CN102172336B

CN102172336B - 一种简易二氧化硫气体动式染毒实验装置

Info

Publication number: CN102172336B
Application number: CN 201110058955
Authority: CN
Inventors: 张建海; 王俊东; 梁琛; 李宏全; 王金明; 牛瑞燕; 孙子龙; 罗广营
Original assignee: Shanxi Agricultural University
Current assignee: Shanxi Agricultural University
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: CN102172336A

Abstract

本发明提供一种简易的二氧化硫气体动式染毒实验装置，该装置由气体减压定量装置、动式气体染毒柜/室和废气吸收排出装置三部分组装而成。气体减压定量装置可直接对二氧化硫高纯气体的减压和定量功能，省去了专用减压表、流量表的组装，提前实现染毒气体的定量控制，动式气体染毒柜/室保证了模拟的染毒环境更接近自然暴露、染毒气体浓度均匀准确，且能实时可调可控，排出的废气通过废气吸收排出装置后达到了安全排放。整体装置操作简单、制作费用低、可连续长时间染毒，既满足了大量动物有毒气体连续动式染毒难题，又可实现各种食品、工业材料等二氧化硫熏毒。

Description

一种简易二氧化硫气体动式染毒实验装置

技术领域

本申请涉及农业、生物医学染毒设备领域，特别是涉及二氧化硫等有毒气体动式染毒实验装置。

背景技术

大气SO₂污染是全球面临的重大环境问题之一，我国作为煤炭消耗大国，二氧化硫污染更为严重。尽管在国家强有力“节能减排”措施下，SO₂排放量从2008年开始出现下降，但环境中SO₂总量仍在2000万吨以上，居世界首位。据世界银行估计，中国有6亿人生活在二氧化硫超过世界卫生组织标准的环境中。长期生活在此环境中必将对人群健康产生不利影响。据调查，中国每年因城市大气污染而造成的呼吸系统门诊病例35万人，急诊病例680万人，大气污染造成的环境与健康损失占中国GDP的7%；国内外已有大量的研究表明，二氧化硫可对动物及人全身各个组织器官产生毒害作用。然而纵观这些研究，多为人群流行病学调查和体外细胞毒性实验，偶有直接建立二氧化硫染毒实验动物模型进行的研究也多为短期急性毒性试验，研究也主要集中于对呼吸系统的研究。因此，模拟人群在实际环境中的二氧化硫暴露条件，建立慢性的动态染毒实验动物模型，全方位多系统评估二氧化硫暴露对人群健康的毒害作用成为迫切需要做的工作。然而，目前国内外还未见有可专用于二氧化硫气体动式染毒的实验装置。

另一方面，二氧化硫也作为许多食品中具有漂白、保鲜作用的食品添加剂之一，但由于在食品加工熏制过程中，缺乏简易的可稳定二氧化硫浓度的熏毒装置或设备，常常使得“二氧化硫超标”成为现在食品安全的大敌。各种食品中二氧化硫残留超标被食品安全检测部门查处的事件不断见诸报端和网络。如2006年浙江省流通领域食品质量检测报告显示，在被检测的22万批次干腌制蔬菜中，二氧化硫不合格19643批次，不合格数量为13.4万公斤；被检测的6.5万批次干果炒货中，二氧化硫残留超标的3716批次，不合格数量为19694.7公斤。同时，2007年一季度杭州市食品安全综合信息批露，各类蔬菜中二氧化硫不合格679批次，干腌制蔬菜不合格234批次，干果炒货二氧化硫不合格的67批次。人们食用这些含有高剂量SO₂的食品无疑将增大体内SO₂污染和负荷。因此，必须要建立相关的实验动物模型，来研究和评估SO₂气体对人群健康潜在损害，以为进一步预防、诊断和干预提供实验依据。

