CN102620956B - 一种微生物气溶胶浓缩采样器及浓缩采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微生物气溶胶浓缩采样器及浓缩采样方法，其特征在于：它包括虚拟撞击结构的浓缩器，浓缩器上连接有总流量气路、主流量气路和小流量气路；主流量气路上依次设置有主流量传感器和主流量采样泵；小流量气路的输出端连接液体冲击式微生物采样器，液体冲击式微生物采样器通过气路连接干燥瓶，干燥瓶通过气路连接小流量采样泵，干燥瓶和小流量采样泵之间的气路上依次设置有小流量传感器和小流量调节阀；主流量传感器和小流量传感器均电连接数字信号处理器，数字信号处理器还电连接人机界面和主流量采样泵。本发明采样效率高，能够避免长时间采样对微生物活性的损伤，避免重新形成污染，能够提高低浓度微生物气溶胶的检出率，可广泛用于室内外微生物气溶胶的采集。

Description

一种微生物气溶胶浓缩采样器及浓缩采样方法

技术领域

本发明涉及一种采样器及采样方法，特别是关于一种微生物气溶胶浓缩采样器及浓缩采样方法。

背景技术

气溶胶粒子是悬浮在大气中的多种固体微粒和液体微小颗粒，有的来源于自然界，如火山喷发的烟尘、被风吹起的土壤微粒、海水飞溅扬入大气后而被蒸发的盐粒、微生物、植物的孢子花粉、流星燃烧所产生的细小微粒和宇宙尘埃等；有的是由于人类活动产生的，如煤、油及其他矿物燃料的燃烧物质，以及车辆产生的废气排放至空气中的大量烟粒等。当气溶胶的浓度达到足够高时，将对人类健康造成威胁，尤其是对哮喘病人及其他有呼吸疾病的人群。空气中的含有生物粒子的气溶胶(即微生物气溶胶)还能传播病原微生物，会导致一些疾病特别是传染病的流行和爆发。

其中，流感是目前世界上传播最广和流行时间最长的一种呼吸道传染病，它具有起病急、传染性强、基因异变等特点。上个世纪，世界上共爆发了五次流感大流行，造成上千万的人口死亡。其病原体为流感病毒，主要通过空气飞沫(微生物气溶胶的一种)传播，而且人群对流感病毒也是普遍易感的。另外空气中还广泛存在分枝杆菌、嗜肺军团菌等微生物气溶胶，造成人群感染结核、军团病等。目前国内外对微生物气溶胶的采集分析方法研究不多，大多使用滤膜采样或撞击式采样。但上述采样方法采集效率低，当大气中微生物浓度较低但可以造成人群感染时，被检出的可能性却很小。并且当采气量增大时，会增加采样时间，微生物粒子活性降低；同时微生物粒子的反弹，容易形成二次污染等。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种采样效率高，能够避免长时间采样对微生物活性的损伤，避免形成二次污染，提高低浓度病原微生物气溶胶检出率的微生物气溶胶浓缩采样器及浓缩采样方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种微生物气溶胶浓缩采样器，其特征在于：它包括浓缩器，所述浓缩器上连接有总流量气路、主流量气路和小流量气路；所述主流量气路上依次设置有主流量传感器和主流量采样泵；所述小流量气路的输出端连接液体冲击式微生物采样器，所述液体冲击式微生物采样器通过气路连接干燥瓶，所述干燥瓶通过气路连接小流量采样泵，所述干燥瓶和小流量采样泵之间的气路上依次设置有小流量传感器和小流量调节阀；所述主流量传感器和小流量传感器均电连接数字信号处理器，所述数字信号处理器还电连接人机界面和所述主流量采样泵。

所述浓缩器为虚拟撞击结构，其包括一浓缩器壳体，所述浓缩器壳体顶部连接所述总流量气路，侧部连接所述主流量气路，底部连接所述小流量气路；所述浓缩器壳体内设置有加速板，所述加速板上间隔设置有若干锐角切割型喷嘴，所述加速板下方设置有一接收板，所述接收板上与所述锐角切割型喷嘴相对应的位置设置有接收喷嘴。

