CN103645123B - 用于检测空中漂浮的生物粒子的检测设备和方法 - Google Patents

用于检测空中漂浮的生物粒子的检测设备和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于检测空中漂浮的生物粒子的检测设备和方法。在检测设备(100A)中，引入孔(10)和排出孔(11)打开，并且驱动空气引入机构(50)向外壳(5)中引入空气，并且空中飘浮的粒子被电吸引并固定在收集夹具12上。引入后，将引入孔和排出孔关闭，并且通过测量单元(40)测量光接收元件(9)接收的荧光的量，所述荧光由用由发光元件(6)发射的光照射而产生。然后，将收集夹具通过加热器(91)加热，并且通过测量单元测量加热后的荧光的量。基于加热前后荧光的量的变化量，在测量单元计算由所述收集夹具收集的微生物的量。

Description

用于检测空中漂浮的生物粒子的检测设备和方法
本申请是申请日为2010年7月7日，于2012年8月23日进入中国国家阶段的中国专利申请201080064635.8的分案申请。
技术领域
本发明涉及检测设备和方法，并且更具体地涉及用于检测空中漂浮的生物粒子的检测设备和方法。
背景技术
常规地，为了检测空中漂浮的微生物，首先，通过沉降法、撞击法、狭缝法、使用穿孔板法、离心撞击法、尘埃测定器或过滤法收集空中漂浮的微生物，然后，培养所述微生物并且计数出现的集落数目。然而，通过这样的方法，培养需要两或三天，因此，难以进行实时检测。因此，近来，例如，在日本专利公布号2003-38163(专利文献1)和日本专利国家公布号2008-508527(专利文献2)中已经提议了通过用紫外线照射空中漂浮的微生物并且检测由微生物发射的光而测量数目的设备。
如在专利文献1和2中提议的作为测定悬浮的粒子是否是生物来源的方式的常规设备中，使用这样的方法，其中测定用紫外线照射时所述粒子是否发射荧光。
引用列表
专利文献
PTL1：日本专利公布号2003-38163
PTL2：日本专利国内公布号2008-508527
发明概述
技术问题
然而，实际上，空气中悬浮的尘埃包括大量在用紫外线照射时发射荧光的化学纤维棉绒。因此，当使用常规设备时，如使用专利文献1和2中提议的常规设备时，不仅检测到空中漂浮的生物来源的粒子，还检测到发射荧光的尘埃。特别地，诸如专利文献1和2中提议的常规设备具有这样的问题，即，不可能仅对空气中悬浮的生物粒子进行准确评估。
考虑到所述问题进行了本发明，并且本发明的目的是提供利用荧光并且能够实时地、与发射荧光的尘埃分开地仅检测生物粒子的检测设备和方法。
解决问题的方案
为了达到上述目的，按照一方面，本发明提供用于检测空中漂浮的生物来源的粒子的检测设备，所述检测设备包括：发光元件；用于接收荧光的光接收元件；和计算单元，所述计算单元用于基于当用由所述发光元件发射的光照射引入到所述检测设备的空气时由所述光接收元件接收到的荧光的量来计算固定量的空气中生物来源的粒子的量。
优选地，计算单元基于在将粒子加热之前和之后接收到的光的量的变化计算所引入的空气中生物来源的粒子的量。
更优选地，所述检测设备还包括用于加热引入的空气的加热器。
更优选地，所述检测设备还包括用于控制加热器的加热量的控制单元。
更优选地，所述检测设备还包括用于向控制单元输入指令的输入单元。
优选地，计算单元基于接收到的光的量的变化以及基于预先存储的荧光变化量与生物来源的粒子的量之间的关系计算引入的空气中生物来源的粒子的量。
优选地，检测设备还包括：收集构件；和通过所述收集构件收集引入的空气中的粒子的收集机构。计算单元基于来自用由发光元件发射的光照射的收集构件的接收到的荧光的量计算由所述收集构件收集的生物来源的粒子的量。
更优选地，布置发光元件，以使光以朝向收集构件的方向发射。
更优选地，检测设备还包括用于加热收集构件的加热器，并且计算单元基于在加热收集构件之前和之后接收到的光量的变化计算由所述收集构件收集的生物来源的粒子的量。
优选地，检测设备还包括容纳所述收集机构的收集室，与所述收集室分隔且容纳所述发光元件和所述光接收元件的检测室，和移动机构，所述移动机构用于将位于收集室内的收集构件移动到检测室，并且用于将位于检测室内的收集构件移动到收集室。
优选地，检测设备还包括用于清洁收集构件的清洁单元。
优选地，检测设备还包括显示单元，所述显示单元用于显示计算单元计算的结果作为测量结果。
优选地，发光元件发射可以激发活生物体内物质的波长范围内的光。更优选地，发光元件发射波长范围为300nm至450nm的光。
按照另一方面，本发明提供一种检测由收集构件收集的生物来源的粒子的方法，所述方法包括下述步骤：测量加热前用由发光元件发射的光照射的收集构件的荧光量；测量加热后用由所述发光元件发射的光照射的收集构件的荧光量；并且基于加热前从收集构件测量到的荧光量和加热后从收集构件测量到的荧光量的变化量计算由所述收集构件收集的生物来源的粒子的量。
发明的有利效果
通过本发明，使得与发射荧光的尘埃分开以高精度地实时检测生物粒子变得可能。
附图简述
[图1]图1显示作为按照一个实施方案的检测设备的示例性空气净化器的外观。
[图2A]图2A显示按照第一实施方案的检测设备的基本配置。
[图2B]图2B显示在按照一个实施方案的检测设备中在收集夹具和加热器周围的结构的具体实例。
[图3A]图3A是在按照第一实施方案的检测设备中检测机构的图示。
[图3B]图3B是在按照第一实施方案的检测设备中检测机构的图示。
[图4A]图4A是作为检测机构中的截光机构的另一个具体实例的在引入孔处设置的机构的图示。
[图4B]图4B是作为检测机构中的截光机构的另一个具体实例的在排出孔处设置的机构的图示。
[图4C]图4C显示作为检测机构中的截光机构的另一个具体实例的在引入孔和排出孔处设置的每个机构中所包括的遮光板之一的一个具体的实例。
[图4D]图4D显示作为检测机构中的截光机构的另一个具体实例的在引入孔和排出孔处设置的每个机构中所包括的遮光板之一的另一个具体的实例。
[图5]图5显示在加热处理之前和之后的大肠杆菌(Escherichiacoli)的荧光光谱的时间变化。
[图6A]图6A是加热处理之前的大肠杆菌的荧光显微照片。
[图6B]图6B是加热处理之后的大肠杆菌的荧光显微照片。
[图7]图7显示在加热处理之前和之后的枯草芽孢杆菌(Bacilliussubtilis)的荧光光谱的时间变化。
[图8A]图8A是加热处理之前的枯草芽孢杆菌的荧光显微照片。
[图8B]图8B是加热处理之后的枯草芽孢杆菌的荧光显微照片。
[图9]图9显示在加热处理之前和之后的青霉属(Penicillium)的荧光光谱的时间变化。
[图10A]图10A是加热处理之前的青霉属的荧光显微照片。
[图10B]图10B是加热处理之后的青霉属的荧光显微照片。
[图11A]图11A是加热处理之前的雪松花粉(cedarpollen)的荧光显微照片。
[图11B]图11B是加热处理之后的雪松花粉的荧光显微照片。
[图12A]图12A显示加热处理之前的发射荧光的尘埃的荧光光谱的时间变化。
[图12B]图12B显示加热处理之后的发射荧光的尘埃的荧光光谱的时间变化。
[图13A]图13A是加热处理之前的发射荧光的尘埃的荧光显微照片。
