工(gōng)業(yè)控制(zhì)技(jì)術(shù)在痕量氣體(tǐ)分(fēn)析中的(de)應用(yòng)

       工(gōng)業(yè)控制(zhì)技(jì)術(×shù)在痕量氣體(tǐ)分(fēn)析中的(de)應用(yòng)

        奧地(dì)利 Ionicon 公司生(shēng)産的(d£e)質譜儀在很(hěn)多(duō)應用(yòng)中都(dōu)被用(yòng)作(zuò)痕量氣體(tǐ)分(fēn)析儀，尤其是(shì)在醫(yī)學研究領域。新加$坡也(yě)有(yǒu)一(yī)套這(zhè)樣的(de)系統，通(tōng)過使用(yòng)倍福可φ(kě)靠且長(cháng)期可(kě)供的(de)控制(zhì)技(jì)術(shù)取得(de)了(le)突破性進展，并成為(wèαi)臨時(shí)批準的(de)新冠病毒檢測設備。

       PTR-TOF 系統是(shì)一(yī)款具有(yǒu)極高(gāo→)靈敏度的(de)檢測儀，用(yòng)于非侵入性呼氣診斷。據 Ionicon 介紹，檢測儀每秒(miǎo)鐘(zhōn±g)可(kě)記錄一(yī)個(gè)完整的(de)光(guāng)譜，能(néng)夠處理(lǐ)大(dà)量信息，同時(sh₹í)具有(yǒu)高(gāo)靈敏度和(hé)質量分(fēn)辨力，成為(wèi)實時(shí)呼氣診斷的(de)事(shì)實标準ε。

       近(jìn)年(nián)來(lái)，基于人(rén)體(tǐ)呼出氣體(tǐ)中的(de)揮發性有(yǒu)機(jī)化(huà)合物("wù)（VOC）的(de)檢測已成為(wèi)一(yī)個(gè)快(kuài)速增長(cháng)的(de)領域。肺$泡與血液進行(xíng)氣體(tǐ)交換後，肺泡中的(de)二氧化(huà)碳通(tōng)過呼氣排到(dào)體(tǐ)外(wài)，氧氣由肺泡進入血液。這(zhè)種交♣換也(yě)适用(yòng)于揮發性代謝(xiè)物(wù)（內(nèi)源性化(huà)合物(wù)）或已被消耗​或先前吸入的(de) VOC（外(wài)源性化(huà)合物(wù)）。對(duì)人(rén)體(tǐ)呼出氣體(tǐ) VOC 進行(xíng)采樣是(sh'ì)非侵入式的(de)，既簡單又(yòu)快(kuài)速。

        在實時(shí)呼吸診斷方法中，不(bù)需要(yào)準備樣品就(jiù)α可(kě)以直接對(duì)呼出的(de)氣體(tǐ)進行(xíng)診斷分(fēn)析。記錄完整的(de)呼吸周期可(kě)以提供呼氣末（肺泡）部分(fēn)的β(de)濃度，也(yě)可(kě)以提供吸入（室內(nèi)空(kōng)氣）的(de)濃度，這(zhè)兩者都(dōu)可(kě)以通( tōng)過軟件(jiàn)輕松提取。這(zhè)樣可(kě)以即時(shí)出具結果，避免因樣品收集和(hé)儲存而經常出現(xiàn)的(de)難題。另外(wài)，實時(sh'í)診斷可(kě)能(néng)是(shì)測量降解速度超快(kuài)的(de)不(bù)穩定化(huà)合物(wù)的(de)唯一(yī)方法。¥

        采用(yòng)非侵入式方式快(kuài)速檢測新冠病毒

        新加坡初創公司 Breathonix 研發出的(de)一(yī)款新冠病毒呼氣檢測設備已£經進入臨床試驗階段，據 Ionicon 介紹，臨床試驗結果令人(rén)鼓舞(wǔ)。這(zhè)款便捷的(de)呼氣檢測設備可(kě)在一(yī)分(fēn)鐘(zhōng)內(nèi)檢測出是♦(shì)否感染新冠病毒，目前已獲得(de)新加坡衛生(shēng)科(kē)學局（HSA）的(de)初步批準和(hé)馬來(lái)西(xī)亞衛生(shēng)部的(de)批準÷。最終目标是(shì)在機(jī)場(chǎng)、港口等交通(tōng)樞紐以及體(tǐ)育場(chǎng)館和(hé)奧運會(huì)等重大(dà)賽事★(shì)活動中推廣應用(yòng)這(zhè)種呼氣檢測法。