所述总流量气路内的气体流量范围为80～150l/min；所述主流量气路内的气体流量与所述小流量气路内的气体流量的比值范围为5∶1～10∶1。

所述加速板与所述接收板构成的虚拟撞击器的切割粒径范围为da50＝1.0～4.0μm。

所述主流量传感器和小流量传感器均采用压差传感器和绝压传感器的组合。

上述一种微生物气溶胶浓缩采样器的浓缩采样方法，其包括以下步骤：1)通过人机界面向数字信号处理器中输入采样流量和采样时间，数字信号处理器将信息进行处理后，发出信号给主流量采样泵，控制主流量的采样范围；同时通过小流量调节阀，调节小流量采样泵的采样范围；2)微生物气溶胶通过浓缩器上的总流量气路进入到浓缩器中，微生物气溶胶随采样气流经过加速板上的锐角切割型喷嘴加速后，进入加速板和接收板之间；其中，大于切割粒径的气溶胶粒子由于惯性大，其运动方向不随主气流向两侧发生偏转，直接向前运动进入接收喷嘴，形成小气流通过小流量气路流出；小于切割粒径的气溶胶粒子则会随主气流发生90°偏转，通过主流量气路流出；3)主气流通过主流量气路排入大气，同时主流量采样泵控制主流量的流量范围，主流量传感器进行流量数据采集，并将采集信息传送给数字信号处理器；小气流通过小流量气路进入液体冲击式微生物采样器，通过液体冲击式微生物采样器采集微生物后，经干燥瓶干燥后排入大气，同时，小流量采样泵控制小流量的流量范围，小流量传感器进行流量数据采集，并将采集信息传送给数字信号处理器；4)数字信号处理器将主流量传感器和小流量传感器采集到的信息进行处理，输入给人机界面，便于监测采集流量范围是否在设置范围内。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用多喷嘴虚拟撞击结构，通过多个加速喷嘴和接收喷嘴代替传统的冲击平板构成气溶胶浓缩器，能够使加速喷嘴气流(主流量)中的微生物粒子与气流分离而进入接收喷嘴气流(小流量)中，因此，与传统的微生物气溶胶采样方法相比，本发明可以数倍提高微生物气溶胶的浓度(提高的倍数等于主流量与小流量的比值)，提高低浓度病原微生物气溶胶检出率。2、本发明采用液体冲击式微生物采样器，经过虚拟撞击浓缩后的微生物气溶胶可以通过微生物采样器中的液体收集，其收集效率高，同时能够避免生物粒子与采集平板的碰撞、损伤活性、形成二次污染等问题。3、本发明采用液体冲击式微生物采样器与虚拟撞击结构的浓缩器联合使用，采集相同气体量所需要的时间大大缩短，不仅满足了现场大量样本采集的需要，同时采集相同时间，采集到的气体量增多，避免了长时间采样对微生物活性的损伤，提高了微生物气溶胶的采样效率。4、本发明通过设置数字信号处理器对主流量采样泵进行流量控制，通过主流量传感器和小流量传感器的采集信息，进行处理并将信息输出给人机界面，通过人机界面监测主流量和小流量是否满足采样要求，自动化程度高。本发明结构设置简单巧妙，操作方便，采样效率高，能够避免长时间采样对微生物活性的损伤，避免重新形成污染，能够提高低浓度微生物气溶胶的检出率，可广泛用于微生物气溶胶的采样过程中。

附图说明

图1是本发明结构示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括虚拟撞击结构浓缩器1，虚拟撞击结构浓缩器1上连接有总流量气路2、主流量气路3和小流量气路4；主流量气路3上依次设置有主流量传感器5和主流量采样泵6。小流量气路4的输出端连接液体冲击式微生物采样器7，液体冲击式微生物采样器7通过气路连接干燥瓶8，干燥瓶8通过气路连接小流量采样泵9，干燥瓶8和小流量采样泵9之间的气路上依次设置有小流量传感器10和小流量调节阀11。主流量传感器5和小流量传感器10均电连接数字信号处理器12，数字信号处理器12还电连接主流量采样泵6和人机界面13。

如图1所示，本发明的虚拟撞击结构浓缩器1包括一浓缩器壳体14，浓缩器壳体14顶部连接总流量气路2，侧部连接主流量气路3，底部连接小流量气路4。浓缩器壳体14内设置有加速板15，加速板15上间隔设置有若干锐角切割型喷嘴，锐角切割型喷嘴可以是“V”形收缩加速喷嘴16，加速板15下方设置有一接收板17，接收板17上与“V”形收缩加速喷嘴16相对应的位置设置有接收喷嘴18。采集的空气样品通过浓缩器壳体14顶部的总流量气路2进入到虚拟撞击结构浓缩器1中，空气样品中的微生物气溶胶经过加速板15上的“V”形收缩加速喷嘴16加速后，进入加速板15和接收板17的空间内，大于切割粒径的气溶胶粒子由于惯性大，其运动方向不随主流量向两侧发生偏转，而是直接向下运动进入接收板17上的接收喷嘴18，形成小流量，而小于切割粒径的粒子则会随主流量发生90°偏转。这样总流量中大于切割粒径的气溶胶粒子就被“浓缩”或“分离”到小流量中。

本发明的采样方法包括以下步骤：

1)通过人机界面13向数字信号处理器12中输入采样流量和采样时间等信息，数字信号处理器12将信息进行处理后，发出信号给主流量采样泵6，控制主流量的采样范围；同时通过小流量调节阀11，调节小流量采样泵9的采样范围。