[图13B]图13B是加热处理之后的发射荧光的尘埃的荧光显微照片。
[图14]图14显示在加热之前和之后发射荧光的尘埃的荧光光谱的比较结果。
[图15]图15是按照第一实施方案的检测设备的示例性功能配置的框图。
[图16]图16是显示在按照第一实施方案的检测设备中操作流程的时间图。
[图17]图17是显示荧光衰减与微生物浓度之间的对应关系的图。
[图18A]图18A表示检测结果的示例性显示。
[图18B]图18B表示显示检测结果的方法。
[图19]图19显示按照第二实施方案的检测设备的基本结构。
[图20]图20是关于按照第二实施方案的检测设备的收集单元的操作的图示。
[图21]图21是显示在按照第二实施方案的检测设备中操作流程的时间图。
[图22]图22示意性显示本发明人用于测量的仪器的配置。
[图23]图23显示实施例1中的测量结果。
[图24]图24显示实施例2中的测量结果。
[图25]图25显示青霉属的加热处理温度与加热前后由青霉属提供的荧光强度之比之间的关系。
实施方案描述
以下将参照附图描述本发明的实施方案。以下相同的部件和元件用相同的参考符号表示。其名称和功能也是相同的。
在实施方案中，假定图1所示的空气净化器作用为检测设备。参照图1，作为检测设备100的空气净化器包括用于接收操作指令的开关，和用于显示检测结果的显示面板130等。此外，提供用于引入空气的吸入口和用于排出空气的排气口，所述吸入口和排气口未显示。检测设备100还包括通信单元150，与其连接有记录介质。通信单元150可以使用电缆400提供与作为外部设备的个人计算机(PC)300的连接。备选地，通信单元150可以提供与通信线路的连接以通过互联网与其他设备通信。通信单元150可以通过红外通信或通过互联网与其他设备通信。
(第一实施方案)
参照图2A，按照第一实施方案的检测设备100A，所述检测设备100A是按照作为空气净化器的检测设备部分的实施方案的检测设备100的实施方案，所述检测设备100A具有外壳5，所述外壳5具有用于由吸入口引入空气的引入孔10和排出孔11，并且所述检测设备100A包括收集传感器机构20，所述收集传感机构20包括外壳5、信号处理单元30和测量单元40。
在检测设备100A中，设置空气引入机构50。空气引入机构50由吸入口向外壳5中引入空气。空气引入机构50可以是风扇、泵及其设置在外壳5外部的驱动机构。例如，其可以是加热器、微量泵、微型风扇及其内置在外壳5中的驱动机构。此外，空气引入机构50可以具有空气净化器的空气净化器部的空气引入机构常见的结构。优选地，空气引入机构50中所包括的驱动机构由测量单元40控制，以调节所引入的空气的流速。优选地，通过空气引入机构50引入的空气的流速为1L(升)/min至50m3/min。
收集传感器机构20包括检测机构、收集机构和加热机构。
图2A显示收集机构的一个实例，收集机构包括放电电极1、收集夹具12和高压电源2。放电电极1与高压电源2的负极电连接。高压电源2的正极接地。结果，所引入的空气中悬浮的粒子在放电电极1附近带负电荷。收集夹具12具有支持基板4，例如，所述支持基板由玻璃板形成，具有导电透明涂层3。涂层3接地。因此，由于静电力，空气中悬浮的带负电荷的粒子朝向收集夹具12运动，并且被导电涂层3吸引并固定，由此所述粒子被收集在收集夹具12上。
支持基板4不限于玻璃板，并且其可以由陶瓷、金属或其他材料形成。支持基板4上形成的涂层3不限于透明涂层。作为另一个实例，支持基板4可以包括绝缘材料，如陶瓷，和在其上形成的金属涂层。当支持基板4由金属材料制成时，不必要在其表面上形成涂层。更具体地，支持基板4可以是硅基板，不锈钢(stainlessusedsteel，SUS)基板，铜基板等。
检测机构包括：作为光源的发光元件6；一个透镜(或多个透镜)7，所述透镜设置在发射元件6的光照射方向上，用于准直来自发光元件6的光束或调节光束至指定的宽度；光圈8；光接收元件9；一个聚光透镜(或多个聚光透镜)13，所述透镜设置在光接收元件9的光接收方向上，用于将用来自发光元件6的光照射通过收集机构收集在收集夹具12上的空中漂浮的粒子而产生的荧光会聚到光接收元件9；和一个滤光器(或多个滤光器)14，所述滤光器用于防止照射光束进入光接收元件9。需要时，提供光圈8。对于这些元件，可以应用常规的配置。
发光元件6可以包括半导体激光器6或LED(发光二极管)装置。光波长可以在紫外光范围内或可见光范围内，条件是所述光可以激发并且引起空中漂浮的粒子中生物来源的粒子的荧光发射。优选波长是300nm至450nm，使用该波长有效激发微生物中包含的色氨酸、NaDH、核黄素等并且发射荧光，如在日本专利公布号2008-508527中所公开的。作为光接收元件9，使用常规光电二极管、图像传感器等。
每个透镜7和聚光透镜13可以由塑料树脂或玻璃形成。通过组合透镜7和光圈8，由发光元件6发射的光束会聚在收集夹具12的表面上，并且在收集夹具12上形成照射区15。照射区15的形状没有特别的限制，并且其可以具有圆形、椭圆或矩形的形状。尽管照射区15的尺寸没有特别的限制，但是优选圆形的直径、椭圆形的长轴长度或矩形一边的长度在约0.05mm至50mm的范围内。
滤光器14由单个滤光器形成或由不同类型的滤光器的组合形成，并且放置在聚光透镜13或光接收元件9的前方。这防止来源于由发光元件6发射的光的杂散光和由收集夹具12和外壳5反射的杂散光与来自由收集夹具12收集的粒子的荧光一起进入光接收元件9。
加热机构包括加热器91，所述加热器91与测量单元40电连接并且其加热量(加热时间、加热温度)由测量单元40控制。适当的加热器91包括陶瓷加热器。尽管在以下描述中，加热器91假定为陶瓷加热器，但是其可以是不同的加热器，如红外线加热器、红外线灯等。
加热器91设置在可以加热在收集夹具12上收集的空中漂浮的粒子的位置处，并且通过一些方式或其他方式至少在加热时与包括发光元件6和光接收元件9的传感器设备分隔开。优选地，如图2A所示，加热器布置在远离传感器设备的一侧，所述传感器设备如发光元件6和光接收元件9，收集夹具12位于其间。通过这样的布置，在加热时，加热器91通过收集夹具12与包括发光元件6和光接收元件9的传感器设备分隔，由此可以防止加热对发光元件6、光接收元件9等的影响。更优选地，如图2B所示，加热器91被隔热材料包绕。适当的隔热材料包括玻璃环氧树脂。利用这样的结构，本发明人证实当通过陶瓷加热器实施的加热器91在约2分钟内达到200℃时，与加热器91连接的、插入隔热构件的部分(未显示)的温度不高于30℃。
外壳5具有矩形平行六面体形状，每边长度为3mm至500mm。尽管在本实施方案中，外壳5具有矩形平行六面体形状，但是形状没有限制，并且外壳可以具有不同的形状。优选地，至少一个内边被涂成黑色或者用黑色防蚀铝(alumite)处理。这防止光从内壁表面反射引起杂散光。尽管外壳5的材料没有特别限制，但是优选可以使用塑料树脂、铝、不锈钢或这些的组合。外壳5的引入孔10和排出孔11具有圆形形状，直径为1mm至50mm。引入孔10和排出孔11的形状不限于圆形，并且其可以是椭圆形或矩形。