        新檢測程序的(de)高(gāo)精度分(fēn)析設備由 Ionicon 開(kāi)發↑，Ionicon 公司 CEO Lukas Märk 描述道(dào)：“新的(de)新冠病毒呼氣檢測法基于我們的(de) PTR-TOF 痕量氣體(tǐ)分™(fēn)析儀以及我們開(kāi)發的(de)專用(yòng)呼氣采樣系統實現(xiàn)。我們的(de)設備可(kě)以實時(shí)&采集測量數(shù)據，然後由研究人(rén)員(yuán)使用(yòng)專用(yòng)軟件(jiàn)進行(xíng)分(fēn)析。”研究人(rén)員(yuán)↑通(tōng)過這(zhè)些(xiē)數(shù)據能(néng)夠檢測出新冠病毒生(shēng)物(wù)标志(zhì)物(wù)。

          VOC 在人(rén)體(tǐ)呼出氣體(tǐλ)中的(de)濃度非常低(dī)。“呼氣檢測法的(de)采樣非常簡單，難的(de)是(shì)識别和(hé‍)分(fēn)類 VOC。我們的(de)分(fēn)析儀可(kě)以從(cóng)一(yī)次呼氣中同時(shí)測量數(shù)百種 VOC。”L≤ukas Märk 解釋道(dào)。呼氣檢測設備可(kě)以快(kuài)速、精确地(dì)分(fēn)析測量結果，在一(yī)分(fēn)鐘♦(zhōng)內(nèi)檢測出是(shì)否感染新冠病毒。在新加坡本地(dì)開(kāi)展的(de)一(yī)項探索性臨床試驗中，其準确性達到(d"ào)了(le) 90％ 以上(shàng)。

Breathonix 目前正與新加坡衛生(shēng)部（MOH）合作(zuò)，在新加坡一(yī)處陸上(shàng)關口進行(xíng)部署試驗，讓入境的 (de)旅客進行(xíng)呼吸檢測。這(zhè)套呼吸檢測系統已經在 3 個(gè)不(bù)同地(dì)點進行(xíng)ε臨床試驗，包括新加坡國(guó)家(jiā)傳染病中心及樟宜機(jī)場(chǎng)，另外(wài)，他(t→ā)們還(hái)與迪拜衛生(shēng)局以及穆罕默德·本·拉希德醫(yī)學與健康科(kē)學大(dà)學合作(zuò)，在迪拜進行(xíng)了(¥le)臨床試驗。

       基于 PC 和(hé) EtherCAT 的(de)通(tō↕ng)用(yòng)控制(zhì)技(jì)術(shù)

       Ionicon 公司的(de)分(fēn)析系統是(shì)質子(zǐ)轉移反應飛(fēi)行(xíng)時(shí)≠間(jiān)質譜儀。在這(zhè)些(xiē)系統中，氣體(tǐ)樣品通(tōng)過進樣系統送入反應室，并對(duì)樣品氣體(tǐ)中的(de)分(fēn)↕子(zǐ)進行(xíng)電(diàn)離(lí)。由此産生(shēng)的(de)離(lí)子(zǐ)通(tōng)過電(diàn)場(chǎng)加速，然後穿過一(yī)個(gè)飛(≈fēi)行(xíng)路(lù)徑，在路(lù)徑末端通(tōng)過探測器(qì)對(duì)離(lí)子(zǐ)進行(xíng)£定位。它們可(kě)以探測出離(lí)子(zǐ)的(de)飛(fēi)行(xíng)時(shí)間(jiān)，從(cóng)而測定樣品•的(de)成分(fēn)。

