CN106525516A - 一种采集大气源中微塑料的自动采集仪 - Google Patents
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Abstract
本申请属于大气颗粒采集技术领域，具体涉及一种采集大气源中微塑料的自动采集仪。本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪由控制器、雨水感应系统、迎风采集部分和沉降采集系统组成，能自动感应大气环境中的天气状况，并根据不同的天气状况切换采集系统形态，从而完成采集仪在不同天气状况下的采集工作。所提供的采集仪有利于采集到不同环境下的微塑料样本，为后续的研究工作提供可靠的样本来源，具有操作简便、采集数据准确和适用环境广泛等优点。
Description
技术领域
本发明属于大气颗粒采集技术领域，具体涉及一种采集大气源中微塑料的自动采集仪。
背景技术
随着城市化与工业化的推进，大气污染问题日益严峻。其中大气颗粒物污染作为影响空气质量的首要因素，成为当代环境科学、大气化学的研究热点。大气颗粒物是指大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称，它的成分多样，按照颗粒物尺寸的不同可分为总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)等。颗粒物常被污染物附着，并且颗粒物可沉降、可存留于大气中，也可在大气动力的作用下被转移，因此颗粒物的污染影响范围广，影响深远，已经成为全球重点关注的环境问题之一。
目前，环境监测和探究主要集中于PM2.5、PM10以及通过干、湿沉降而进入地表环境的重金属、多环芳烃致癌物、含氮物质等物质的采集检测，对于大气中其它的微颗粒物如微塑料等极少提及。微塑料是直径小于5mm的塑料颗粒，为《联合国环境规划署2014年鉴》重提出的十大新兴污染物之一。据Dris等在2015年的研究显示，在法国巴黎由大气沉降所带来的微塑料达到280颗粒/平方米，并估算整个巴黎每年由大气沉降所带来的微塑料可达3-10吨，因此大气环境中微塑料的存在及其沉降行为，是大气污染的重要角色，也是地表水环境微塑料污染的重要来源之一。微塑料除了本身含有添加剂如壬基苯酚(NP)、双酚-A等外，还会从周围环境中吸收一些疏水性的持久性有毒物质以及一些其它金属化学物质，因此，其较一般的微污染物毒性更强。同时，由于尺寸较小的特点使得微塑料极容易被环境中的生物误食并通过食物链进行传递。这使得微塑料不仅成为污染物的来源，同时也成为了传播污染物的载体。有鉴于此，有必要对大气源中微塑料的沉降、归趋及其对生态环境危害等方面做进一步研究，然而如何采集更加全面的大气、水体样本，将成为至关重要的一步。
目前对微塑料的采样方法主要是直接采样法，包括注射器采样和塑料袋采样等。然而，这种人工采样取样的方法不仅监测工作繁琐，也很难保证检测结果的准确性。其他方法如定点抽水取样法所得的样本容易受到水源生物的破坏，较大的影响样本数据的准确性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采集大气源中微塑料的自动采集仪，可实现自动采集不同天气状况下的大气源中微塑料样本，免去繁琐的人工操作，样本数据的准确性高。
本发明的具体技术方案如下：
本发明提供了一种采集大气源中微塑料的自动采集仪，其特征在于，包括：控制器、雨水感应器、挡板系统、迎风采集系统和沉降采集系统；
所述控制器接收所述雨水感应器传递的信号，移动所述挡板系统封闭所述迎风采集系统或沉降采集系统的采样口，用于切换所述迎风采集系统和沉降采集系统。
优选的，所述挡板系统包括：第一挡板和第二挡板；
所述沉降采集系统包括：干沉降采集系统和湿沉降采集系统；
所述雨水感应器在感应到持续降雨信号时，将信号传递至所述控制器，所述控制器移动所述第一挡板封闭所述迎风采集系统的采样口以及移动所述第二挡板封闭所述干沉降采集系统的采样口，湿沉降采集系统开启；