为解决上述问题，理想的可采用机械通风装置，连续将新鲜空气和二氧化硫送入染毒柜并排出等量污染气体，使气体浓度相对稳定。并且具有染毒时间不受染毒柜体积限制、可避免实验动物缺氧和二氧化碳积聚以及不受湿度增加影响等优点的动式吸人染毒实验装置成为最主要的关键性技术问题。但由于SO₂为具有刺激性和腐蚀性的有毒气体，国内外同类型动式吸入染毒装置一方面比较复杂、多数为进口，成本较高，操作复杂，难以满足大多数科研院所和学校毒理学实验的需求。另一方面，此类染毒设备很容易被二氧化硫及形成的酸性溶液腐蚀，尤其是做大量活体动物实验时，受实验动物呼吸状况、染毒室环境等因素的影响，箱内染毒浓度常常在不断地变化着，国标规定的SO₂测定方法又相对费力和费时，难以及时调节。同时，在染毒过程中二氧化硫气体又容易泄漏，对操作人员健康产生损害，也污染周围环境。因此，研究开发一种操作简便、成本低廉、安全、染毒浓度恒定、可长期动态进行二氧化硫吸入染毒的实验装置具有非常重要的意义。

发明内容

本发明提供一种简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，整体装置可连续长时间染毒，染毒浓度均一、稳定，操作简单、制作费用低、可满足与二氧化硫染毒有关的科学研究需求和实际食品加工中二氧化硫熏制环节。

本发明的技术方案如下：一种简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，由气体减压定量装置、动式气体染毒柜/室和废气吸收排出装置构成。气体减压定量装置由高纯气体瓶、进气调节开关、出气调节开关、软管、可上下移动的液面调节瓶、专用缓冲饱和溶液、液面调节软管和高度固定的标定刻度的气体定量管组成，高纯气体瓶经管道通过进气调节开关与气体定量管的顶部连通，气体定量管的顶部经管道通过出气调节开关和软管与动式气体染毒柜/室的气体导入的分散软管连通，气体定量管的底部经液面调节软管与液面调节瓶的底部连通。动式气体染毒柜/室装置有上下两层，由均匀密布透气孔的板隔离，上层为新鲜空气和SO₂混匀预备染毒室，混匀预备染毒室内部安装有染毒室气体混匀调节风扇和与软管连通的分散软管，后侧安装有两台单向进气调节风机，下层为动物染毒室，动物染毒室前部设置有染毒实验动物/物品进出的门、温湿度检测仪、SO₂气体浓度监测仪和风速气压监测仪，后侧安装有两台废气排出风机。废气吸收排出装置由废气导出管与三个上部依次连通的废气吸收瓶和有毒气体浓度监测装置组成，废气排出风机排出的废气收集后通过废气导出管与三个上部依次连通的废气吸收瓶和有毒气体浓度监测装置连通，废气吸收瓶依次装有一定量的水、氨水和碳酸钙，最下端的废气吸收瓶的上部连通有毒气体浓度吸收监测装置，确认排出废气达到排放标准后，通过有毒气体浓度吸收监测装置排入空气中。

所述的专用缓冲饱和溶液是指饱和亚硫酸盐溶液，用于二氧化硫的平衡溶液，可减少二氧化硫在减压定量中的损失。

所述的气体导入分散软管的底部均匀分布有直径不大于1.5MM的小孔。

所述的进气调节风机和废气排出风机均为单向进出气，并设置有密封挡板，当调节风机电源关闭时，密封挡板即刻展开，使染毒室内外密闭，确保有毒气体不泄露。

所述的动式气体染毒柜/室整体由透明有机玻璃和木材框架材料制成，制作费用低、耐腐蚀、可直观观测室内动物活动情况。

所述的废气吸收瓶为阶梯式水平放置，最大限度增大了废气和吸收液体的接触面积。

所述的液面调节瓶和标定刻度的气体定量管均采用优质化学惰性的硼硅玻璃材料制成。

所述的动式气体染毒柜/室的进气调节风机、染毒室气体混匀调节风扇、废气排出风机、温湿度检测仪、SO₂气体浓度监测仪和风速气压监测仪等组成气体浓度实时动态调节控制系统。