       Ionicon 公司高(gāo)級電(diàn)子(zǐ)工(gōng)程師(∞shī) Stefan Haidacher 在描述基于 PC 和(hé) EtherCAT 的(de)控制(zhì)技(jì)術(shù)的(de)細節時(shí¶)說(shuō)道(dào)：“我們的(de)質譜儀包含用(yòng)于在其中電(diàn)離(lí)和(hé)檢測分(fēn)子(zǐ)的(de)真空(kōng÷)系統、用(yòng)于産生(shēng)真空(kōng)的(de)泵、用(yòng)于産生(shēng)電(diàn)場(chǎng)的(dσe)精密電(diàn)源，以及用(yòng)于進樣和(hé)校(xiào)準系統的(de)流量壓力控制(zhì)器(qì)，以及用(yòng)于檢測離(lí)子(zǐ)的(de)超高(gāo)速電≥(diàn)子(zǐ)元件(jiàn)。這(zhè)些(xiē)系統組件(jiàn)由一(yī)台搭載 Intel Atom^® 處理(lǐ)器(qì)并安裝有(yǒu) TwinCAT 控制(zhì)軟件(jiàn)的(de) CX50£20 嵌入式控制(zhì)器(qì)進行(xíng)控制(zhì)和(hé)監測。為(wèi)了(le&)方便用(yòng)戶使用(yòng)并高(gāo)效地(dì)顯示和(hé)配置基本系統參數(shù)，我們采用(yòng)了(le) CP2907 适合控制(zhì)櫃安裝 的(de)多(duō)點觸控控制(zhì)面闆，面闆配備 7 英寸顯示屏和(hé) DVI/USB Extended 接口。”其中，I/O 産品使用(yòng)的(de)是(shì) 2 通(tōng)道(dào) EtherCAT 串口端子(zǐ)模塊 EL6022，負責實現(xiàn)與各個(gè)系統組件(↑jiàn)的(de)通(tōng)信，如(rú)用(yòng)于産生(shēng)高(gāo)真空(kōng)的(de)渦輪泵。此外(wài)還(h©ái)使用(yòng)了(le) 2 端口 EtherCAT 拓撲擴展模塊 EK1122 将數(shù)據快(kuài)速傳輸至流量壓力控制(zhπì)器(qì)等其它 EtherCAT 設備。Stefan Haidacher 強調了(le)超高(gāo)速數(shù)據通(tōng)信的(de)重要(yào)性：“在我們的(de)σ新開(kāi)發項目中，我們越來(lái)越依賴 EtherCAT 系統總線，尤其是(shì)對(duì)于時(shí)間(jiān)要(yào)求苛刻的(de)控制≠(zhì)任務。”倍福 EtherCAT 端子(zǐ)模塊、IP67 EtherCAT 端子(zǐ)盒以及其它端子(zǐ)排、熔斷器(qì)和(hé)繼電(diàn)器(qì)布置在 β19 英寸外(wài)殼內(nèi)，用(yòng)作(zuò)控制(zhì)單元，用(yòng)于為(wèi)系統組件(jiàn)供電(d♠iàn)并進行(xíng)控制(zhì)，包括控制(zhì)電(diàn)離(lí)室溫度、采集真空(kōng)壓力電(diàn)池的(de)測量值，以及控制(zhì)閥門(mén)。

      Ionicon 公司的(de)質譜儀有(yǒu)不(bù)同版本和(hé)各種≠設備選項可(kě)選，可(kě)以根據具體(tǐ)的(de)應用(yòng)領域提供最合适的(de)産品。針對(duì)新冠病毒檢測應用(yòn"g)，PTR-TOF 1000 配備了(le) C6920 控制(zhì)櫃式工(gōng)業(yè) PC。Stefan Haidacher 介紹了(le)該系統的(de)主要(yào)$優點：“我們的(de)系統在運行(xíng)期間(jiān)會(huì)不(bù)斷産生(shēng)大(dà)量數(βshù)據，這(zhè)些(xiē)數(shù)據通(tōng)常通(tōng)過外(wài)置 PC 或筆(bǐ)★記本電(diàn)腦(nǎo)進行(xíng)記錄和(hé)分(fēn)析。新冠病毒檢測應用(yòng)對(duì)數(shù)據采集系統的(d₽e)穩定性和(hé)安全性以及組件(jiàn)的(de)長(cháng)期可(kě)用(yòng)性的(de)要(yào)求越來(lΩái)越高(gāo)。C6920 具備應用(yòng)所需的(de)性能(néng)，并且能(néng)夠集成到(dào)我們的(de)系統中，讓我∑們能(néng)夠更好(hǎo)地(dì)控制(zhì)整個(gè)裝置。到(dào)目前為(wèi)止，倍福的(dΩe)工(gōng)業(yè) PC 在可(kě)靠性和(hé)長(cháng)期可(kě)用(yòng)性方面表現(xiàn)↓非常優異。此外(wài)，倍福茵斯布魯克銷售辦事(shì)處也(yě)為(wèi)我們提供了(le)很(hěn)好(hǎo)的(de)支持，在銷售辦事(shì)處負責人(rén) Ge×orge Hampel 的(de)帶領下(xià)，自(zì) 2007 年(nián)起，每天都(dōu)有(yǒ£u)人(rén)會(huì)向 Ionicon 咨詢自(zì)動化(huà)新技(jì)術(shù)都(dōu)有(yǒu)哪些(xiē)優勢。”