所述雨水感应器在不再感应到持续降雨信号时，将信号传递至所述控制器，所述控制器移动所述第二挡板封闭所述湿沉降采集系统的采样口和移动所述第一挡板打开所述迎风采集系统的采样口，所述干沉降采集系统和所述迎风采集系统同时开启。
优选的，所述雨水感应器设有倒计时功能；
当所述雨水感应器在感受到雨滴时，所述倒计时功能开启，所述雨水感应器在倒计时内以及倒计时结束后感应到持续降雨信号时，所述湿沉降系统开启，所述干沉降采集系统和迎风采集系统关闭；
当天气转晴时，所述倒计时功能开启，所述雨水感应器在倒计时以及倒计时结束后感应不到降雨信号时，所述干沉降采集系统和迎风采集系统开启，所述湿沉降系统封闭。
优选的，所述迎风采集系统包括：迎风采集装置、第一滤网、采集箱、第一固定装置和升降装置；
在所述迎风采集装置的采样口设置有风向标和迎风挡板，所述迎风挡板的迎风面和所述风向标的箭头指向一致；
所述第一滤网水平设置于所述迎风采集装置内；
所述采集箱连接所述迎风采集装置的底部。
优选的，所述自动采集仪还包括：第一固定装置和升降装置；
所述采集箱设置于所述第一固定装置的底部；
所述第一固定装置设置于所述升降装置上，用于调整所述迎风采集装置的高度；
所述第一挡板连接所述第一固定装置。
优选的，所述干沉降采集系统包括：干沉降采集装置、第二滤网和集尘箱；
所述湿沉降采集系统包括：湿沉降采集装置、第三滤网和集水箱；
所述第二滤网水平设置于所述干沉降采集装置内；
所述第三滤网水平设置于所述湿沉降采集装置内；
所述集水箱通过导管连接所述湿沉降采集装置的底部；
所述集尘箱连接所述干沉降采集装置的底部。
优选的，所述迎风采集系统的采样口为所述迎风采集装置的采样口；
所述干沉降采集系统的采样口为所述干沉降采集装置的采样口；
所述湿沉降采集系统的采样口为所述湿沉降采集装置的采样口。
优选的，所述自动采集仪还包括：第二固定装置；
所述集尘箱和集水箱设置于所述第二固定装置中；
所述第二挡板连接所述第二固定装置。
优选的，所述挡板系统还包括：第三档板；
所述第三档板可升降设置于所述第二固定装置内，围在所述干沉降系统的四周；
所述第三挡板可在竖直方向上进行升降调节，当所述第二挡板移动至所述干沉降系统的采样口时，所述第三档板上升并与所述第二挡板相接。
优选的，所述自动采集仪还包括：自动记录装置；
所述自动记录装置设置于所述第二固定装置内，介于所述集尘箱和所述集水箱之间；
所述自动记录装置连接所述集尘箱和所述集水箱，用于实时记录所述集尘箱收集的大气颗粒和所述集水箱收集的积水。
本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪由控制器、雨水感应系统、迎风采集部分和沉降采集系统组成，能自动感应大气环境中的天气状况，并根据不同的天气状况切换采集系统形态，从而完成采集仪在不同天气状况下的采集工作。本发明所提供的自动采集仪可完成多种天气状况下样本采集工作，不仅能实现在风力作用下对大气样本的迎风采集，又能实现在重力作用下对沉降物在干、湿环境的分开采集，有利于采集到更加全面的微塑料样本，可为后续的研究工作提供可靠的样本来源，具有操作简便、采集数据准确和适用环境广泛等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪在干燥环境下的结构示意图；
图2为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪在降雨环境下的结构示意图；
图3为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪的迎风采集系统在干燥环境下的全剖主视图；
图4为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪的迎风采集系统在干燥环境下的左视图；
图5为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪的迎风采集系统在降雨环境下的全剖主视图；
