CN100510699C - 流体光电动态检测装置及其在染毒试验中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流体光电动态检测装置及其在染毒试验中的应用。本装置包括两端带透光窗的流体测量室和光学测量系统两部分，光学测量系统包括光源、斩光器、透镜、滤光片、光学传感器和信号放大器；其特征是在流体测量室两端各设有缓冲室，缓冲室上各有一干净流体入口，在流体测量室的两端各有一干净流体和被测流体出口，在该两个出口之间有被测流体入口。本装置由于在流体测量室两端设有缓冲室供干净流体不断流过，将被测流体与两端的透光窗隔离开，有效地避免了透光窗受被测流体沾污和凝聚雾滴，能提高连续测量的准确性。本装置可与一般染毒装置一起构成可实时测量流体中药物浓度并实现流体量闭环自动控制的染毒装置。

Description

流体光电动态检测装置及其在染毒试验中的应用

技术领域

本发明涉及一种流体光电动态检测装置及其在染毒试验中的应用。

背景技术

目前，依据朗伯——比尔定律在线测定空气(气体)中或液体中的某些物质含量时，大都把被测样品抽吸进一个光学测量室内，其结构大致由二部分组成：一是由两端带光学玻璃透光窗的流体测量室，二是由光源、斩光器、透镜、滤光片、光学传感器、信号放大器构成的光电测量系统。但是，当被测样品进入测量室后，被测样品易在光学测量室的光路进入口和出口的二块透光窗玻璃内侧积聚，影响光线的通过，造成测量不准确的问题。例如：水质在线测定仪、汞蒸气测定仪、汽车尾气测定仪以及某些带有液体原料或中间品的生产线上在线流体测定仪均存在此问题。由于此类原因，其结果是造成要不难于实现长期在线测量的稳定性、准确性；要不则需经常清洗光路中的透光窗玻璃内侧。这对实现自动测量、自动控制带来困难。

为了研究生产用的化学物质、药品、农药、赋型剂、食品添加剂、可提高生活质量的化学品等对人体或环境是否有害，必须进行毒理学安全性试验评价。大部分化学物品须进行急性或慢性动物吸入毒性试验研究。但是，目前国内外尚没有成熟的可用于气体、液体和粉状物的动式吸入染毒实验装置产品销售，多数进行动物染毒实验的设备是非标产品或自己组装而成的简单设备。目前在染毒试验中通常使用的吸入性染毒装置主要由染毒室、雾化喷嘴、导气管、调气阀、空气压缩机、药液容器、导液管和药液调节阀等构成。这种装置没有闭环的自动控制部分，无法高精度地实时控制染毒浓度和维持含氧量、空气压力、温度、湿度等参数的动态平衡，给毒理学试验工作带来不少的麻烦。

现用的水质在线测定仪、汞蒸气测定仪、汽车尾气测定仪也存在上述问题。

发明内容

本发明的目的是研制一种流体动态检测装置及其在染毒试验中的应用。该装置可实时测量流体的浓度并实现流体量闭环自动控制。其操作简便，测量实时准确，安全可靠，并可应用于广泛的流体实时测量及控制。

本发明的流体动态检测装置包括两端带透光窗的流体测量室和光学测量系统两部分，光学测量系统包括光源、斩光器、透镜、滤光片、光学传感器和信号放大器。其特征是在流体测量室的两端各设有供干净流体流过的缓冲室，缓冲室与流体测量室相连通，缓冲室上各有一干净流体入口，在流体测量室的两端各有一干净流体和被测流体出口，在该两个干净流体和被测流体出口之间有被测流体入口。

如上述本发明装置在工作过程中，缓冲室始终有干净的流体流过，保证被测流体不会进入缓冲室，防止被测流体积聚在缓冲室旁边的光学玻璃透光窗内侧。

如上述本发明装置，在所述的缓冲室与流体测量室的交接处的管道横截面直径小于缓冲室和流体测量室的横截面直径，形成一干净流体的流出通道。这样可使干净流体以较高的速度从该通道流出，更进一步防止被测流体进入缓冲室。

当被测流体是气体或者气雾状时，为了防止测量室内壁有雾滴凝聚而影响测量，可在流体测量室的外面设置加热器，防止水珠(雾滴)凝聚，以进一步提高测量的精度。加热器的加热温度可根据被测流体的性质进行调节。