如上所述，滤光器14放置在光接收元件9的前方，并且起作用防止杂散光进入光接收元件9。然而，为了获得更高的荧光强度，有必要增加由发光元件6发射的光的强度。这导致更高的反射光强度，即，杂射光强度增加。因此，布置发光元件6和光接收元件9使它们具有这样的位置关系，使得杂射光强度保持低于滤光器14达到的遮光效应。
参考图2A、3A和3B描述发光元件6和光接收元件9的示例性布置。图3A是从图2A的IIIA-IIIA位置以箭头方向观察的检测设备100A的横截面视图，图3B是从图3A的IIIB-IIIB位置在箭头方向上获取的横截面视图。为了描述方便，在这些附图中，没有显示除收集夹具12之外的收集机构。
参见图3A，当从图2A的箭头IIIA(上表面)方向观察时，发光元件6和透镜7与光接收元件9和聚光透镜13成直角或大约成直角布置。来自发光元件6的光，通过透镜7和光圈8并且从在收集夹具12的表面上形成的照射区15反射，沿着入射光的方向继续传播。因此，通过这样的结构，避免了反射光直接进入光接收元件9。从收集夹具12的表面发射的荧光是各向同性的，因此，布置不限于上述方式，只要可以防止反射光和杂射光进入光接收元件9即可。
更优选地，收集夹具12提供有这样的构造，所述构造用于将由截留在与照射区15相对应的表面上的粒子发射的荧光会聚到光接收元件9。例如，这样的构造对应于图3B中所示的球形凹槽51。此外，优选地，收集夹具12被设置与光接收元件9的方向成θ角度倾斜，以使收集夹具12的表面朝向光接收元件9。通过这样的构造，由在球形凹槽51中的粒子各向同性发射的荧光在球形表面上反射并且有效地在光接收元件9的方向上会聚，由此可以加强光接收信号。尽管凹槽51的尺寸没有限制，但是优选其比照射区15大。
再参见图2A，光接收元件9与信号处理单元30连接并且将与接收到的光强度成比例的电流信号输出至信号处理单元30。因此，悬浮在引入的空气中的粒子被收集到收集夹具的表面上并且用来自发光元件6的光照射而发射的荧光被光接收元件9接收，并且接收到的光的强度通过信号处理单元30检测。
此外，外壳5的引入孔10和排出孔11分别提供有快门16A和16B。快门16A和16B与测量单元40连接并且使快门16A和16B的打开/关闭得到控制。当快门16A和16B关闭时，阻断空气流动和外部光进入到外壳5中。测量单元40在荧光测量时关闭快门16A和16B(这将在后文描述)，以阻断空气流动和外部光进入到外壳5中。因此，在荧光测量时，收集机构停止对空中漂浮的粒子的收集。此外，由于阻断外部光进入外壳5，外壳5中的杂射光可以减少。仅设置快门16A和16B中的一个，例如，仅在排出孔11一侧设置快门16B可以是足用的。
此外，作为允许空气流入/流出外壳5但是遮挡外部光进入的构造，可以在引入孔10和排出孔11上设置遮光部10A和11A，如在图4A和4B中所示。
参见图4A和4B，在引入孔10和排出孔11上设置的遮光部10A和11A均具有以约4.5mm的间隔交替重叠的遮光板10a和10b。遮光板10a和10b具有在其中不彼此重叠的部分处形成的孔，孔的形状与引入孔10和排出孔11的形状(此处，为圆形)相对应，如在图4C和4D中分别所示。具体地，遮光板10a具有在周边部分处开口的孔，遮光板10b具有在中央处开口的孔。当遮光板10a和10b重叠时，在各个板中形成的孔不重叠。如在图4A中所示，在用于引入孔10的遮光部10A中，从外侧到内侧以遮光板10a、遮光板10b、遮光板10a和遮光板10b这样的次序布置。如在图4B中所示，在用于排出孔11的遮光部11A中，从外侧(在空气引入机构50一侧)到内侧以遮光板10b、遮光板10a和遮光板10b这样的次序布置。通过这种构造，尽管空气流入/流出外壳5是可能的，但是外部光的进入被遮挡，并且外壳5中的杂射光可以减少。
信号处理单元30与测量单元40连接，并且将电流信号处理的结果输出至测量单元40。基于信号处理单元30的处理结果，测量单元40执行将测量结果显示在显示面板130上的进程。
按照本实施方案的检测设备检测空中漂浮的生物来源的粒子的量。尽管以下描述中提及的“生物来源的粒子”典型地以微生物和其他微生物体(包括它们的尸体)为代表，但是它们还包括任何其他进行生命活动的生物实体或所述生物实体的部分，所述生物实体具有允许所述生物实体或其部分在空气中传播的尺寸，而不管其可能是死的还是活的。更具体地，除了微生物和其他微生物体(包括它们的尸体)之外，生物来源的粒子还可以包括花粉、螨类(包括它们的尸体)等。在下述描述中，“微生物体”将表示“生物来源的粒子”，并且也将类似地认为花粉等也是如此。
此处将描述检测设备的检测原理。
如在日本专利公布号2008-508527中公开的，常规已知当空中漂浮的生物来源的粒子用紫外光或蓝光照射时，所述粒子发射荧光。然而，在空气中，还悬浮其他发射荧光的粒子，如尘埃和化学纤维的棉绒。因此，不可能通过简单地检测荧光来区分光是来自生物来源的粒子还是来自例如化学纤维的尘埃。
考虑到上述，本发明人对生物来源的粒子和对化学纤维的尘埃等进行了热处理，并且测量加热前后的荧光变化。图5至14显示本发明人测量的具体结果。从所述测量结果，本发明人发现来自尘埃的荧光强度在加热前后没有变化，而由生物粒子发射的荧光强度在加热后增加。
此外，本发明人将青霉属在不同的温度进行加热处理5分钟，并且测量在加热处理前后由青霉属提供的荧光的强度比率(即，加热处理后的荧光强度/加热处理前的荧光强度)。图25显示加热前后青霉属的加热处理温度与由青霉属提供的荧光强度比之间的关系，这由本发明人进行的测量所得到。从所述测量已经发现，如在图25中所示，当在50℃加热青霉属时，在对其加热前后，其荧光强度几乎不变，当将其在100℃或更高温度加热时，其荧光强度显著增加。此外，尽管在该附图中没有显示，还已经发现当将其在250℃加热时，与将其在200℃加热时相比，其荧光强度改变较少。从这一测量，本发明人已经发现100℃至250℃的加热处理是合适的，并且更优选地，200℃的加热处理更合适。因此，本发明人将各种样本在200℃进行加热处理5分钟，并且由此测量在加热处理之前和之后之间来自每种样本的荧光怎样变化。
更具体地，图5显示将作为生物粒子的大肠杆菌(Escherichiacoli)在200℃加热处理5分钟之前(曲线71)和之后(曲线72)的荧光光谱的测量结果。从图5所示的测量结果可以看出来自大肠杆菌的荧光强度通过加热处理显著增加。从图6A的加热处理前大肠杆菌的荧光显微照片与图6B的加热处理后大肠杆菌的荧光显微照片之间的比较还明显看出来自大肠杆菌的荧光强度通过加热处理显著增加。
类似地，图7显示将作为生物粒子的枯草芽孢杆菌在200℃加热处理5分钟之前(曲线73)和之后(曲线74)的荧光光谱的测量结果，图8A是加热处理前的荧光显微照片，图8B是加热处理之后的荧光显微照片。图9显示将作为生物粒子的青霉属在200℃加热处理5分钟之前(曲线75)和之后(曲线76)的荧光光谱的测量结果，图10A是加热处理前的荧光显微照片，图10B是加热处理之后的荧光显微照片。此外，图11A和11B分别是作为生物来源的粒子的雪松花粉在200℃加热处理5分钟之前和之后的荧光显微照片。由这些结果可以看出，如在大肠杆菌的情形中一样，来自不同生物来源的粒子的荧光强度通过加热处理也显著增加。