图6为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪的迎风采集系统在降雨环境下的俯视图；
图7为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪在降雨环境下的沉降采集系统的全剖主视图；
图8为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的第一固定装置的结构示意图；
其中，迎风采集装置1、第一滤网2、采集箱3、干沉降采集装置4、第二滤网5、集尘箱6、湿沉降采集装置7、第三滤网8、集水箱9、风向标11、迎风挡板12、第一挡板13、第一固定装置14、升降装置15、第三挡板21、自动记录仪24、第二挡板23、第二固定装置22和导管91。
具体实施方式
下面将结合本发明说明书附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解，对本发明的具体实施例进行修改或者对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明保护的范围中。
参照图1至图8，本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪，包括：控制器、雨水感应器、挡板系统、迎风采集系统和沉降采集系统。其中，控制器接收所述雨水感应器传递的信号，移动所述挡板系统，封闭所述迎风采集系统或沉降采集系统的采样口，用于切换所述迎风采集系统和沉降采集系统。
其中，挡板系统包括：第一挡板13和第二挡板23；沉降采集系统包括：干沉降采集系统和湿沉降采集系统。雨水感应器设有倒计时功能，优选的，倒计时设为10秒。
当雨水感应器感应到雨滴时，倒计时功能开启。在倒计时内以及倒计时结束后仍感应到持续降雨信号时，降雨信号传递至控制器，控制器移动第一挡板13封闭迎风采集系统的采样口和移动第二挡板23封闭干沉降采集系统的采样口，湿沉降系统开启，干沉降采集系统和迎风采集系统关闭；在倒计时内以及倒计时结束后感应到降雨不连续或者无感应到降雨信号时，将信号传递至控制器，控制器移动第二挡板23封闭湿沉降采集系统的采样口和移动第一挡板13打开迎风采集系统的采样口，干沉降采集系统和迎风采集系统开启，湿沉降系统关闭。
当天气晴朗时，倒计时功能开启。在倒计时内以及倒计时结束后仍无感应到持续降雨信号时，干沉降采集系统和迎风采集系统开启，湿沉降系统关闭；在倒计时内以及倒计时结束后感应到持续降雨信号时，湿沉降系统开启，干沉降采集系统和迎风采集系统关闭。
所述迎风采集系统包括：迎风采集装置1、第一滤网2、采集箱3、第一固定装置14和升降装置15。
第一滤网2水平设置于所述迎风采集装置内，采集箱3连接所述迎风采集装置1的底部，采集箱3设置于所述第一固定装置14的底部，第一挡板13连接第一固定装置14。同时，第一固定装置14设置于所述升降装置15上，通过调整升降装置15的高度可将迎风采集装置1安放在不同高度，从而完成迎风采集装置1对所需样本的采集工作。
在迎风采集装置的采样口设置有风向标11和迎风挡板12，风向标11在测定好风向后发出信号，控制器接受信号后通过电力控制的方式控制迎风挡板12的移动，使得迎风挡板12的迎风面和风向标11的箭头指向一致，进而实现迎风采集。
干沉降采集系统包括：干沉降采集装置4、第二滤网5和集尘箱6。第二滤网5水平设置于干沉降采集装置4内，集尘箱6连接所述干沉降采集装置4的底部。自动采集仪能对大气中的干沉降物进行采集，干沉降物经过干沉降采集装置4与第二滤网5后到达集尘箱6，从而完成大气干沉降样本的采集工作。本实施例中，干沉降采集原理是对颗粒物在重力的作用下所产生的沉降物进行采集，将干沉降采集装置4的采样口设计成广口的形态，能适当增加在大气干沉降采集形态时所采得的样本量。