2)微生物气溶胶样品通过虚拟撞击结构浓缩器1顶部的总流量气路2输入到虚拟撞击结构浓缩器1中，微生物气溶胶随总气流经过加速板15上的“V”形收缩加速喷嘴16加速后，进入加速板15和接收板17之间；其中，大于切割粒径的气溶胶粒子由于惯性大，其运动方向不随主流量向两侧发生偏转，而是直接向前运动进入接收喷嘴18，形成小流量通过小流量气路4流出；而小于切割粒径的气溶胶粒子则会随主流量发生90°偏转，通过主流量气路3流出。

3)主流量通过主流量气路3排入大气，同时主流量采样泵6控制主流量的流量范围，主流量传感器5进行流量数据采集，并将采集信息传送给数字信号处理器12；小流量通过小流量气路4进入液体冲击式微生物采样器7，通过液体冲击式微生物采样器7采集微生物后，通过干燥瓶8干燥后排入大气，同时，小流量采样泵9控制小流量的流量范围，小流量传感器10进行流量数据采集，并将采集信息传送给数字信号处理器12。

4)数字信号处理器12将主流量传感器5和小流量传感器10采集到的信息进行处理，输入给人机界面13，便于监测采集流量范围是否在设置范围内。

上述实施例中，步骤1)中，进入虚拟撞击结构浓缩器1的总流量范围为80～150l/min；主流量与小流量的比值(浓缩比)范围为5∶1～10∶1。

上述实施例中，步骤2)中，虚拟撞击结构浓缩器1切割粒径范围为da50＝1.0～4.0μm。

上述实施例中，步骤3)中，液体冲击式微生物采样器7用于采集微生物气溶胶，采集完成后，可以用于后续的微生物检测等。

上述实施例中，主流量传感器5和小流量传感器10均可以采用压差传感器和绝压传感器的组合。

上述实施例中，虚拟撞击结构浓缩器可以和Biosampler-微生物采样器联用。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种基于微生物气溶胶浓缩采样器的浓缩采样方法，其特征在于：所述微生物气溶胶浓缩采样器包括浓缩器，所述浓缩器上连接有总流量气路、主流量气路和小流量气路；所述主流量气路上依次设置有主流量传感器和主流量采样泵；所述小流量气路的输出端连接液体冲击式微生物采样器，所述液体冲击式微生物采样器通过气路连接干燥瓶，所述干燥瓶通过气路连接小流量采样泵，所述干燥瓶和小流量采样泵之间的气路上依次设置有小流量传感器和小流量调节阀；所述主流量传感器和小流量传感器均电连接数字信号处理器，所述数字信号处理器还电连接人机界面和所述主流量采样泵；

所述浓缩器为虚拟撞击结构，其包括一浓缩器壳体，所述浓缩器壳体顶部连接所述总流量气路，侧部连接所述主流量气路，底部连接所述小流量气路；所述浓缩器壳体内设置有加速板，所述加速板上间隔设置有若干“V”形收缩加速喷嘴，所述加速板下方设置有一接收板，所述接收板上与所述“V”形收缩加速喷嘴相对应的位置设置有接收喷嘴；

所述总流量气路内的气体流量范围为80～150l/min；所述主流量气路内的气体流量与所述小流量气路内的气体流量的比值范围为5:1～10:1；

所述加速板与所述接收板构成的虚拟撞击器的切割粒径范围为da50=1.0～4.0μm；

所述主流量传感器和小流量传感器均采用压差传感器和绝压传感器的组合；

所述浓缩采样方法包括以下步骤：

1）通过人机界面向数字信号处理器中输入采样流量和采样时间，数字信号处理器将信息进行处理后，发出信号给主流量采样泵，控制主流量的采样范围；同时通过小流量调节阀，调节小流量采样泵的采样范围；

2）微生物气溶胶通过浓缩器上的总流量气路进入到浓缩器中，微生物气溶胶随采样气流经过加速板上的锐角切割型喷嘴加速后，进入加速板和接收板之间；其中，大于切割粒径的气溶胶粒子由于惯性大，其运动方向不随主气流向两侧发生偏转，直接向前运动进入接收喷嘴，形成小气流通过小流量气路流出；小于切割粒径的气溶胶粒子则会随主气流发生90°偏转，通过主流量气路流出；

3）主气流通过主流量气路排入大气，同时主流量采样泵控制主流量的流量范围，主流量传感器进行流量数据采集，并将采集信息传送给数字信号处理器；小气流通过小流量气路进入液体冲击式微生物采样器，通过液体冲击式微生物采样器采集微生物后，经干燥瓶干燥后排入大气，同时，小流量采样泵控制小流量的流量范围，小流量传感器进行流量数据采集，并将采集信息传送给数字信号处理器；

4）数字信号处理器将主流量传感器和小流量传感器采集到的信息进行处理，输入给人机界面，便于监测采集流量范围是否在设置范围内。

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