相反，图12A和12B显示发射荧光的尘埃在200℃加热处理5分钟之前(曲线77)和之后(曲线78)的荧光光谱的测量结果，图13A是加热处理前的荧光显微照片，图13B是加热处理之后的荧光显微照片。将图12A的荧光光谱置于图12B的荧光光谱上，我们得到图14，由其可以验证这些光谱基本上彼此重叠。具体地，从图14的结果以及从图13A和13B之间的比较可以看出，来自尘埃的荧光强度在加热处理前后没有变化。
作为检测设备100的检测原理，适用本发明人验证的上述现象。具体地，尘埃、粘附有生物粒子的尘埃和生物来源的粒子悬浮在空气中。从上述现象得出，如果收集的粒子包括发射荧光的尘埃，则加热之前测量到的荧光光谱包括来自生物来源的粒子的荧光和来自发射荧光的尘埃的荧光，并且因此，不可能区分生物来源的粒子与例如化学纤维的尘埃。然而，通过加热处理，来自仅生物来源的粒子的荧光强度增加，而来自发射荧光的尘埃的荧光强度不变化。因此，通过测量加热处理前的荧光强度和进行指定的加热处理后的荧光强度之间的差异，可能发现生物来源的粒子的量。
参考图15描述利用该原理检测空中漂浮的微生物体的检测设备100A的功能配置。图15显示这样的实例，其中信号处理单元30的功能由主要是电路组成的硬件配置实现。然而，注意到，至少部分功能可以由CPU(中央处理器)运行的软件配置实现，所述CPU未显示，其设置在信号处理单元30中，执行指定的程序。此外，在所示的实例中，测量单元40由软件配置来实现。其至少部分的功能可以由硬件配置如电路来实现。
参见图15，信号处理单元30包括与光接收元件9连接的电流-电压转换电路34，和与电流-电压转换电路34连接的放大电路35。
测量单元40包括控制单元41、存储单元42和时钟产生单元43。此外，测量单元40包括：输入单元44，所述输入单元44用于在操作开关110时通过接收来自开关110的输入信号而接收信息输入；显示单元45，所述显示单元45执行将测量结果等显示在显示面板130上的进程；外部连接单元46，所述外部连接单元46进行与连接至通信单元150的外部设备交换数据等所需要的进程；和驱动单元48，所述驱动单元48用于驱动快门16A和16B、空气引入机构50和加热器91。
当将引入到外壳5中并且收集在收集夹具12上的粒子用来自发光元件6的光照射时，由照射区中的粒子发射的荧光被会聚在光接收元件9。光接收元件9将与所接收到的光的量对应的电流信号输出至信号处理单元30。所述电流信号输入至电流-电压转换电路34。
电流-电压转换电路34检测峰值电流值H，所述峰值电流值H表示来自从光接收元件9输入的电流信号的荧光强度，并且将其转换为电压值Eh。电压值Eh通过放大电路35以预定的增益放大，并且结果输出到测量单元40。测量单元40的控制单元41接收来自信号处理单元30的电压值Eh输入，并且相继地存储在存储单元42中。
时钟产生单元43产生时钟信号并且将时钟信号输出到控制单元41。利用基于所述时钟信号的时序，控制单元41将用于打开和关闭快门16A和16B的控制信号输出到驱动单元48，以控制快门16A和16B的打开/关闭。此外，控制单元41与发光元件6和光接收元件9电连接，并且控制这些元件的开/关。
控制单元41包括计算单元411。操作计算单元411来利用存储单元42中存储的电压值Eh计算在所引入的空气中悬浮的生物来源的粒子的量。使用图16的时间图来描述具体的操作，图16显示通过控制单元41的控制流程。此处，假定将在引入到外壳5中的空气中悬浮的微生物体的浓度计算为生物来源的粒子的量。
参见图16，当检测设备100A接通电源时，测量单元40的控制单元41将控制信号输出到驱动单元48，以驱动空气引入机构50。此外，在基于来自时钟产生单元43的时钟信号的时间点T1时，控制单元41将用于打开(ON)快门16A和16B的控制信号输出到驱动单元48。然后，在从T1开始经过ΔT1后的时间点T2时，控制单元41将用于关闭(OFF)快门16A和16B的控制信号输出到驱动单元48。
因此，对于从T1开始的时间期ΔT1，快门16A和16B打开，并且由于空气引入机构被驱动，外部空气通过引入孔10引入到外壳5中。在引入到外壳5中的空气中悬浮的粒子通过放电电极1带上负电荷，并且通过空气流动和在放电电极1与收集夹具12表面上的涂层3之间形成的电场，在时间期间ΔT1内，所述粒子被收集到收集夹具12的表面上。
在时间点T2，快门16A和16B关闭，以使外壳5内的空气流动停止。因此，收集夹具12对空中漂浮的粒子的收集终止。此外，阻断来自外侧的在射光。
在时间点T2，此时快门16A和16B关闭，控制单元41将控制信号输出到光接收元件9，以启动光接收(ON)。在相同的时间(T2)或在T2之后稍晚的T3，其将控制信号输出到发光元件6，以启动光发射(ON)。然后，在从T3开始经过ΔT2(ΔT2是预定的测量荧光强度的测量时间)后的时间点T4，控制单元41将控制信号输出到光接收元件9以停止光接收(OFF)，并且将控制信号输出到发光元件6以停止光发射(OFF)。测量时间可以在控制单元41中预先设定，或者其可以通过例如开关110的操作、通过来自经由电缆400与通信单元150连接的PC300的信号、或通过来自与通信单元150连接的记录介质的信号而输入或改变。
具体地，从时间点T3(或从T2)，发光元件6启动光的发射。来自发光元件6的光被导向收集夹具12表面上的照射区15，并且由收集的粒子发射荧光。在从时间T3开始的确定的测量时间ΔT2内，光接收元件9接收荧光，并且将与荧光强度F1对应的电压值输入到测量单元40并且存储在存储单元42中。
此时，可以设置一个单独的发光元件如LED(未显示)，由该元件发射的并且从在收集夹具12表面上不收集粒子的反射区(未显示)反射的光可以通过单独的光接收元件(未显示)接收，接收到的光的强度可以用作参照值I0，并且值F1/I0可以存储在存储单元42中。通过计算与参照值I0的比率，可以方便地补偿来源于环境条件如发光元件或光接收元件的湿度和温度、或来源于由劣化或老化导致的特征变化的荧光强度波动。
在时间点T4(或在比T4稍晚的时间点)，此时发光元件6的光发射和光接收元件9的光接收停止，控制单元41将控制信号输出到加热器91，以启动加热(ON)。然后，在从加热器91启动加热(或从时间点T4或比T4稍晚的时间点)经过ΔT3(其是预定的加热处理的加热时间)后的时间点T5，控制单元41将控制信号输出到加热器91以停止加热(OFF)。
因此，在从T4(或比T4稍晚的时间点)加热的时间期ΔT3内，通过加热器91对在收集夹具12表面上的照射区15中收集的粒子进行加热处理。此时的加热温度是预先确定的。通过历时时间期ΔT3的加热处理，在收集夹具12的表面上收集的粒子通过指定的加热输入加热。如在上述测量时间的情形中，加热处理时间ΔT3(即，加热输入)可以在控制单元41中预先设定，或者其可以通过例如开关110的操作、通过来自经由电缆400与通信单元150连接的PC300的信号、或通过来自与通信单元150连接的记录介质的信号而输入或改变。
然后，在时间期ΔT4内，对经加热的粒子进行冷却。对于冷却过程，可以使用空气引入机构50。在该情形中，外部空气可以从设置有HEPA(高效微粒空气)滤器的开口(图2中未显示)进入。备选地，可以使用单独的冷却机构，如Peltier装置。
