CN108375530A - 一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置 - Google Patents
一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108375530A CN108375530A CN201810285910.7A CN201810285910A CN108375530A CN 108375530 A CN108375530 A CN 108375530A CN 201810285910 A CN201810285910 A CN 201810285910A CN 108375530 A CN108375530 A CN 108375530A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light path
- fluorescence
- light
- detection method
- device based
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000001499 laser induced fluorescence spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 16
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 claims description 10
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 8
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 abstract description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003570 air Substances 0.000 description 31
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 14
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 12
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 10
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 8
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 7
- 229930027945 nicotinamide-adenine dinucleotide Natural products 0.000 description 6
- BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N nicotinamide-adenine dinucleotide Chemical compound C1=CCC(C(=O)N)=CN1[C@H]1[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O2)N2C3=NC=NC(N)=C3N=C2)O)O1 BOPGDPNILDQYTO-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 4
- 235000019192 riboflavin Nutrition 0.000 description 4
- 239000002151 riboflavin Substances 0.000 description 4
- 201000004624 Dermatitis Diseases 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 244000000010 microbial pathogen Species 0.000 description 3
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000193830 Bacillus <bacterium> Species 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 208000010668 atopic eczema Diseases 0.000 description 2
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 2
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 206010022000 influenza Diseases 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 229950006238 nadide Drugs 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 2
- 235000001674 Agaricus brunnescens Nutrition 0.000 description 1
- 206010002198 Anaphylactic reaction Diseases 0.000 description 1
- 241000228212 Aspergillus Species 0.000 description 1
- 241001225321 Aspergillus fumigatus Species 0.000 description 1
- 206010003757 Atypical pneumonia Diseases 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010011224 Cough Diseases 0.000 description 1
