医师协会(ASA)在书中把ETCO2 监测定为常规检测项目之一,而在国内,各大医院的手术室、ICU等科室为了方便患者的日常检查和病情诊断中也已经把ETCO2监测列为日常监护项目。ETCO2监测作为一个常规的手术检测项目,由于其不仅能监控病人的通气情况,还能观察病人的呼吸状态,麻醉监测已经将ETCO2监测列为常规的监测段。ETCO2对于临床麻醉、心肺脑复苏、麻醉后恢复室(PACU)、重症检测治疗室(ICU)、院前急救意义重大。

二氧化碳检测方法

目前,CO2浓度有多种检测方法。按照传统法和光学法分,传统法包括化学气敏法、电化学分析法、质谱法、气相色谱法;光学法包括傅里叶变换红外光谱技术FTIR、 激光诱导荧光技术DOAS、差分吸收光谱技术DIAL、光声光谱方法PAS、差分吸收激光雷达、声光可调谐滤波器法AOTF、可调谐半导体激光吸收光谱技术TDLAS、非分散红外技术NDIR。在过去的十年内,基于NDIR原理的小型化气体传感器已经成为商业市场中的较为成熟的产品。

NDIR是非分散红外技术的简称。NDIR是基于由光源发射出连续光谱,光谱全部通过固定厚度的含有被测气体混合组分的气体层,由于被测气体的浓度不同,吸收固定红外线的能量就不同,因而转换的热量就不同,而且红外辐射能量的吸收量和单位气体的浓度值有关。CO2在4.26μm吸收带附近的吸收较为明显。当待测气体被红外光通过时,气体分子吸收特定波长的红外光,其吸收关系服从Lambert.Beer吸收定律。如果红外辐射光谱范围包括被测气体的吸收波段,当红外辐射通过充满被测气体的气室时,在相应频率红外辐射的能量强度被气体吸收而导致能量的衰减,且气体浓度越大,能量衰减越厉害,通过分析衰减量即反演出待测气体浓度。

基于NDIR 红外吸收原理的气体检测模组,使用单光源和单通道探测器,腔体采用扩散进气方式。具有数字 UART、IIC、模拟电压以及 PWM 波形输出等多种输出方式,同时具有自动校准零点、灵敏度校准和清洁空气校准功能,并且提供手动校准的 MCDL 管脚, 方便在使用自由流动清洁空气对传感器模组进行相对零点校准。可广泛应用于新风系统、室内空气质量监测、医疗健康等领域,可安装于智能楼宇、通风系统、控制器、壁挂使用、机器人、汽车等应用场合。

红外二氧化碳传感器
NDIR技术的优点?

(1)能测量多种气体。除了无极性的双原子分子气体(有对称结构)和单原子的惰性气体外,还有很多的无机和有机多原子分子气体都可用此种方法测量。这对今后的产品标准化具有深远的影响。

(2)测量范围宽。红外气体传感器分析气体的范围很广,小到几个ppm,大到百分百。在一定条件下,还可以进行痕量分析。

(3)灵敏度高。红外气体传感器比气体原理的传感器拥有更高得灵敏度,即便气体浓度产生的变化非常微弱,红外气体传感器也能测量到。

(4)精度高。红外气体传感器的精度比别的分析方法更高。

(5)反应速度快。红外气体传感器的反应时间大部分低于10s,远低于其他传感器的反应时间。

(6)选择性好。依据光谱吸收原理可知红外气体传感器有很好的选择吸收性,因此特别适于分析混合气体中的某种待测气体,且当混合各种气体浓度发生变化时,不会对待测气体的测量产生影响,这一点相对于气体分析手段有很大的优越性。

(7)能进行连续分析。红外线气体传感器既可以持续不断地测量,还可以长期记录待测气体的浓度变化情况。

(8)不易中毒。

(9)操作简单、维修方便。

(10)寿命长。红外线气体传感器不易损坏,而且连续工作的持续时间较长。它比其他二氧化碳传感器拥有更长的寿命,如此也减少了经常更换设备的费用。

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