此后，控制单元41输出控制信号以终止空气引入机构50的操作，并且在时间T6时，将控制信号输出到光接收元件9以启动光接收(ON)。在相同的时间(T6)或在比T6稍晚的时间T7，其将控制信号输出到发光元件6以启动光发射(ON)。然后，在从T7经过ΔT2后的时间点T8，控制单元41将控制信号输出到光接收单元9以停止光接收(OFF)并且将控制信号输出到发光元件6以停止光发射(OFF)。
以这种方式，对被发光元件6照射的收集夹具12表面上的照射区15中收集的粒子加热处理以时间期ΔT3后，由光接收元件9接收测量时间ΔT2的荧光。将与荧光强度F2对应的电压值输入到测量单元40中并且存储在存储单元42中。
计算单元411将存储的荧光强度F1与荧光强度F2之间的差值计算为增加量ΔF。如上述，增加量ΔF与生物粒子的量(粒子的数目或浓度)相关。计算单元411预先存储增加量ΔF与生物粒子的量(粒子的浓度)之间的对应关系，如图17所示。然后，计算单元411提供通过利用增加量ΔF和该对应性关系得到的生物来源的粒子的浓度，该浓度作为在时间期ΔT1内在引入至外壳5的空气中生物来源的粒子的浓度。
增加量ΔF与生物来源的粒子的浓度之间的对应性关系预先通过实验确定。作为实例，将一种类型的微生物体如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌或青霉属用喷雾器喷到尺寸为1m3的容器中。当微生物体的浓度保持为N(粒子数/m3)时，使用检测设备100通过上述检测方法收集所述微生物体历时时间期ΔT1。然后，使用加热器91将收集的微生物体通过指定的加热输入(加热时间ΔT3，指定的加热温度)加热，冷却以指定的时间期ΔT4，并且测量加热前后荧光强度的增加量ΔF。对不同浓度的微生物体进行相似的测量，由此可以发现增加量ΔF与微生物体浓度(粒子数/m3)之间的关系，如图17所示。
增加量ΔF与生物粒子浓度之间的对应性关系可以通过操作开关110等输入，并且存储在计算单元411中。备选地，可以将在其上记录对应关系的记录介质与通信单元150连接，并且被外部连接单元46读取，并且存储在计算单元411中。其可以通过PC300输入和传输，被通过电缆400与通信单元150连接的外部连接单元46接收，并且存储在计算单元411中。如果通信单元150适于红外或互联网通信，则对应性关系可以通过这样的通信由在通信单元150处的外部连接单元46接收，并且存储在计算单元411中。此外，曾经存储在计算单元411中的对应性关系可以通过测量单元40更新。
如果增加量ΔF计算为差值ΔF1，则计算单元411从图17所示的对应性关系识别与所述增加量ΔF1相对应的值，并且由此计算生物来源的粒子的浓度N1(粒子数/m3)。
然而，注意到，增加量ΔF与微生物体浓度之间的对应性关系可能随微生物体类型(例如，微生物的类型)而不同。因此，计算单元411定义某些微生物体作为标准微生物体并且存储增加量ΔF与该微生物体浓度之间的对应性关系。以这种方式，可以将不同环境中的微生物体浓度计算为等价于标准微生物体的微生物体浓度，由此环境管理变得更容易。
尽管在上述实施方案中，将在指定加热输入(指定的加热温度、加热时间ΔT3)的加热处理之前和之后的荧光强度的差值用作增加量ΔF，但是可以使用它们的比率。
通过计算单元411计算的收集的粒子中的生物粒子或微生物体的浓度从控制单元41输出到显示单元45。显示单元45执行将输入的微生物浓度显示在显示单元130上的进程。在显示面板130上的显示实例是图18A的传感器显示。具体地，在显示面板130上，设置有与浓度对应的灯，并且显示单元45指定与计算的浓度对应的灯并且点亮所述灯，如图18B所示。作为另一个实例，还可以点亮与计算的浓度对应的不同颜色的灯。在显示面板130上的显示不限于灯，可以显示预先为相对应的浓度准备的数值或浓度或信息。测量结果可以写入与通信单元150连接的记录介质，或可以传输到通过电缆400与通信单元150连接的PC300。
输入单元44可以按照来自开关110的操作信号接收在显示面板130上的显示方法的选择。可以关于将测量结果显示在显示面板130上或输出到外部设备做出选择。指示选择的内容的信号可以输出到控制单元41，并且然后必要的控制信号从控制单元41输出到显示单元45和/或外部连接单元46。
以这种方式，检测设备100A利用加热时来自生物来源的粒子的荧光与来自发射荧光的尘埃的荧光之间的特征差异，并且基于在指定的加热处理后的增加量，检测生物来源的粒子。具体地，检测设备100A利用这样的现象检测生物来源的粒子，所述现象是，当将收集的生物粒子和尘埃进行加热处理时，来自微生物体的荧光强度增加，而来自尘埃的荧光强度不变。因此，即使发射荧光的尘埃悬浮在引入的空气中，也可能与发射荧光的尘埃分开实时地以高精度检测生物粒子。
此外，检测设备100A以如图16所示的方式控制，并且由此在通过收集机构进行的收集步骤转换到通过检测机构进行的检测步骤时，快门16A和16B关闭。结果，可以减少荧光测量过程中由在空中漂浮的粒子上散射引起的发射光，并且可以提高测量精度。
(第二实施方案)
如图19所示，根据第二实施方案的检测设备100B包括检测机构，收集机构和加热机构。在图19中，以与检测设备100A中相同的参照符号表示的构件基本上与检测设备100A的对应构件相同。以下，将主要描述与检测设备100A的差别。
更具体地，参照图19，检测设备100B设置有包括至少一部分收集机构的收集室5A和包括检测机构的检测室5B，二者由具有孔5C′的隔壁5C分隔。在收集室5A中，设置针形放电电极1和作为收集机构的收集夹具12，并且在检测室5B中，设置发光元件6、光接收元件9和作为检测机构的聚光透镜13。
在收集室5A的放电电极1和收集夹具12的一侧，分别设置有引入孔10和排出孔11，用于将空气引入收集室5A。此外，如图19所示，可以在引入孔10处设置滤光器(前置滤光器)10B。
引入孔10和排出孔11可以设置有遮光部10A和10B，如在图4A和4B中所示，与检测设备100A的那些相似，用于遮挡外部光进入同时允许空气流入/流出收集室5A。
靠近排出孔11设置作为空气引入机构的风扇50A。通过风扇50A，空气由引入孔引入收集室5A。空气引入机构50可以是泵及其设置在收集室5A外的驱动机构。例如，其可以是加热器、微量泵、微型风扇及其内置在收集室5A中的驱动机构。此外，风扇50A可以具有空气净化器的空气净化器部的空气引入机构常见的结构。优选地，风扇50A的驱动机构由测量单元40控制，以调节所引入的空气的流速。优选地，通过风扇50A引入的空气的流速为1L(升)/min至50m3/min。当通过未显示的驱动机构驱动、通过测量单元40控制时，风扇50A通过引入孔10引入收集室5A外部的空气，并且通过排出孔11将收集室5A内的空气排出到收集室5A外，如图19中由虚线所示。
作为收集机构，可以使用与检测设备100A的收集机构相似的收集机构。具体地，参见图19，所述收集机构包括放电电极1、收集夹具12、和高压电源2。放电电极1与高压电源2的正极电连接。收集夹具12与高压电源2的负极电连接。
