本发明属于分析化学仪器领域，具体涉及一种提高呼出气氨检测选择性和灵敏度的试剂离子切换装置及方法，可以实现对低浓度肺泡呼出气氨浓度进行实时监测，此外还可以实现对大气环境中低浓度氨的实时监测预警等。
背景技术：
1、氨是人体代谢重要的组成部分，参与人体多个生理过程，与肾衰竭、肝硬化或肝炎、肝性脑病、幽门螺杆菌感染、口臭等疾病密切相关，也是运动生理学和药物代谢研究的潜在生物标志物。同时，氨具有神经毒性，快速床旁监测对危急重症的识别和预警至关重要。肺泡氨分压和动脉氨分压几乎相等，因此呼气末端氨浓度水平变化可提示相应病理生理改变。
2、近年来，关于呼气氨的在线检测的研究很多，2011年z.h.endre等人采用sift-ms对肾透析患者进行呼气氨的连续监测，表明呼气氨能够很好地评估透析疗效；2016年bayrakli等人基于光谱检测健康人和幽门螺杆菌患者呼出气氨，展示出呼气氨检测应用于无创性诊断幽门螺杆菌方面的潜在优势；2020年陈铭仁等人采用半导体传感器检测121名慢性肾病患者呼吸氨，结果表示呼气氨与血尿素氮水平、血清肌酐水平和肾小球滤过率之间存在良好的相关性；2021年jinya ishida等人利用化学传感器检测慢性肝病患者呼出气氨，证实了呼气氨和肝功能不全的关系，验证了呼气氨应用于慢性肝病诊断的可行性。
3、目前呼出气氨的检测方法有气相色谱、光度法、传感器及其他方法等，其中色谱法及色谱-质谱联用技术在呼出气氨检测中的应用最广泛，但存在费用较高、体积大、需要专门的技术人员操作等缺点，光度法操作步骤简单，但是稳定性及重现性较差，传感器法虽然具有微型化，响应时间短等优点，但是定量不准确等。人体呼气氨浓度低、湿度大、成分繁多和氨的吸附特性，对于呼出气氨的准确定性识别和实时监测都提出了挑战。韩益苹等人(cn110780063 a)公开的一种呼气氨检测传感器装置，涉及氨的吸附和脱吸附，缺乏准确性。到目前为止对于呼出气氨检测的灵敏度、选择性以及准确性还需要进一步提高。
4、正常人体口腔呼出气中的氨的浓度在200-2000ppbv，鼻腔呼出气氨的浓度在50-150ppbv，针对上述呼出气氨检测的问题，本发明的试剂离子切换装置，通过切换不同的气流模式来改变离子分子反应的试剂离子，采用光电离离子迁移谱技术，进一步提高了呼出气氨检测的选择性和灵敏度，非常适合测量呼出气高湿样品中的氨，通过湿度的自动定量校正，不需要去除水蒸气，可以实现对呼出气氨的高灵敏和高选择性定量检测。具有无创、简单、快速、高效、成本低等特点，为肝肾等器官功能监护等提供了有效的检测方法。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题为：呼出气氨的高选择和高灵敏定量监测，通过气流模式切换改变试剂离子的选择性和灵敏度，来真实的反映血氨的浓度水平，并应用于人体肝肾功能诊断评价等。
2、一种提高呼出气氨检测选择性和灵敏度的试剂离子切换装置，包括离子迁移谱仪、试剂分子顶空吹扫装置、两位三通电磁阀、水试剂分子顶空吹扫发生装置、抽气采样泵，
3、离子迁移谱仪包括分别于左、右二端相对设置的光电离源和法拉第盘接收装置，以及位于光电离源和法拉第盘之间的离子门，光电离源与离子门之间的区域为反应区，离子门与法拉第盘接收装置之间的区域为迁移区；
4、于离子迁移谱反应区下壁面上靠近光电离源一侧设有一离子迁移谱出气口，离子迁移管出气口通过管路依次连接第四质量流量计、抽气采样泵后放空(与大气相通)；于离子迁移谱反应区下壁面上靠近离子门一侧设有一呼出气样品进气口，用于连接呼出气样品采样管；于离子迁移谱出气口与呼出气样品进气口设置一水试剂分子进气口。
5、于离子迁移谱仪反应区上壁面上靠近光电离源一侧设有一试剂分子进气口，第一试剂分子管路的一端与离子迁移谱反应区上壁面的试剂分子进气口相连，另一端与两位三通电磁阀的第二接口相连；
6、于离子迁移谱右侧端法拉第盘接收装置的上方设有一漂气入口，一空气进气管的一端与漂气入口相连，另一端通过第二质量流量计与干净压缩空气气源相连；
7、试剂分子顶空吹扫装置包括一上端开口的试剂瓶和一密闭容器，于试剂瓶内装填有试剂分子，试剂瓶置于密闭容器内；于试剂瓶相对二侧的密闭容器内分别设置有空气进气管和试剂分子出气管；空气进气管一端位于密闭容器内，另一端通过第一质量流量计与干净压缩空气气源相连；试剂分子出气管一端位于密闭容器内，另一端与两位三通电磁阀的第一接口相连；试剂分子顶空吹扫装置置于电加热丝加热装置中；
8、两位三通电磁阀的第三接口通过第二试剂分子管路与离子迁移谱迁移区的漂气入口相连接；