本发明为二氧化硫气体专用动式染毒实验装置，但不局限于SO₂气体，同时具有可扩展性，只要更换不同的气体检测仪、废气吸收液，即可实现除SO₂气体外的其他各种有毒和无毒气体的动态活体动物染毒试验。

本发明的使用范围广泛，不仅可直接用于大鼠、小鼠及兔子等动物的批量二氧化硫染毒实验，也可适用于各种食品、工业材料等的二氧化硫动式、静式熏毒试验。

本发明的有益效果

1、本发明通过设置有由标定刻度的固定高度气体定量管、可上下移动的液面调节瓶、进出气体调节开关和液面调节软管等组装而成的连通器型气体减压定量装置，代替了传统高纯气体必须组装专用减压表、流量表，有效节约了成本，而且提前实现对二氧化硫等高纯染毒气体的减压和定量控制，最大限度避免了有毒高纯气体的浪费；

2、本发明采用和二氧化硫饱和平衡溶液，减少了二氧化硫在减压定量中的损失。同时，该溶液灌装的体积是根据定量管预定染毒气体的最大体积和调节玻璃瓶容积共同确定，确保液体不会从液面调节瓶口流出。减压定量装置中专用定量管刻度的标定是根据气态方程、考虑二氧化硫等染毒气体摩尔浓度、气压、温度后经多次试验精确测定，使得最终进入染毒室的有毒气体浓度与设定的染毒浓度偏差较少，克服了传统动态染毒装置在开始工作前后有毒气体浓度波动大，难以很快调节到设定浓度，对实验动物刺激较大等技术难题；

3、本发明的气体减压定量装置、动式气体染毒柜/室和废气吸收排出装置彼此由耐腐蚀软管连接，各部件相对位置可根据具体实验场所灵活调整有效节约了使用空间，避免了常规动态染毒室废气排出和泄露对周围环境的污染；

4、本发明整体采用双重有毒气体体积和浓度监测控制系统，使染毒室有毒气体浓度得以实时有效精确控制，避免了目前染毒柜单一流量控制所带来的染毒前后气体浓度不恒定的问题；

5、本发明进出气体风机，均为单向进气，动态可调，并设置有密封挡板，当调节风机电源开关一关闭密封挡板即刻展开，使染毒室内外密闭，各风机和检测仪器开关电源组成集成电路，可独立控制。确保染毒室气体浓度能灵活调节，有毒气体不泄露。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

图中：1、高纯气体瓶，2、进气调节开关，3、出气调节开关，4、软管，5、液面调节瓶，6、专用缓冲饱和溶液，7、液面调节软管，8、气体定量管，9、进气调节风机，10、分散软管，11、透气孔板，12、混匀预备染毒室，13、气体混匀调节风扇，14、动物染毒室，15、废气排出调节风机，16、温湿度检测仪，17、SO₂气体浓度监测仪，18、风速气压监测仪，19、门，20、废气导出管，21、废气吸收瓶， 22、有毒气体浓度监测装置。

具体实施方式

一种简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，具体实施方式如下：

实验时，将实验动物（大鼠、小鼠、兔子等）放入动物染毒室14中，关闭染毒室，将高度固定的标定刻度的气体定量管8中充满专用缓冲饱和溶液6－饱和亚硫酸盐溶液。打开高纯气体瓶1和进气调节开关2的阀门，气体瓶1中的SO₂气体（99.99% SO₂高纯气体）经管道通过进气调节开关2进入气体定量管8内，根据连通器原理，饱和亚硫酸盐溶液被缓缓压入可上下移动的液面调节瓶5中，直至气体定量管8与液面调节瓶5两者的饱和亚硫酸盐溶液液面水平为止，通过上下移动调节液面调节瓶5的高度，使气体定量管8中的容积达到所需要求，然后关闭进气调节开关2。根据实验所需SO₂气体的剂量，调整液面调节瓶5的高度，打开出气调节开关3，使一定容积的SO₂气体从气体定量管8经软管4、分散软管10、进入动式气体染毒柜/室的混匀预备染毒室12，进一步通过均匀密布透气孔的板11进入动物染毒室14，既达到减压、又起到定容定量的目的。