收集夹具12是例如由玻璃板形成的支持基板，具有导电透明涂层，如在检测设备100A中的那样。收集夹具12的涂层侧与高压电源2的负极电连接。因此，产生在放电电极1和收集夹具12之间的电位差，并且形成图19中箭头E所示的方向的电场。
在放电电极1附近，通过风扇50A的驱动由引入孔10引入的空气中悬浮的粒子带上负电荷。由于静电力，带负电荷的粒子朝向收集夹具12运动，并且被导电涂层吸引并固定，由此所述粒子被收集在收集夹具12上。此处，由于使用针形电极作为放电电极1，因此可能使得带电荷的粒子被吸引并且固定在与在放电电极1相对的由发光元件照射的收集夹具12的照射区15(将在下文描述)相对应的非常窄的区域中。因此，在将在下文描述的检测步骤中，可以有效地检测被吸引的微生物体。
检测室5B中所包括的检测机构包括：作为光源的发光元件6；光接收元件9；和一个聚光透镜(或多个透镜)13，所述透镜设置在光接收元件9的光接收方向上，用于将用来自发光元件6的光照射通过收集机构收集在收集夹具12上的空中漂浮的粒子而产生的荧光会聚到光接收元件9。其还可以包括：一个透镜(或多个透镜)，所述透镜设置在发光元件6的光发射方向上，用于准直来自发光元件6的光束或调节该光束至指定的宽度；光圈；和一个滤光器(或多个滤光器)，所述滤光器用于防止照射光束进入光接收元件9。对于这些元件，可以应用常规的配置。聚光透镜13可以由塑料树脂或玻璃制成。
优选地，至少检测室5B的内边被涂成黑色或者用黑色防蚀铝处理。这防止光从内壁表面反射引起杂射光。尽管收集室5A和检测室5B的材料没有特别限制，但是优选可以使用塑料树脂、铝、不锈钢或这些的组合。外壳5的引入孔10和排出孔11具有圆形形状，直径为1mm至50mm。引入孔10和排出孔11的形状不限于圆形，并且其可以是椭圆形或矩形。
发光元件6与检测设备100A的相似。由发光元件6发射的光束会聚在收集夹具12的表面上，并且在收集夹具12上形成照射区15。照射区15的形状没有特别限制，并且可以具有圆形、椭圆形或矩形的形状。尽管照射区15的尺寸没有特别限制，但是优选圆形的直径、椭圆形的长轴长度或矩形的一边的长度在约0.05mm至50mm的范围内。
光接收元件9与信号处理单元30连接并且将与接收到的光强度成比例的电流信号输出至信号处理单元30。因此，悬浮在引入的空气中的粒子被收集到收集夹具的表面上并且用来自发光元件6的光照射而发射的荧光被光接收元件9接收，并且接收到的光的强度通过信号处理单元30检测到。
在检测室5B中，在接触收集夹具12的表面的位置处设置用于清洁(refreshing)收集夹具12的表面的刷子60。刷子60与未显示的移动机构连接，由测量单元40控制，并且在收集夹具12上往复运动，如该附图中双向箭头B所示。因此，去除在收集夹具12上沉积的尘埃和微生物体。
加热机构与检测设备100A的加热机构相同。在检测设备100B中，优选地，加热器91布置在收集夹具12远离放电电极1的表面上，如图19所示。更优选地，加热器91被隔热材料包绕，如图2B所示。合适的隔热材料包括玻璃环氧树脂。
包括收集夹具12和加热器91的单元在此处称为收集单元12A。收集单元12A与未显示的移动机构连接，受测量单元40控制，并且以该附图中双向箭头A所示移动，即，通过在壁5C上形成的孔5C′从收集室5A到检测室5B和从检测室5B到收集室5A移动。如已经描述的，加热器91可以布置在允许对收集夹具12上收集的空中漂浮的粒子加热的位置处，并且至少在加热时与包括发光元件6和光接收元件9的传感器设备分隔开，并且因此，所述加热器可以不包括在收集单元12A中，并且其可以设置在不同的位置处。当加热操作发生在收集室5A中时，如在下文描述的那样，在收集单元12A设置在收集室5A中的情形中，加热器91可以不包括在收集单元12A中，但是其可以固定在收集夹具12的与包括发光元件6和光接收元件9的传感器设备相对的一侧的位置上。通过这样的布置，在加热时，加热器91通过收集夹具12与包括发光元件6和光接收元件9的传感器设备分隔开，由此可以防止加热对发光元件6、光接收元件9等的影响。此处，收集单元12A可以至少包括收集夹具12。
如图20所示，在离收集单元12A的壁5C最远的端部处，设置具有上突起和下突起的盖子65A。在朝向收集室5A的壁5C的表面上，在孔5C′周围设置与盖子65A相对应的接头65B。接头65B具有与盖子65A的突起相配的凹槽。因此，盖子65A和接头65B完美结合并且覆盖孔5C′。具体地，当收集单元12A在图20的箭头A′方向通过孔5C′从收集室5A向检测室5B移动并且收集单元12A被完全接纳在检测室5B中时，盖子65A配合在接头65B中，因此，孔5C′被完全覆盖，并且检测室5B被遮光。因此，当在检测室5B中进行检测操作时，阻断光进入检测室5B。
利用参照图5至14所述的原理检测空中漂浮的微生物体的检测设备100B的功能配置基本上与图15所示的检测设备100A的功能配置相同。在检测设备100B的功能配置中，驱动单元48代替检测设备100A的加热器91、空气引入机构50和快门16A和16B驱动风扇50A、加热器91、用于使收集单元12A往复运动的机构(未显示的)和用于使刷子60往复运动的机构(未显示的)。
参照图21的流程图描述计算引入收集室5A中的空气中悬浮的生物粒子的量的控制单元41中的具体操作。此处，假定计算引入外壳5中的空气中悬浮的微生物体的浓度作为生物来源的粒子的量。
参见图21，当检测设备100B接通电源时，在步骤S1，在收集室5A中进行收集操作历时作为预定的收集时间的时间期ΔT1。步骤S1的具体操作如下。控制单元41将控制信号输出到驱动单元48，以使风扇50A被驱动将空气输送到收集室5A中。在引入至收集室5A的空气中的粒子通过放电电极1带上负电荷，并且由于由风扇50A引起的空气流动和在放电电极1与收集夹具12表面上的涂层3之间形成的电场，所述粒子被收集到与收集夹具12表面上的照射区15相对应的窄区域上。当经过收集时间ΔT1时，控制单元41停止收集操作，即，停止风扇50A的驱动。
因此，在时间期ΔT1内，外部空气通过引入孔10引入收集室5A，并且空气中的粒子收集在收集夹具12的表面上历时所述时间期ΔT1。
接着，在步骤S3，控制单元41将控制信号输出到驱动单元48以操作使收集单元12A移动的机构，并且收集单元12A从收集室5A移动到检测室5B。当移动停止时，在步骤S5，进行检测操作。如在检测设备100A中一样，在步骤S5，控制单元41使得发光元件6发光，并且使得光接收元件9接收光，历时确定的测量时间ΔT2。来自发光元件6的光被导向至收集夹具12表面上的照射区15，并且由所收集的粒子发射荧光。将与荧光强度F1对应的电压值输入到测量单元40并且存储在存储单元42中。以这种方式，测量加热前的荧光量S1。
测量时间ΔT2可以在控制单元41中预先设定，或者其可以通过例如开关110的操作、通过来自经由电缆400与通信单元150连接的PC300的信号、或通过来自与通信单元150连接的记录介质的信号而输入或改变。
此时，可以设置一个独立的发光元件如LED(未显示)，由该元件发射的并且在收集夹具12表面上不收集粒子的反射区(未显示)反射的光可以通过独立的光接收元件(未显示)接收，接收到的光的强度可以用作参照值I0，并且值F1/I0可以存储在存储单元42中。通过计算与参照值I0的比率，可以方便地补偿来源于环境条件如发光元件或光接收元件的湿度和温度、或来源于由劣化或老化导致的特征变化的荧光强度波动。