9、水试剂分子顶空吹扫发生装置为一盛水容器，盛水容器置于一电加热丝加热装置内，一进气管路的一端伸入盛水容器内的水的液面下方，另一端经第三质量流量计与干净压缩空气气源相连，一水试剂分子管路的一端伸入盛水容器内的水的液面上方，另一端与离子迁移谱反应区的水试剂分子进气口相连。
10、离子迁移谱为光电离离子迁移谱；所述光电离源为真空紫外灯，电加热丝加热装置和电加热丝加热装置的温度范围为30-60℃。
11、试剂分子包括有机试剂分子和无机试剂分子，其中有机试剂分子为丙酮或丁酮中的一种，无机试剂分子为水分子，试剂分子通过加热装置使得顶空吹扫瓶中的有机试剂分子溶剂和无机试剂分子溶剂快速的挥发成气态形式的试剂分子。
12、一种采用上述装置提高呼出气氨检测选择性和灵敏度的方法，通过改变试剂分子引入的气流模式，吹扫不同的试剂分子进入到离子迁移谱的离子分子反应区，获得不同的试剂分子，提高呼出气中氨的检测的选择性和灵敏度，分为高选择检测模式和高灵敏检测模式。
13、高选择检测模式下，试剂分子引入的气流模式为：通过漂气入口在离子迁移谱的迁移区引入有机试剂分子，可以实现对呼出气氨的高选择性检测；高灵敏检测模式下，试剂分子引入的气流模式为：通过在离子分子反应区同时引入有机试剂分子和无机试剂分子，可以实现试剂离子的快速切换，并达到提高呼出气氨检测灵敏度的目的。
14、常规模式下检测呼出气氨，干净压缩空气分两路，第一路先后经过第二质量流量计、试剂分子顶空发生装置、两位三通电磁阀的第二接口，后经第一试剂分子管路进入到离子迁移谱反应区；另外一路干净压缩空气通过管路经质量流量计、漂气入口进入到离子迁移管的迁移区；同时，启动抽气采样泵，在第四质量流量计的控制下，呼出气样品经管路通过呼出气样品进气口抽气采样到迁移谱反应区中；其中，第一质量流量计的流速为50-200ml/min，第二质量流量计的流速为200-500ml/min，第四质量流量计的流速为300-900ml/min，呼出气采样的流速为50-200ml/min；采用常规光电离试剂离子的离子迁移谱对呼出气进行实时采样，检测得到呼出气氨的离子迁移谱图，试剂离子为ac2h+，呼出气氨的产物离子峰为nh4+·ac；
15、高选择模式下检测口腔呼出气氨，干净压缩空气气源内的压缩空气分为两路，第一路先后经第一质量流量计、试剂分子顶空发生装置、两位三通电磁阀第三接口和第二试剂分子管路，最后经漂气入口进入离子迁移谱迁移区，另外一路干净压缩空气通过管路经第二质量流量计，漂气入口进入到离子迁移谱迁移区；同时，启动抽气采样泵，在第四质量流量计的控制下，呼出气样品经管路通过呼出气样品进气口抽气采样到迁移谱反应区中；其中，第一质量流量计的流速为50-200ml/min，第二质量流量计的流速为200-500ml/min，第四质量流量计的流速为300-900ml/min，呼出气采样的流速为50-200ml/min；采用高选择模式光电离试剂离子的ims对呼出气进行实时采样，检测得到呼出气氨的离子迁移谱图，试剂离子为ac2h+，呼出气氨的产物离子峰为nh4+·(ac)4，可以实现对不同浓度200-2000ppb口腔呼出气氨准确的定量检测；
16、切换三通电磁阀后，即为高灵敏检测呼出气氨的气路模式，干净压缩空气气源内的压缩空气主要分为3路，第一路先后经第一质量流量计、试剂分子顶空发生装置、两位三通电磁阀第二接口，后经第一试剂分子管路进入到离子迁移谱反应区；第二路经第二质量流量计后通过漂气入口以漂气形式引入到离子迁移谱的迁移区；第三路先后经第三质量流量计、水试剂分子顶空吹扫发生装置，通过水试剂分子进气口进入到迁移管反应区；同时，启动抽气采样泵，在第四质量流量计的控制下，呼出气样品经管路通过呼出气样品进气口抽气采样到迁移管反应区中；其中第一质量流量计的流速为50-200ml/min，第二质量流量计的流速为200-500ml/min，第三质量流量计的流速为50-200ml/min，第四质量流量计的流速为350-1100ml/min，呼出气采样的流速为50-200ml/min；采用高选择模式光电离试剂离子的ims对呼出气进行实时采样，检测得到呼出气氨的离子迁移谱图，试剂离子为h3o+·(h2o)n，呼出气氨的产物离子峰为nh4+，可以实现对不同低浓度0-150ppb鼻腔呼出气氨的准确定量检测。
17、干净压缩空气为依次经过13x分子筛、活性炭过滤过的空气。
18、该试剂离子切换装置不仅可以用于呼出气氨检测，用于肝肾等器官功能的评价，如肾透析前后呼出气氨的浓度变化，评价肾透析的效果等；此外，还可以用于室内及环境空气氨的高选择和高灵敏检测，提高离子迁移谱在复杂基质实际环境下检测的选择性和灵敏度。