上述本发明装置所述的被测流体入口最好是位于流体测量室上两个干净流体和被测流体出口的正中间。

如上述本发明装置，还可在信号放大器上连接有信号指示仪表，以方便对检测结果的观察监视。

本发明装置由于在流体测量室的两端设有缓冲室供干净的流体不断流过，这样能够在不影响光线顺利通过的情况下，将被测流体与两端的透光窗隔离开，防止被测流体与透光窗接触，有效地避免了透光窗受被测流体沾污，从而能保证测量的准确性和可以连续不断地进行测量，便于进行实时测量流体的浓度并实现流体量闭环自动控制，并可应用于广泛的流体实时测量及控制。本发明装置还具有操作简便，测量实时准确，安全可靠等优点。

本发明装置主要利用被测样品对某种特定光波有特异吸收的物理特性进行测量；也可以根据含有多种物质的样品的吸收光谱特性，选择一个可以覆盖这些吸收光谱的宽带光源光谱进行测量；对于动物染毒系统而言，也可以在染毒物中加入一些不影响试验的标记溶剂，然后利用所加入的标记溶剂的光谱吸收特性选择对应的光谱进行测量，这可称之为标记溶剂间接测量法。因为每次进行动物染毒试验的药量和溶剂的比例是已知的，而且溶剂的种类比受试物的种类数量要少得多，因此我们只要研究有限量种类溶剂的光谱吸收特性，即可实现多种不同药物的试验研究，并通过检测和控制溶剂的浓度来控制药量的浓度。

本发明装置还可以在测量室内通入干净的空气或者被试的溶剂作为调节光电检测器零点。

本发明装置可用于染毒试验。特别是用于各种染毒试验中对被测样品的动态检测和控制，并可与一般的染毒装置一起构成可实时测量流体中药物浓度并实现流体量闭环自动控制的染毒装置。

以下通过附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明流体光电动态检测装置结构图。

图2是本发明流体光电动态检测装置应用于动物染毒试验时，由本发明装置与一般吸入式染毒装置所构成的一种可实时控制给药量的动式染毒试验装置的结构示意图。

图3是本发明装置应用于动物染毒试验时，与一般吸入式染毒装置所构成的另一种可实时控制给药量的动式染毒试验装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：本发明的流体动态检测装置的具体实施方式

参照图1，本发明的流体动态检测装置包括两端设有透光窗2(透光窗可由光学玻璃或其它透明材料做成)的流体测量室1和光学测量系统两部分；光学测量系统主要由光源8、斩光器11、透镜10a和10b、滤光片9a和9b、光学传感器12和信号放大器13构成；还可在信号放大器13上连接信号指示仪表27，以方便对检测结果的观察监视；光源8、滤光片9a、透镜10a和斩光器11设置于流体测量室1一边透光窗2的外侧；滤光片9b、透镜10b、光学传感器12和信号放大器13设置于流体测量室1另一边透光窗2的外侧；两边透光窗2以及光源8、斩光器11、透镜10a和10b、滤光片9a和9b和光学传感器12各部件位于同一轴线上，该轴线也是光学测量系统的光路A。在流体测量室1两端的光学玻璃透光窗2内侧各设有干净流体缓冲室3，该两个缓冲室分别与流体测量室相连通，缓冲室3上各有一干净流体入口4，在流体测量室的两端各有一干净流体和被测流体出口7，在该两个干净流体和被测流体出口之间有被测流体入口6；两边缓冲室3与流体测量室1的连通接口28a位于光学测量系统的光路A上。还可使缓冲室3与流体测量室1的连通接口28a处的横截面分别小于缓冲室3和测量室1的横截面，形成一较窄的干净流体的流出通道5，这样可使干净流体以较高的速度从该通道流出，更进一步防止被测流体进入缓冲室而污染透光窗2。当被测流体是气体或者气雾状时，为了防止测量室1有雾滴凝聚而影响测量，可在流体测量室的外面设置加热器18，以防止测量室内壁水珠凝聚，进一步提高测量的精度；加热器的加热温度可根据被测流体的性质进行调节。被测流体入口6最好是位于流体测量室1的两个干净流体和被测流体出口7的正中间，这样容易保证被测流体均匀充满流体测量室。