当步骤S5的测量操作终止时，在步骤S7，控制单元41将控制信号输出到驱动单元48，以使用于使收集单元12A移动的机构移动，并且收集单元12A从检测室5B移动到收集室5A。当移动停止时，在步骤S9，进行加热操作。在步骤S9，如在检测设备100A中一样，控制单元41使得加热器91加热历时预定的加热时间ΔT3。此时的加热温度是预先确定的。
在加热操作后，在步骤S11，发生冷却操作。在步骤S11，控制单元41将控制信号输出到驱动单元48以使风扇50A以相反的方向旋转，历时指定的冷却时间。当抽取外部空气时，收集单元12A被冷却。加热时间ΔT3，加热温度和冷却时间可以在控制单元41中预先设定，或者可以通过例如开关110的操作、通过来自经由电缆400与通信单元150连接的PC300的信号、或通过来自与通信单元150连接的记录介质的信号而输入或改变。
在步骤S7将收集单元12A移动至收集室5A后，在收集室5A中进行加热操作和冷却操作，并且冷却后，将收集单元12A移动到检测室5B。因此，在加热时，放置加热器91以使其与包括发光元件6和光接收元件9的传感器设备隔开一定距离并且还被壁5C隔开，并且因此，可以防止加热对发光元件6和光接收元件9的影响。由于在加热时，加热器91在收集室5A中，还被壁5C等与包括发光元件6和光接收元件9的传感器设备隔开，因此加热器91可以不必位于远离收集单元12A的放电电极1的表面上，即，当收集单元12A移动至检测室5B时远离发光元件6和光接收元件9的表面，但是其可以在接近于放电电极1的表面上。
当步骤S9的加热操作和步骤S11的冷却操作停止时，在步骤S13，控制单元41将控制信号输出到驱动单元48，以操作使收集单元12A移动的机构，并且收集单元12A从收集室5A移动至检测室5B。移动停止后，在步骤S15，再次进行检测操作。步骤S15的检测操作与步骤S5的检测操作相同。将步骤S15处的与荧光强度F2对应的电压值输出到测量单元40并且存储在存储单元42中。以这种方式，测量加热后的荧光量S2。
在步骤S15测量到加热后的荧光量S2后，在步骤S17进行收集单元12A的清洁操作。在步骤S17，控制单元41将控制信号输出到驱动单元48以移动使刷子60移动的机构，以使刷子60在收集单元12A的表面上往复运动以指定的次数。清洁操作结束后，在步骤S19，控制单元41将控制信号输出到驱动单元48以移动使收集单元12A移动的机构，并且收集单元12A从检测室5B移动到收集室5A。因此，如果接收到启动指令，则可以立即启动下一次收集操作(S1)。
计算单元441将存储的荧光强度F1与F2之间的差值计算为增加量ΔF。如在检测设备100A中一样，使用计算的增加量ΔF以及预先存储的增加量ΔF与生物来源的粒子的浓度(粒子浓度)之间的对应性关系(图17)得到的生物来源的粒子的浓度计算为在时间期ΔT1内在引入收集室5A的空气中生物来源的粒子的浓度。将计算的收集的粒子中的生物粒子或微生物体的浓度从控制单元41输出到显示单元45，并且以与在检测设备100A中相似的方式显示(图18A，18B)。
如上所述，在检测设备100B中，收集室5A和检测室5B分隔开，并且收集单元12A在收集室和检测室之间移动。因此，可能连续进行收集和检测。此外，收集夹具12在收集室5A中加热，冷却，然后移动到检测室5B，如上所述。因此，可以防止加热对在检测室5B中的传感器等的影响。
此外，在检测设备100B中，当收集单元12A从用于收集步骤的收集室5A移动到用于检测步骤的检测室5B时，在收集单元12A上设置的盖子封闭壁5C上的孔5C′。因此，阻断外部光进入检测室5B。因此，可以减少荧光测量过程中例如由在空中漂浮的粒子上散射引起的杂射光，并且可以提高测量的精度。
尽管在检测设备100B中收集室5A和检测室5B被设置为由壁5C分隔的室，但是也可以设置作为完全隔开的个体的收集装置和检测装置，并且使得收集单元12A在它们之间移动，或者使得收集单元12A设置在每个装置中。在这样的情形中，收集夹具12的加热可以在检测装置外的位置处进行，与包括发光元件6和光接收元件9的传感器设备分开。作为实例，加热可以在与上述收集室5A相对应的加热装置中进行，或者不在收集装置或检测装置中的位置处加热(例如，在从收集装置到检测装置的移动过程中加热)。加热器91可以包括在收集单元12A中或者可以设置在检测装置外进行加热的位置处。此外，收集装置和检测装置可以不作为一套而是各自作为与收集室5A对应的单个装置或与检测室5B对应的单个装置使用。在这种情形中，所用的装置被改造以包括与信号处理单元30、测量单元40等对应的功能。
此外，在检测设备100B中，设置一个收集单元12A，并且通过双向箭头A所示的往复运动，所述单元移动至收集室5A和检测室5B并且从收集室5A和检测室5B移动。作为另一个实例，两个或更多个收集单元12A可以设置在转台上，并且当台转动时在收集室5A和检测室5B之间移动。以这样的配置，可以将多个收集单元中的一个放置在收集室5A中并且将另一个收集单元放置在检测室5B中，由此平行进行收集操作和检测操作。这样的配置允许平行地进行连续的收集操作和连续的检测操作。
在第二实施方案中，假定图1所示的空气净化器作为检测设备100B行使功能进行描述。然而，应该注意，检测设备100B可以单独使用。
本发明人使用上述检测设备来测量空气中悬浮的生物来源的粒子的量，从而验证上述内容，如将在下文中所述。
(实施例1)
(1)测量仪器
本发明人使用结构与图19的检测设备100B相似的检测设备85来检验空中漂浮的青霉属粒子浓度与检测设备85测量的值之间的相关性。检测设备85设置有尺寸为125mmx80mmx95mm的收集室5A、吸引能力为20升/min的风扇50A。发光元件6具体为发射405nm波长的激光的半导体激光器，光接收元件9具体为pin型光电二极管。具体地，检测设备测量信号处理单元30的电压值。电压值表示光接收元件9接收到的光的量，其由信号处理单元30由与光接收元件9所接收到的输入的光的量成比例的电流信号检测到。
图22示意性显示本发明人用于测量的仪器的配置。参考图22，对于测量，本发明人在体积为1m3的丙烯酸盒80中配置了其中培养有青霉属的培养基81，吹气装置82的吹出孔，送风用风扇83，检测设备85和粒子计数器84。盒80具有两个孔，一个孔设置有HEPA滤器87，另一个孔设置有泵86。
(2)测量程序
本发明人使用上述测量仪器以下述程序进行测量：
<步骤1>运转泵86，以图22中箭头A′所示的方向向盒80中吸入空气。这以图22中箭头A所示的方向抽取盒80外的空气，并且使空气通过HEPA滤器87，由此将空气引入盒80中。连续运转泵86数分钟，然后，使用粒子计数器84证实不存在直径为0.5微米以上的任何粒子，然后停止泵86。
<步骤2>运转吹气装置82，以将空气从此处吹到培养基81的表面。这允许在培养基81的表面上形成的青霉属孢子88飘扬在空气中。同时，也运转风扇83。这使得青霉属孢子88基本上均匀地分散在盒80中。