1.一种提高呼出气氨检测选择性和灵敏度的试剂离子切换装置，其特征在于，包括离子迁移谱、试剂分子顶空吹扫装置(3)、两位三通电磁阀(5)、水试剂分子顶空吹扫发生装置(12)、抽气采样泵(17)，
2.根据权利要求1所述的试剂离子切换装置，其特征在于：所述离子迁移谱为光电离离子迁移谱；所述光电离源(18)为真空紫外灯，电加热丝加热装置(4)和电加热丝加热装置(13)的温度范围为30-60℃。
3.根据权利要求1所述的试剂离子切换装置，其特征在于：试剂分子包括有机试剂分子和无机试剂分子，其中有机试剂分子为丙酮或丁酮中的一种，无机试剂分子为水分子，试剂分子通过加热装置使得顶空吹扫瓶中的有机试剂分子溶剂和无机试剂分子溶剂快速的挥发成气态形式的试剂分子。
4.一种采用权利要求1-3任一所述装置提高呼出气氨检测选择性和灵敏度的方法，其特征在于：通过改变试剂分子引入的气流模式，吹扫不同的试剂分子进入到离子迁移谱的离子分子反应区，获得不同的试剂分子，提高呼出气中氨的检测的选择性和灵敏度，分为高选择检测模式和高灵敏检测模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：高选择检测模式下，试剂分子引入的气流模式为：通过漂气入口在离子迁移谱的迁移区引入有机试剂分子，可以实现对呼出气氨的高选择性检测；高灵敏检测模式下，试剂分子引入的气流模式为：通过在离子分子反应区同时引入有机试剂分子和无机试剂分子，可以实现试剂离子的快速切换，并达到提高呼出气氨检测灵敏度的目的。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：高选择模式下检测呼出气氨，干净压缩空气气源(1)内的压缩空气分为两路，第一路先后经第一质量流量计(2)、试剂分子顶空发生装置(3)、两位三通电磁阀(5)第三接口和第二试剂分子管路(7)，最后经漂气入口(10)进入离子迁移谱迁移区，另外一路干净压缩空气通过管路经第二质量流量计(8)，漂气入口(10)进入到离子迁移谱迁移区；同时，启动抽气采样泵(17)，在第四质量流量计(16)的控制下，呼出气样品经管路通过呼出气样品进气口(15)抽气采样到迁移谱反应区中；其中，第一质量流量计(2)的流速为50-200ml/min，第二质量流量计(8)的流速为200-500ml/min，第四质量流量计(16)的流速为300-900ml/min，呼出气采样的流速为50-200ml/min；采用高选择模式光电离试剂离子的ims对呼出气进行实时采样，检测得到呼出气氨的离子迁移谱图，试剂离子为ac2h+，呼出气氨的产物离子峰为nh4+·(ac)4，可以实现对不同浓度200-2000ppb口腔呼出气氨准确的定量检测；
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：高灵敏检测呼出气氨的气路模式，干净压缩空气气源(1)内的压缩空气主要分为3路，第一路先后经第一质量流量计(2)、试剂分子顶空发生装置(3)、两位三通电磁阀(5)第二接口，后经第一试剂分子管路(6)进入到离子迁移谱反应区；第二路经第二质量流量计(8)后通过漂气入口(10)以漂气形式引入到离子迁移谱的迁移区；第三路先后经第三质量流量计(11)、水试剂分子顶空吹扫发生装置(12)，通过水试剂分子进气口(14)进入到迁移管反应区；同时，启动抽气采样泵(17)，在第四质量流量计(16)的控制下，呼出气样品经管路通过呼出气样品进气口(15)抽气采样到迁移管反应区中；其中，第一质量流量计(2)的流速为50-200ml/min，第二质量流量计(8)的流速为200-500ml/min，第三质量流量计(11)的流速为50-200ml/min，第四质量流量计(16)的流速为350-1100ml/min，呼出气采样的流速为50-200ml/min；采用高选择模式光电离试剂离子的ims对呼出气进行实时采样，检测得到呼出气氨的离子迁移谱图，试剂离子为h3o+·(h2o)n，呼出气氨的产物离子峰为nh4+，可以实现对不同低浓度0-150ppb鼻腔呼出气氨的准确定量检测。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：干净压缩空气为依次经过13x分子筛、活性炭过滤过的空气。
9.根据权利要求4-7任一所述的方法，其特征在于：所述方法不仅可以用于呼出气氨检测，用于肝肾等器官功能的评价，如肾透析前后呼出气氨的浓度变化，评价肾透析的效果等；还可以用于室内及环境空气氨的高选择和高灵敏检测，提高离子迁移谱在复杂基质实际环境下检测的选择性和灵敏度。