- 241001337994 Cryptococcus <scale insect> Species 0.000 description 1
- 206010012434 Dermatitis allergic Diseases 0.000 description 1
- 241000228404 Histoplasma capsulatum Species 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N L-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N 0.000 description 1
- 241000589248 Legionella Species 0.000 description 1
- 208000004023 Legionellosis Diseases 0.000 description 1
- 208000007764 Legionnaires' Disease Diseases 0.000 description 1
- 241000712079 Measles morbillivirus Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 231100000678 Mycotoxin Toxicity 0.000 description 1
- 241000228127 Penicillium griseofulvum Species 0.000 description 1
- 201000004681 Psoriasis Diseases 0.000 description 1
- 206010039085 Rhinitis allergic Diseases 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001279364 Stachybotrys chartarum Species 0.000 description 1
- 241000194017 Streptococcus Species 0.000 description 1
- 241001312524 Streptococcus viridans Species 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N Tryptophan Natural products C1=CC=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000024780 Urticaria Diseases 0.000 description 1
- 244000154870 Viola adunca Species 0.000 description 1
- 235000005811 Viola adunca Nutrition 0.000 description 1
- 235000013487 Viola odorata Nutrition 0.000 description 1
- 235000002254 Viola papilionacea Nutrition 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 239000013566 allergen Substances 0.000 description 1
- 201000010105 allergic rhinitis Diseases 0.000 description 1
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 230000036783 anaphylactic response Effects 0.000 description 1
- 208000003455 anaphylaxis Diseases 0.000 description 1
- 229940091771 aspergillus fumigatus Drugs 0.000 description 1
- 208000006673 asthma Diseases 0.000 description 1
- 201000008937 atopic dermatitis Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000012921 fluorescence analysis Methods 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- 230000002538 fungal effect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 210000000214 mouth Anatomy 0.000 description 1
- 239000002636 mycotoxin Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 201000004647 tinea pedis Diseases 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 241000712461 unidentified influenza virus Species 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
- G01N15/0205—Investigating particle size or size distribution by optical means
- G01N15/0211—Investigating a scatter or diffraction pattern