本发明装置的工作过程是：先在两边的缓冲室3通入干净的流体，然后向流体测量室1通入被测流体；光源8发出的可见光、红外光或紫外光经滤光片9a滤光后再经透镜10a形成平行光，然后经斩光器11形成脉冲光束，光束从一边的透光窗2进入流体测量室1，再从另一边的透光窗出来，然后经滤光片9b和透镜10b再到光学传感器12，光信号经光学传感器转换为电信号，再经信号放大器13放大后，即可用于测量被测流体中被测成分的浓度，或者用于作为相关的控制信号(例如作为药液或药雾喷雾控制器等的控制信号)。本发明装置在工作过程中，干净流体不断经干净流体导管24从两边的干净流体入口4进入缓冲室再分别从测量室1两边的干净流体和被测流体出口7流出；被测流体则不断从被测流体入口6进入测量室，再从两边的干净流体和被测流体出口7与干净流体一起流出。

本发明装置由于在流体测量室1的两端设有缓冲室3供干净的流体不断流过，这样能够在不影响光线顺利通过的情况下，将被测流体与两端的透光窗2隔离开，防止被测流体与透光窗接触，有效地避免了透光窗的玻璃内表面受被测流体沾污和凝聚雾滴(当被测流体为气体或气雾状时)，从而能保证测量的准确性和可以连续不断地进行测量，便于进行实时测量流体的浓度并实现流体量闭环自动控制，并可应用于广泛的流体实时测量及控制。在流体测量室1外面设置加热器18，可使流体测量室不会出现雾滴凝聚，进一步提高测量的精度。

所述的被测流体可以是气体、液体或气雾状流体。

实施例2；本发明装置应用于动物染毒试验的具体实施方式之一

本发明装置应用于动物染毒试验时，与一般吸入式染毒装置所构成的一种可实时控制给药量的动式染毒试验装置的结构如图2所示。

参照图2，现有一般的吸入式染毒装置主要由染毒室16、雾化喷嘴20、导气管22、调气阀21、空气压缩机19、药液容器14、导液管23和药液调节阀15等构成，染毒室16有一出气口25，染毒室中可设有被染毒对象放置支架26；雾化喷嘴20的喷口位于染毒室16中，导气管22两端分别与雾化喷嘴和空气压缩机19连接，导气管上设有调气阀21；导液管23一端与雾化喷嘴连接，另一端通入药液容器14中，导液管上设有药液调节阀15；还可在导气管上加设空气过滤器，以保证干净空气进入雾化室。本发明流体动态检测装置用于染毒试验时，如图2所示，可将本发明装置(如图1所示的实施例1的装置)的流体测量室1上的被测流体入口6通过抽气泵17与染毒装置的染毒室16连通，再将本发明装置的光学测量系统的信号放大器13的输出端与染毒装置的药液调节阀15连接；这样就构成了一种可实时控制给药量的动式染毒试验装置。所构成的该染毒试验装置工作时，通过抽气泵17不断将染毒室16中的染毒雾化气体(由染毒药物溶液雾化于空气或其它气体中而构成)抽送至流体测量室1中，经光学测量系统测量后的信号从信号放大器13的输出端反馈到染毒装置的药液调节阀15，通过药液调节阀控制调节进入染毒室的药物溶液的量，从而实现染毒药量的动态实时控制。同时，从前面所述的本发明流体动态检测装置的特点可知，该染毒试验装置可进行实时测量染毒雾化气体中药物的浓度并实现流体量闭环自动控制，并且能有效地避免光学测量系统的透光窗玻璃内表面受被测的染毒雾化气体沾污和凝聚雾滴，从而能保证测量的准确性和可以连续不断地进行测量。还可以通过连接于信号放大器13上的信号指示仪表27，对染毒室内的染毒雾化气体情况进行实时观察监视。

为了提高本装置的操作方便性、可靠性和实现智能自动化，本装置还可在信号放大器13的输出端连接计算机自动控制系统再连接药液调节阀15，或者同时再连接调气阀21，以便更好地自动控制染毒室内染毒雾化气体中的药物浓度以及染毒雾化气体的流量，使操作更加方便可靠。

实施例3：本发明装置应用于动物染毒试验的具体实施方式之二

本发明装置应用于动物染毒试验时，与一般吸入式染毒装置所构成的另一种可实时控制给药量的动式染毒试验装置的结构如图3所示。

参照图3和图2，如图3所示的本实施方式与图2所示的实施方式的不同之处在于，本实施方式的装置将本发明流体动态检测装置的流体测量室与染毒装置的染毒室合二为一。本实施方式的装置直接以染毒装置的染毒室16作为本发明流体动态检测装置的流体测量室；如图3所示，将本发明流体动态检测装置的流体测量室1去掉，将其两边的缓冲室3分别通过干净流体流出通道5(也可以不需通过干净流体流出通道5)与染毒装置的染毒室16相连通，两边的连通接口28b位于染毒室相对的两侧边，并位于光学测量系统的光路A上。

