口腔气体检测仪校准装置的研制*

胡树国，吴海

口腔气体检测仪校准装置的研制*

胡树国，吴海

（中国计量科学研究院，北京 100013）

利用研制的三通道渗透管装置发生摩尔分数范围为0.1～1.0 μmol／mol的硫化氢、甲基硫醇、二甲基硫醚混合气体，用于校准检测口腔气体检测仪。校准装置可以在固定输出总流量不变的情况下，快速改变发生硫化物的摩尔分数。对校准装置的温控系统和流量系统进行了测试，通过总硫分析仪对校准装置发生的低含量硫化物的量值进行了比较和验证。该校准装置发生的低含量硫化物量的相对扩展不确定度不大于6.8% (k=2)。

口腔气体检测仪；校准装置；硫化氢；甲基硫醇；二甲基硫醚

人的口腔中细菌的种类很多，目前可从口腔中分离出近400种不同的细菌，这是因为口腔内常有食物残渣和水分，其温度、湿度较适合细菌生长繁殖。口臭(Halitosis)是指呼吸时出现的令人不愉快的气体，严重的口臭常常给患者带来苦恼，不仅导致社交和心理障碍，还预示着口腔疾病和本身疾病的发生，流行病学调查显示口臭的患病率较高［1］。Lin等［2］调查了2 000名年龄为15～64岁的中国人，口臭患病率为27.5%。而在西方国家，50%的北美人群患有口臭［3］，其中口腔疾病所致口臭占85.4%［4］。

口腔气味的来源主要是口腔细菌分解氨基酸的代谢产物，这些代谢产物包括多种化合物，如吲哚、粪臭素、二元胺类（尸胺、腐胺）以及挥发性硫化物（Volatile Sulf i de Compounds，VSCs）。研究表明，挥发性硫化物是口臭的主要原因，其中主要包括硫化氢(H2S)、甲硫醇(CH3SH)和二甲基硫醚(CH3SCH3)。不少研究证实，硫化氢在口腔内的气体成分中含量较高，而甲硫醇则是在牙周病患者的牙周袋内占主导地位。另有研究表明，口腔中挥发性硫化物含量高低与口腔甚至消化系统健康状况有关系，例如口腔中硫化氢含量高则意味着口腔卫生状况不好，而高含量的甲硫醇则暗示有牙周病，二甲基硫醚则与消化、呼吸系统以及体内代谢紊乱有一定关系。因此口腔气中挥发性硫化物测定对于诊断口腔卫生或疾病有重要意义。

目前医疗机构检测口腔气体的仪器主要是以电化学传感器为核心的在线硫化物检测仪，由于检测仪传感器本身的特性决定其响应值会随时间衰减，并且容易被高含量气体污染，因此需要进行定期校准和核验。笔者利用研制的三通道渗透管装置发生摩尔分数在0.1～1 μmol／mol范围内的硫化氢、甲基硫醇和二甲基硫醚混合气体，用于检测口腔气体检测仪的校准。

1 校准装置与仪器

1．1 校准装置

三通道渗透管装置的原理已在文献［5］中有详细介绍，不再详述。使用的硫化物渗透管的渗透率：硫化氢1.65 μg／min (25℃)，甲基硫醇2.32 μg／min (25℃)，二甲基硫醚2.97 μg／min (47℃)，渗透管的相对扩展不确定度为2%（k=2）。

1．2 仪器

气体活塞式流量计：ML-800-24型，美国BIOS公司；

总硫分析仪：TS3000型，美国Thermo公司。

2 校准装置的测试

2．1 质量流量控制器（MFC）的测试

装置中共用了7个MFC，分别对其使用范围内的流量进行了测试。MFC的量程及使用范围见表1，表2～表4列出了MFC1、MFC2和MFC3的测试结果。其它MFC的流量测试结果与以上3个MFC基本相似，相对偏差的绝对值均小于0.5%，对设置值与校准值进行线性拟合，线性相关系数r=1.000。

图5 渗透池1在60℃时温度控制稳定性

表1 装置中MFC的量程及使用范围 sccm

表2 装置中MFC1流量测试结果(n=6)

表3 装置中MFC2流量测试结果(n=6)

2．2 渗透池的温度测试

图1～图5给出了渗透池1在25～60℃连续监测24 h，渗透池的温度变化。从图1～图5中可以看出，在控温范围内渗透池的温度变化均在±0.1℃以内。

表4 装置中MFC3流量测试结果(n=6)