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其主要部件包括光路、与光路相交的气路、与光路连接的信号处理系统。光路包括激光发射光路、散射光接收光路和荧光接收光路；气路用于采样被测粒子；信号处理系统用于分析和处理信号，包括散射光处理系统和荧光处理系统。本发明基于激光诱导荧光的原理，可同时实现对空气中微生物颗粒物以及非生物颗粒物的粒径、浓度的实时监测。通过单个粒子在激光照射下产生的散射光和荧光信号判断被检测颗粒的粒径大小和生物属性，并对采样气流中的粒子进行计数，实现空气微生物浓度的自动化检测，操作简便，监测实时性强、灵敏度高、准确度高。
Description
技术领域
本发明属于空气微生物和颗粒物监测领域，具体涉及一种生物气溶胶实时监测方法及其装置，可监测空气中细菌、真菌等微生物颗粒物的浓度、数量、粒径等。
背景技术
空气中可以存活的微生物主要有：(一)细菌和病毒。室内主要的细菌和病毒有溶血性链球菌、绿色链球菌、肺炎双球菌、流感病毒、脑膜炎球菌、结核杆菌、麻疹病毒等。这些细菌和病毒可依附在空气中的尘埃上进行传播。人们通过说话、咳嗽、打喷嚏等活动，可以将口腔、咽喉、气管、肺部的病原微生物通过飞沫喷入空气，传播给别人。室内空气中，特别在通风不良、人员拥挤的环境中可有较多的致病微生物存在。(二)军团菌。军团菌属于革兰氏阴性杆菌，又称作军团杆菌，是水及潮湿空气中常见的一群微生物，其存在的环境是天然淡水源。它的最适宜生存温度为35℃，pH值为6.9～7.0军团杆菌广泛存在于土壤和水体中，抵抗力较强，在自然环境中(例如自来水中)至少可以存活1年以上，在蒸馏水中也能存活100天左右。军团杆菌病的爆发时间一般是在仲夏和初秋，且易发生在封闭式中央空调房间内。除空气中原有的一些微生物外，也存在来自由人体、动物、土壤和植物碎屑携带的细菌和病毒的某些病原微生物。许多病毒如流感、非典型性肺炎等病毒可以通过空气、唾液传播。(三)真菌。室内空气中的含毒素真菌包括葡萄穗霉、曲霉菌、灰黄青霉和镰刀菌类；致病真菌包括烟曲霉菌、组织胞浆菌和隐球酵母菌。真菌需要养分、水分和真菌孢子，方可大量繁殖，通过空气传播。真菌是自然界分布最广的一类生物体，在亚洲、非洲的温、湿度较高的地区，适合真菌生长。人们受真菌的感染，易患脚气、皮炎、皮癣、湿疹等症。有些真菌能通过其毒性代谢物霉菌毒素致癌。(四)尘螨。尘螨普遍存在于人类居住和工作的环境中，适宜在空气流通情况差，温度、湿度适合，且密闭的环境中生存，对环境的抵抗力很弱。尘螨是一种极强的变应原，能引起呼吸道过敏和皮肤过敏，主要症状是哮喘、过敏性皮炎、过敏性鼻炎、荨麻疹等。微生物能产生各种休眠体，可在空气中长时间存活，并借助空气介质扩散和传输，从而导致各种传染病的爆发与蔓延，造成严重危害。
微生物颗粒物在空气中主要以气溶胶的形式存在，其含有多种有机分子，其中主要的荧光物质为色氨酸、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、核黄素等。生物体的这些代谢物在紫外光或蓝紫光照射下会发出本征荧光，其中，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)发射谱范围主要在480～600nm之间，其中490～530nm是最强信号；核黄素发射光谱范围主要在500～620nm之间，其中530～560nm是最强信号。不同的微生物颗粒物所含的成分往往不同，如细菌、真菌、孢子中往往含有上述各种有机分子，而病毒、毒素中一般仅含有氨基酸成分。所以，不同的微生物颗粒物呈现不同的光吸收与发光特性。
生物气溶胶的监测适用于对如医药工业洁净室、医院洁净手术室等需要高洁净度的环境空气质量的的空间的评价以及对人流密集场所、流感高发区诸如列车车厢、车站候车大厅、商场、养殖场等地的环境空气质量的评价和预警。
现有的微生物检测方法主要是浮游菌采样培养法：通过浮游菌采样器收集悬浮在空气中的活性微生物颗粒物于培养皿的培养基上，在适宜的条件下让其繁殖到可见的菌落进行计数，以培养皿中的菌落数来判定洁净环境内的活微生物数，并以此来评定洁净室(或洁净区)的微生物颗粒物洁净度。
上述现有方法存在如下缺点：(一)由于待测样品不易完全分散成单个细胞，故所形成的菌落并非都是单菌落，有一部分是由两个以上的细胞长成的，因此平板菌落计数的检测结果会比实际菌落数偏低。(二)有些细菌是无法培养检测的，或培养基只能选择培养部分菌种，因此限制了此类方法的应用范围。(三)此种方法检测周期长、空间分离培养的自动化操作较难实现。
此外近年来微生物颗粒物实时监测装置亦有所发展，如中国无锡迈通科学仪器有限公司的气溶胶实时监测仪(专利申请号：201610084385.3)、南京先进激光技术研究院的微生物颗粒物光学检测系统(专利申请号：201510968715.0)、中国科学院上海光学精密机械研究所的微生物颗粒物激光监测预警与鉴别装置及方法(专利申请号：201610381982.2)。本专利提出的一种基于激光诱导荧光的实时生物气溶胶检测装置可同时实现对微生物颗粒物以及非微生物颗粒物的识别以及浓度计算，本装置内部构造有所不同，具有设备制造难度较小、准度较高等优点。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种实时生物气溶胶的检测方法及检测装置，能同时监测空气中微生物颗粒物以及非微生物颗粒物的浓度，通过对微生物颗粒物以及非微生物颗粒物的识别区分，实现了实时监测空气中微生物颗粒物的浓度、数量并提高了监测准确率。
技术方案：一种实时生物气溶胶检测装置，包括光路，与光路相交的气路，与光路连接的信号处理系统：
光路，包括用于照射被测粒子的激光发射光路、接收散射光信号的散射光收集光路和接收荧光信号的荧光收集光路。
气路，用于采样被测粒子，最小探测分辨率为一个微生物颗粒物。
光信号处理系统，用于分析和处理信号，包括散射光前置放大器31和荧光前置放大器35。
所述激光发射光路包括激光发射器101、平凸柱面镜102、光阱104，半导体激光器101发出的激光束被平凸柱面镜102一维聚焦成细长光斑，用于照射被测粒子。平凸柱面镜102的焦点处形成的光照射区域与采样气流的相交区域称为光敏感区，激光发射光路的光轴与平凸柱面镜102焦线的交点即为光敏感区的中心103。采样气流的中心轴线经过光敏感区的中心。