本实施方式装置与图2所述装置相比，省去了流体测量室1和抽气泵17，染毒室16同时兼作流体测量室，结构更加简单紧凑；其它结构相同。

本实施方式装置工作时，光学测量系统不断实时直接从染毒室测量染毒雾化气体中的药物浓度，然后(与实施例2一样)通过信号放大器13的输出端将测量结果的信号反馈到染毒装置的药液调节阀15，通过药液调节阀控制调节进入染毒室的药物溶液的量，从而实现染毒药量的动态实时控制。工作过程中，流经两边缓冲室3的干净气体分别进入染毒室再与染毒雾化气体一起从染毒室的出气口25流出；由于所流过的干净气体的量与染毒雾化气体的量相比很小，所以不会影响染毒试验的结果；况且，工作过程中所流过的干净气体的量是相对稳定的，所以可以通过调试使染毒室内染毒雾化气体中的药物浓度维持在所需要的水平。

本实施例的其它工作原理及效果特点与实施例2基本相同。

实施例4：利用本发明装置进行动物染毒试验

分别利用实施例2和实施例3的装置进行SD大鼠经呼吸道染毒的急性半致死量浓度(LC50)毒性的试验。具体如下：

试验1：采用试验药物为C基乳化增粘树脂，性状为黄色片状固体。首先将样品用玻璃研钵研磨成粉末状，用煤油溶解，样品与煤油的比例为1：5重量比，待完全溶解后放进系统进行雾化；环境温度为21-25℃，相对湿度为70-80％。

试验2：采用试验药物为0.4wt％的金博杀爬虫气雾剂(水基)，其成分为0.25wt％的右旋苯醚氰和0.15wt％的炔咪菊脂。性状为乳白色液体。样品与水的比例为9：1重量比，待混匀后放进系统进行雾化；环境温度和湿度条件同试验1。

经过以上分别以煤油和水为溶剂的药物染毒试验，测量室及其两边的透光窗不会凝结水珠，两边的透光窗不会被污染，整个染毒过程测量系统都能正常工作，染毒室内药物浓度稳定。

Claims (6)

1.一种流体光电动态检测装置，包括两端带透光窗的流体测量室和光学测量系统两部分，其特征是在流体测量室(1)的两端各设有供干净流体流过的缓冲室(3)，缓冲室(3)与流体测量室相连通，缓冲室(3)上各有一干净流体入口(4)，在流体测量室(1)的两端各有一干净流体和被测流体出口(7)，在该两个干净流体和被测流体出口(7)之间有被测流体入口(6)。

2.如权利要求1所述的流体光电动态检测装置，其特征是在缓冲室(3)与流体测量室(1)的连通接口(28a)处的横截面分别小于缓冲室(3)和流体测量室(1)的横截面，形成一较窄的干净流体的流出通道(5)。

3.如权利要求1或2所述的流体光电动态检测装置，其特征是在流体测量室(1)的外面设置有加热器(18)。

4.如权利要求1或2所述的流体光电动态检测装置，其特征是被测流体入口(6)位于流体测量室(1)上两个干净流体和被测流体出口(7)的正中间。

5.权利要求1—4之一所述的流体光电动态检测装置在染毒试验中的应用，其特征是将所述的流体光电动态检测装置与现有染毒装置相结合，将所述的流体光电动态检测装置的流体测量室(1)上的被测流体入口(6)通过抽气泵(17)与现有染毒装置的染毒室(16)连通，再将信号放大器(13)的输出端与染毒装置的药液调节阀(15)连接，构成一种可实时检测和控制给药量的动式染毒试验装置。

6.权利要求1—4之一所述的流体光电动态检测装置在染毒试验中的应用，其特征是将所述的流体光电动态检测装置与现有染毒装置相结合，直接以染毒装置的染毒室(16)兼作所述流体动态检测装置的流体测量室；将所述流体动态检测装置的流体测量室(1)去掉，将其两边的缓冲室(3)分别与染毒装置的染毒室(16)相连通，两边的连通接口(28b)位于染毒室相对的两侧边，并位于光学测量系统的光路(A)上，构成一种可实时检测和控制给药量的动式染毒试验装置。

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