图1 渗透池1在25℃时温度控制稳定性

图2 渗透池1在30℃时温度控制稳定性

图3 渗透池1在40℃时温度控制稳定性

图4 渗透池1在50℃时温度控制稳定性

3 校准装置的测定

在渗透池1，2，3中分别放入甲基硫醇、硫化氢和二甲基硫醚渗透管，3种渗透管的渗透率分别为2.32 μg／min (25℃)，1.65 μg／min (25℃)和2.97 μg／min (47℃)。利用总硫分析对3个渗透池发生的摩尔分数为0.1～1.0 μmol／mol的硫化物进行检测，结果见表4～表7，以浓度和峰面积进行线性拟合，线性相关系数r=0.999 9。

表4 渗透池1发生硫化氢在总硫分析仪上的峰面积响应值

表5 渗透池2发生甲基硫醇在总硫分析仪上峰面积响应值

表6 渗透池3发生二甲基硫醚在总硫分析仪上峰面积响应值

表7 三通道渗透池发生的硫化物在总硫分析仪上的峰面积响应值

4 方法验证

为验证渗透管方法的可靠性，利用质量流量控制器原理研制的稀释装置［6］发生相应摩尔分数的硫化氢，通过总硫分析仪对两种方法进行了比较。表8列出了两种方法发生0.1～1.0 μmol／mol硫化物气体在总硫分析以上响应值（峰面积）的相对偏差。

表8 两种方法在总硫分析仪上响应值的相对偏差

通过En值方法判断两种方法在各自不确定度范围内是否等效，En值公式计算如下：

式中：RD——两种方法在总硫分析仪上响应值的相对偏差；展不确定度；

U2——稀释装置发生硫化物量值的相对扩展不确定度；

表9 两种方法扩展不确定度计算结果

表10 |En|值计算结果

由表10可知，|En|值均小于1，说明两种方法发生的低摩尔分数硫化物的量值在各自的不确定度范围内等效。

4 结论

(1)研制的具有较高自动化程度的口腔气体检测仪校准装置，在固定出口流量为1 000 sccm情况下，可快速发生0.1～1 μmol／mol的硫化氢、甲基硫醇和二甲基硫醚气体以及3种硫化物的混合气体，用于口腔气体检测仪的校准。装置发生的0.1～1 μmol／mol 3种硫化物混合气体量值的相对扩展不确定度为3.2%～6.8%［5］(k=2)，单一硫化物量值不确定度为2.6%～6.6% (k=2)。

(2)通过总硫分析仪对校准装置与稀释装置发生的硫化物量值进行比较，利用En法进行了检验，证明了两种方法在各自的不确定度范围内等效。研制的甲基硫醇和二甲基硫醚的渗透管标准物质填补了国内的空白，研制的具有较高自动化程度的口腔气体检测仪校准装置（多通道渗透管装置）达到了国内领先水平。

［1］ 温志欣，吴世卿.口臭的相关病因与治疗研究［J］.临床口腔医，2010，26(4): 241-243.

［2］ Lin X N，Shinada K，Chen X C，et al. Oral malodor-related parameters in the Chinese general population［J］. Clin Periodontol，2006，33(1): 31-36.

［3］ Delanghe G，Ghyselen J，Bollen C，et al. An inventory of patients’response to treatment at a multidisciplinary breath odor clinic［J］. Quintessence Int，1999，30(5): 307-310.

［4］ Bosy A，Kulkarni G V，Rosenbers M，et al. Relationship of oral to periodontitis: independence in discrete subpopulations［J］. Periodontol，1994，65(1): 37-46.

［5］ 胡树国，吴海，齐燕岭.新型三通道渗透管装置的研制［J］.化学分析计量，2013，22(6): 1-3.

Development of Calibration Device for Oral Cavity Gas Detector

Hu Shuguo， Wu Hai
(National Institute of Metrology， Beijing 100013， China)

Low mole fraction (0.1-1.0 μmol／mol) gas mixture of hydrogen sulf i de，methyl mercaptan and dimethyl sulf i de to calibrate the oral cavity gas detector was generated by three-channel permeation tube device. Under the condition of assurance of unchangeable total output fl ow，calibration device could generate the different mole fraction of sulf i de. The temperature control system and fl ow system of calibration device were tested. The mole fraction value of sulf i de was verif i ed by total sulfur analyzer and the expand uncertainty of calibration device was not more than 6.8% (k=2).

oral cavity gas detector; calibration device; hydrogen sulf i de; methyl mercaptan; dimethyl sulf i de

O652.7

A

1008-6145(2014)01-0095-03

*质检总局基本科研业务费口腔气体检测仪校准装置研究项目(AKY1101)

联系人：胡树国；E-mail: hushg@nim.ac.cn

2013-11-06

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.01.028