湿沉降采集系统包括：湿沉降采集装置7、第三滤网8和集水箱9。第三滤网8水平设置于湿沉降采集装置7内，集水箱9通过导管91连接所述湿沉降采集装置7的底部。自动采集仪能对大气中的湿沉降物进行采集，湿沉降物依次经过湿沉降采集装置7、第三滤网8和导管91后到达集水箱9，从而完成自动采集仪对大气湿沉降样本的采集工作。
在本发明实施例中所提供的自动采集仪还包括：第二固定装置22。集尘箱6和集水箱9设置于所述第二固定装置22中，第二挡板23设置于所述第二固定装置22上。
进一步的，自动采集仪还包括：四块第三档板21；第三挡板21设置于所述第二固定装置22内，围在干沉降系统的四周，用于避免湿沉降采集系统开启状态时雨滴进入干沉降采集系统内，影响干沉降采集数据的准确性。
第三档板21可在垂直方向上进行升降调节，控制器控制第二挡板23移动至干沉降系统的采样口的同时第三档板21上升，然后与所述第二挡板23相接。
进一步的，自动采集仪还包括：自动记录装置24。该自动记录装置24设置于所述第二固定装置22内，介于所述集尘箱6和所述集水箱9之间。自动记录装置24连接所述集尘箱6和所述集水箱9，用于实时记录所述集尘箱6收集的大气颗粒和所述集水箱9收集的积水。
更进一步的，所述雨水感应器设有倒计时功能。
雨水感应系统在倒计时10秒内或倒计时结束后感应到持续降雨时，将信号传递至控制器，控制器控制第一挡板13移动，封闭所述迎风采集系统的采样口，迎风采集中止；同时，控制器控制第二挡板23移动，封闭干沉降采集系统的采样口，自动采集仪转变为湿沉降采集形态。
当雨水感应系统不再感应到降雨后，将信号传递至控制器，控制器控制第二挡板23移动，封闭湿沉降采集系统的采样口，转变成湿沉降采集形态；同时，控制器控制第一挡板13移动，打开迎风采集系统的采样口，迎风采集形态恢复。完成转换后，自动记录装置24完成前次沉降数据的记录并存储数据。
更进一步的，所述迎风采集系统的采样口为所述迎风采集装置1的采样口，干沉降采集系统的采样口为所述干沉降采集装置4的采样口；所述湿沉降采集系统的采样口为所述湿沉降采集装置7的采样口。
采用本实施例所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪进行大气采样的过程具体如下：
1、将所述自动采集仪置于露天环境中，开启控制器，启动雨水感应系统；
在天气干燥时，倒计时功能开启，当雨水感应系统在10秒倒计时内以及倒计时结束后无感应到持续降雨时，控制器控制第二挡板23和第三档板21移动并封闭湿沉降采集系统的采样口，迎风采集系统和干沉降采集系统开启。此时，由风力所带来的颗粒物经过迎风采集装置1与第一滤网2后到达采集箱3；同时，沉降物经过干沉降采集装置4的采样口和第二滤网5后到达所述集尘箱6，并由所述自动记录装置24完成采集时间段的记录，大气干沉降采样完成；
当雨水感应器感应到雨滴时，倒计时功能开启，雨水感应系统在倒计时10秒内或者倒计时结束后感应到持续降雨，采集状态转换为湿沉降采集状态，控制器控制第一挡板13移动并封闭迎风采集装置1的采样口，控制器控制第二挡板23移动并封闭干沉降采集系统的采样口，开启湿沉降采集系统。湿沉降采集系统开启时，雨水依次经过所述湿沉降采集装置7的采样口、第三滤网8和导管91后流至所述集水箱9，并由所述自动记录装置24完成采集时间段的记录，大气湿沉降采样完成。
2、取出采集箱3，采用原位采集分离的方法，对由风力所带来的颗粒物中的微塑料进行分离。
3、取出集尘箱6，采用原位采集分离的方法，对干沉降样本中的微塑料进行分离。
4、取出集水箱9，采用原位采集分离的方法，对湿沉降样本中的微塑料进行分离。