<步骤3>使用粒子计数器84来测量检测前盒80中青霉属孢子的量N1(步骤4)。
<步骤4>以与图21所示的流程图相似的程序运转检测设备85来测量青霉属孢子。更具体地，盒80中的青霉属孢子通过下述操作测量：
(步骤4-1)检测设备85使收集夹具12移动至收集室5A；
(步骤4-2)运转风扇50，并且在收集夹具12与放电电极1之间施加10kV电压，以将盒80中的青霉属孢子88引入收集室5A，由此将它们收集在收集夹具12的表面上；
(步骤4-3)这样收集15分钟后，停止风扇50，并且使收集夹具12从收集室5A移动至检测室5B；
(步骤4-4)收集夹具12使其表面暴露于由半导体激光器或发光元件6发射的405nm的蓝光；
(步骤4-5)收集在收集夹具12的表面上的青霉属孢子发射荧光量S1，其由光接收元件9接收到，并且其电压值存储在与检测设备85连接的个人计算机(未显示)中；
(步骤4-6)收集夹具12从检测室5B移动到收集室5A；
(步骤4-7)运转如微型陶瓷加热器等的加热器91，以在200℃加热收集夹具12的表面5分钟；
(步骤4-8)加热器91停止运转，并且运转风扇50进行冷却3分钟；
(步骤4-9)收集夹具12从收集室5A移动到检测室5B，并且与步骤4-2到步骤4-5进行的操作相似，测量光接收元件9接收到的荧光量S2，并且将其电压值存储在个人计算机中；和
(步骤4-10)加热之前和之后测量的电压值之间的差值ΔF计算为检测设备85所检测的值。
<步骤5>使用粒子计数器84来测量检测后(步骤4)盒80中青霉属孢子的数量N2，并且从数量N1和N2(例如，计算平均值以及)得到在检测时盒80中的青霉属孢子的数量，并且将其除以盒80的体积(1m3)以计算在检测时盒80中的青霉属孢子的浓度N(单位：10,000个孢子/m3)。
(3)测量的结果
图23显示实施例1的测量结果。本发明人以上述程序得到对于盒80中不同浓度N的青霉属的测量，以使对于每次测量，收集夹具12的表面用玻璃纤维刷子清洁，或者用过的收集夹具12用新的收集夹具12替换。将得到的测量值做图，如图23所示，其具有表示所得到的检测时盒80中的青霉属浓度N的测量值的横轴，和表示检测设备85的检测值(即，加热之前和之后的电压差ΔF)的纵轴。图23的测量揭示之间存在线性相关性。因此，已经验证上述实施方案所述的本发明的检测设备允许精确检测生物来源的粒子形式的微生物体。
(实施例2)
本发明人利用与实施例1相似的测量仪器和程序相似地得到关于雪松花粉的测量值。注意，在实施例2中，这样进行测量，使得实施例1中的其中培养有青霉属的培养基81替换为筒状花粉喷雾装置，该装置的一个端部设置有滤器，相对的端部开放。
在上述步骤2中，运转吹气装置82将筒外部的空气从更接近滤器的端部朝向筒内部吹向其中引入了花粉的花粉喷雾装置。这使得筒内的花粉漂浮在空气中。
图24显示实施例2的测量结果。与图23的操作相似，将得到的测量值做图，如图24所示，其具有表示所得到的检测时盒80中的雪松花粉浓度N的测量值的横轴，和表示检测设备85的检测值(即，加热之前和之后的电压差ΔF)的纵轴。图24的测量揭示之间存在线性相关性。因此，已经验证上述实施方案所述的本发明的检测设备允许精确检测生物来源的粒子形式的花粉。
此外，由实施例1和2，已经验证本发明的检测设备可以精确检测进行生命活动的生物来源的粒子(包括微生物体和花粉)或其部分，它们具有允许所述粒子或其部分在空气中漂浮的尺寸。
尽管已经详细描述并且举例说明了本发明，但是应该清楚地理解其只是作为举例说明和实施例的方式，并不应该视为作为限制的方式，本发明的范围由后附的权利要求解释。
参考符号列表
1放电电极
2高压电源
3涂层
4支持基板
5外壳
5A收集室
5B检测室
5C壁
5C′孔
6发光元件
7透镜
8光圈
9光接收元件
10引入孔
10A遮光部
10a，10b遮光板
11排出孔
11A遮光部
12收集夹具
13聚光透镜
14滤光器
15照射区
16A，16B快门
20收集传感器机构
30信号处理单元
34电流-电压转换电路
35放大电路
40测量单元
41控制单元
42存储单元
43时钟产生单元
44输入单元
45显示单元
46外部连接单元
48驱动单元
50空气引入机构
50A，83风扇
51凹槽
71-78曲线
80盒
81培养基
82吹气装置
84粒子计数器
86泵
87HEPA滤器
91加热器
85，100，100A，100B检测设备
110开关
130显示面板
150通信单元
300PC
400电缆
411计算单元

Claims (13)

1.一种用于检测空气中的生物来源的粒子的检测设备，所述检测设备包括：
发光元件；
光接收元件，所述光接收元件用于接收荧光；和
计算单元，所述计算单元用于基于当用由所述发光元件发射的光照射能够布置于所述检测设备内并收集空气中的粒子的收集构件时由所述光接收元件接收到的荧光的量，来计算由所述收集构件收集的所述生物来源的粒子的量，
其中所述计算单元基于加热后从收集构件测量的荧光量比加热前从收集构件测量的荧光量的增加量计算由所述收集构件收集的所述粒子的量。
2.根据权利要求1所述的检测设备，其还包括用于加热所述收集构件的加热器。
3.根据权利要求2所述的检测设备，其还包括用于控制所述加热器的加热量的控制单元。
4.根据权利要求3所述的检测设备，其还包括用于向所述控制单元输入指令的输入单元。
5.根据权利要求1所述的检测设备，其中所述计算单元基于接收到的光的量的所述增加量，并且基于预先存储的荧光变化量与生物来源的粒子的量之间的关系计算由所述收集构件收集的空气中的生物来源的粒子的量。
6.根据权利要求1所述的检测设备，其还包括：收集机构，所述收集机构用于通过所述收集构件收集空气中的粒子。
7.根据权利要求6所述的检测设备，其还包括：
容纳所述收集机构的收集室；
与所述收集室分隔且容纳所述发光元件和所述光接收元件的检测室；和
移动机构，所述移动机构用于将位于所述收集室内的所述收集构件移动到所述检测室，并且用于将位于所述检测室内的所述收集构件移动到所述收集室。
8.根据权利要求6所述的检测设备，其还包括用于清洁所述收集构件的清洁单元。
9.根据权利要求1所述的检测设备，其中所述发光元件被布置成以使光以朝向布置于所述检测设备内的所述收集构件的方向发射。
10.根据权利要求1所述的检测设备，其还包括显示单元，所述显示单元用于将所述计算单元计算的结果显示为测量结果。
11.根据权利要求1所述的检测设备，其中所述发光元件发射能够激发生物中的物质的波长范围内的光。
12.根据权利要求11所述的检测设备，其中所述发光元件发射波长范围为300nm至450nm的光。
13.一种在包括发光元件和光接收元件的检测设备中检测由能够布置于所述检测设备内的收集构件收集的生物来源的粒子的方法，所述方法包括下述步骤：
测量在加热前用由发光元件发射的光照射的所述收集构件的荧光量；
测量在加热后用由所述发光元件发射的光照射的所述收集构件的荧光量；并且
基于加热后从所述收集构件测量的所述荧光量比加热前从所述收集构件测量的所述荧光量的增加量计算由所述收集构件收集的生物来源的粒子的量。
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