根据气体弥散原理及气体动态平衡原理，进入混匀预备染毒室12的SO₂气体在空气介质中能迅速弥散，气体混匀调节风扇13有助于加强从进气调节风机9进入的空气与SO₂气体的均匀混合。当SO₂气体进出动式气体染毒柜/室速度相等时，其内SO₂气体浓度将达一恒定值，本装置是通过控制两台单向进气调节风机9、两台废气排出风机15、SO₂气体浓度监测仪17和风速气压监测仪18等设备实现该目标的，同时根据SO₂检测仪读数随时补充SO₂气体量。

当废气从废气排出风机15排出后，通过废气导出管20将排出的废气依次通过装有一定量的SO₂吸收液－水、20%氨水和碳酸钙的废气吸收瓶21，直至SO₂气体被这些吸收液充分吸收后，经有毒气体浓度监测装置22检测符合排放标准时，再排入室外空气中。整个过程可控、对外界环境无污染。

Claims

1.一种简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，其特征是由气体减压定量装置、动式气体染毒柜/室和废气吸收排出装置构成，气体减压定量装置由高纯气体瓶（1）、进气调节开关（2）、出气调节开关（3）、软管（4）、液面调节瓶（5）、专用缓冲饱和溶液（6）、液面调节软管（7）和气体定量管（8）组成，高纯气体瓶（1）经管道通过进气调节开关（2）与气体定量管（8）的顶部连通，气体定量管（8）的顶部经管道通过出气调节开关（3）和软管（4）与动式气体染毒柜/室的气体导入的分散软管（10）连通，气体定量管（8）的底部经液面调节软管（7）与液面调节瓶（5）的底部连通，动式气体染毒柜/室装置有上下两层，由均匀密布透气孔的板（11）隔离，上层为新鲜空气和SO₂混匀预备染毒室（12），混匀预备染毒室（12）内部安装有染毒室气体混匀调节风扇（13）和与软管（4）连通的分散软管（10），后侧安装有两个单向进气调节风机（9），下层为动物染毒室（14），动物染毒室（14）前部设置有染毒实验动物/物品进出门（19）、温湿度检测仪（16）、SO₂气体浓度监测仪（17）和风速气压监测仪（18），后侧安装有两个废气排出风机（15），废气吸收排出装置由废气导出管（20）与三个上部依次连通的废气吸收瓶（21）和有毒气体浓度吸收监测装置（22）组成，废气排出风机（15）排出的废气收集后通过废气导出管（20）与三个上部依次连通的废气吸收瓶（21）和有毒气体浓度吸收监测装置（22）连通，废气吸收瓶（21）依次装有一定量的水、氨水和碳酸钙，最下端的废气吸收瓶（21）的上部连通有毒气体浓度吸收监测装置（22），确认排出废气达到排放标准后，通过有毒气体浓度吸收监测装置（22）排入空气中。

2.根据权利要求1所述的简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，其特征在于，所述的专用缓冲饱和溶液（6）是指饱和亚硫酸盐溶液。

3.根据权利要求1所述的简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，其特征在于，所述的气体导入的分散软管（10）的底部均匀分布有直径不大于1.5mm的小孔。

4.根据权利要求1所述的简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，其特征在于，所述的单向进气调节风机（9）和废气排出风机（15）均为单向进气，并设置有密封挡板。

5.根据权利要求1所述的简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，其特征在于，所述的动式气体染毒柜/室整体由透明有机玻璃和木材框架材料制成。

6.根据权利要求1所述的简易二氧化硫气体动式染毒实验装置，其特征在于，所述的废气吸收瓶（21）为阶梯式水平放置。