本发明中所描述的具体实施例为本发明所提供的一种采集大气源中微塑料的自动采集仪及其采集过程的优选实施例。本发明所属技术领域的技术人员可根据不同的采集环境、不同的采集目的，对所描述的具体实施例加以修改或补充。另外，本专利申请文件中多次使用的控制器、雨水感应器、挡板系统、迎风采集装置1、采集箱3、干沉降采集装置4、集尘箱6、湿沉降采集装置7、集水箱9、导管91、自动记录装置24、第一滤网2、第二滤网5、第三滤网8、升降装置15、第一固定装置14和第二固定装置22等术语，仅仅为了更方便地描述和解释本发明的本质，如果使用其他术语并不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种采集大气源中微塑料的自动采集仪，其特征在于，包括：控制器、雨水感应器、挡板系统、迎风采集系统和沉降采集系统；
所述控制器接收所述雨水感应器传递的信号，移动所述挡板系统封闭所述迎风采集系统或沉降采集系统的采样口，用于切换所述迎风采集系统和沉降采集系统。
2.根据权利要求1所述的自动采集仪，其特征在于，所述挡板系统包括：第一挡板和第二挡板；
所述沉降采集系统包括：干沉降采集系统和湿沉降采集系统；
所述雨水感应器在感应到持续降雨信号时，将信号传递至所述控制器，所述控制器移动所述第一挡板封闭所述迎风采集系统的采样口以及移动所述第二挡板封闭所述干沉降采集系统的采样口，湿沉降采集系统开启；
所述雨水感应器在不再感应到持续降雨信号时，将信号传递至所述控制器，所述控制器移动所述第二挡板封闭所述湿沉降采集系统的采样口和移动所述第一挡板打开所述迎风采集系统的采样口，所述干沉降采集系统和所述迎风采集系统同时开启。
3.根据权利要求2所述的自动采集仪，其特征在于，所述雨水感应器设有倒计时功能；
当所述雨水感应器感应到雨滴时，所述倒计时功能开启，所述雨水感应器在倒计时内以及倒计时结束后感应到持续降雨信号时，所述湿沉降系统开启，所述干沉降采集系统和迎风采集系统关闭；
当天气转晴时，所述倒计时功能开启，所述雨水感应器在倒计时以及倒计时结束后感应不到降雨信号时，所述干沉降采集系统和迎风采集系统开启，所述湿沉降系统封闭。
4.根据权利要求2所述的自动采集仪，其特征在于，所述迎风采集系统包括：迎风采集装置、第一滤网、采集箱、第一固定装置和升降装置；
在所述迎风采集装置的采样口设置有风向标和迎风挡板，所述迎风挡板的迎风面和所述风向标的箭头指向一致；
所述第一滤网水平设置于所述迎风采集装置内；
所述采集箱连接所述迎风采集装置的底部。
5.根据权利要求4所述的自动采集仪，其特征在于，还包括：第一固定装置和升降装置；
所述采集箱设置于所述第一固定装置的底部；
所述第一固定装置设置于所述升降装置上，用于调整所述迎风采集装置的高度；
所述第一挡板连接所述第一固定装置。
6.根据权利要求2所述的自动采集仪，其特征在于，所述干沉降采集系统包括：干沉降采集装置、第二滤网和集尘箱；
所述湿沉降采集系统包括：湿沉降采集装置、第三滤网和集水箱；
所述第二滤网水平设置于所述干沉降采集装置内；
所述第三滤网水平设置于所述湿沉降采集装置内；
所述集水箱通过导管连接所述湿沉降采集装置的底部；
所述集尘箱连接所述干沉降采集装置的底部。
7.根据权利要6所述的自动采集仪，其特征在于，所述迎风采集系统的采样口为所述迎风采集装置的采样口；
所述干沉降采集系统的采样口为所述干沉降采集装置的采样口；
所述湿沉降采集系统的采样口为所述湿沉降采集装置的采样口。
8.根据权利要求6所述的自动采集仪，其特征在于，还包括：第二固定装置；
所述集尘箱和集水箱设置于所述第二固定装置中；
所述第二挡板连接所述第二固定装置。
9.根据权利要求8所述的自动采集仪，其特征在于，所述挡板系统还包括：第三档板；
所述第三档板升降设置于所述第二固定装置内，围在所述干沉降系统的四周；
所述第三挡板可在竖直方向上进行升降调节，当所述第二挡板移动至所述干沉降系统的采样口时，所述第三档板上升并与所述第二挡板相接。
10.根据权利要8所述的自动采集仪，其特征在于，还包括：自动记录装置；
所述自动记录装置设置于所述第二固定装置内，介于所述集尘箱和所述集水箱之间；
所述自动记录装置连接所述集尘箱和所述集水箱，用于实时记录所述集尘箱收集的大气颗粒和所述集水箱收集的积水。
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