所述散射光收集光路包括沿收集方向上依次设置的平凸透镜109、长波截止滤光片108、平凸透镜107、散射光光阑106和散射光探测器105。平凸透镜109与光敏感区中心103的距离为其焦距，散射光光阑106位于平凸透镜107的焦点处，散射光探测器105与散射光前置放大器31相连。
所述荧光收集光路包括沿收集方向上依次设置的平凸透镜110、短波截止滤光片111、平凸透镜112、荧光光阑113和荧光探测器114。平凸透镜110与光敏感区中心103的距离为其焦距，荧光光阑113位于平凸透镜112的焦点处，荧光探测器114与荧光前置放大器35相连。
所述气路为采样气路，包括进气口、出气口及真空气泵。进气口与出气口分别位于激光发射光路与收集光路构成的平面的两侧。在真空气泵的驱动下，被采样气体从进气口进入，气体中的粒子以一定的速度逐个通过光敏感区，之后从出气口排出。
信号处理系统还包括滤波器32、A/D转换器33、上位机34。滤波器32的输入端分别与散射光前置放大器31和荧光前置放大器35相连，滤波器的输出端与A/D转换器33相连。首先对荧光信号和散射光进行光电转换，通过光电探测器将光功率转换为光电流，之后经过前置放大器将光电流转化为电压并放大，变成可检测信号。经光电器件输出的电信号中混杂着诸多高频噪声，所以将放大后的信号送至滤波器滤除信号中的高频噪声，再经A/D转换器33将信号变为数字信号，由通讯接口送至上位机34进行分析、显示等处理，最终计算出各个粒径段内的粒子的数量以及微生物颗粒物的数量。
所述激光发射器的波长为405nm的半导体激光器，可有效探测生物活性物质NADH、核黄素等，诱导其激发荧光。
工作原理：半导体激光器101发出405nm激光，在平凸柱面镜102的作用下，平行光截面从圆形变为矩形(垂直方向上的光被聚焦)，焦线与气路管道中轴线相交，形成光敏感区，穿过光敏感区的激光进入光阱104被吸收。待测离子在气泵的作用下，通过进气口进入光敏感区，发出散射光。若是微生物颗粒物，还会发出本征荧光。在垂直于激光发射光路的左侧是散射光信号接收系统，混合光经过平凸透镜109变为平行光，在长波截止滤光片108的作用下得到散射光，再经平凸透镜107汇聚后被散射光探测器105(光电二极管)吸收，进入散射光信号处理系统。在垂直于激光发射光路的右侧是荧光信号接收系统，混合光经过平凸透镜110变为平行光，在短波截止滤光片111的作用下得到荧光，再经平凸透镜112汇聚后被荧光探测器114(光电二极管)吸收，进入荧光信号处理系统。若不是微生物颗粒物，则不会接收到荧光信号。散射光信号经过散射光探测器(光电二极管)105后转化为电流信号，该电流信号极其微弱，经过散射光前置放大器31后光电流转化为电压并放大，变成可检测信号。经光电器件输出的电信号中混杂着诸多高频噪声，所以将放大后的信号送至滤波器32滤除信号中的高频噪声，再经A/D转换器33将信号变为数字信号，由通讯接口送至上位机进行分析、显示等处理，可计算出各个粒子的粒径大小，最终得到各个粒径段内的粒子的数量。荧光信号经过荧光探测器114(光电二极管)后转化为电流信号，该电流信号极其微弱，经过荧光前置放大器35后光电流转化为电压并放大，变成可检测信号。经光电器件输出的电信号中混杂着诸多高频噪声，所以将放大后的信号送至滤波器32滤除信号中的高频噪声，再经A/D转换器33将信号变为数字信号，由通讯接口送至上位机34进行分析、显示等处理，可得到该微生物颗粒所发出的荧光强度信息，从而可对微生物颗粒进行简单的分类和统计。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果如下：
(1)可实现对空气微生物浓度的自动化监测，操作简便。打开仪器开关即可对环境空气微生物浓度进行监测，得到实时数据，无需培养等复杂操作，对操作人员的技能要求低。
(2)检测灵敏度高，实时性强。传统培养法耗时长，往往需要几天以后才能测出当时的微生物浓度。本发明针对单个粒子进行散射光和荧光分析，因此当空气微生物浓度较低时照样能检测到微生物的存在，因此灵敏度较高。
(3)检测精确度较高。传统培养法只能检测到可培养的微生物数量，本发明能够对大多数的微生物进行检测。
附图说明
图1为本发明中散射光收集光路、荧光收集光路和激光发射光路示意图；
图2为气路和激光发射光路的示意图；
图3为信号处理系统的示意图。
图4为本发明的三维模型图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明，以便更好地理解本发明。
如图1所示，激光发射光路包括半导体激光器101、平凸柱面镜102、光阱104。半导体激光器发出的激光经过平凸柱面镜102被一维聚焦成细长光斑。柱面镜102的焦线与气路管道的中轴线相交，形成光敏感区，相交点即为光敏感区的中心103。
散射光收集光路包括沿垂直于激光照射方向向左的平凸透镜109、长波截止滤光片108、平凸透镜107、散射光光阑106、散射光探测器105。混合光经过平凸透镜109变为平行光，在长波截止滤光片108的作用下得到散射光，再经平凸透镜107汇聚后被散射光探测器105(光电二极管)吸收，进入散射光信号处理系统。光阑106用于消除杂散光。
荧光收集光路包括沿垂直于激光照射方向向右的平凸透镜110、短波截止滤光片111、平凸透镜112、荧光光阑113、荧光探测器114。混合光经过平凸透镜110变为平行光，在短波截止滤光片111的作用下得到荧光，再经平凸透镜112汇聚后被荧光探测器114(光电二极管)吸收，进入荧光信号处理系统。光阑113用于消除杂散光。
散射光信号经过散射光探测器105(光电二极管)后转化为电流信号，该电流信号极其微弱，经过前置放大器31后光电流转化为电压并放大，变成可检测信号，经过上述步骤检测到一次电流信号即为检测到一个颗粒物。经光电器件输出的电信号中混杂着诸多高频噪声，所以将放大后的信号送至滤波器32滤除信号中的高频噪声，再经A/D转换器33将信号变为数字信号，由通讯接口送至上位机34进行分析、显示等处理，可计算出各个粒子的粒径大小，最终得到各个粒径段内的粒子的数量。
荧光信号经过荧光探测器114(光电二极管)后转化为电流信号，该电流信号极其微弱，经过前置放大器35后光电流转化为电压并放大，变成可检测信号，经过上述步骤检测到一次电流信号即为检测到一个微生物颗粒物。经光电器件输出的电信号中混杂着诸多高频噪声，所以将放大后的信号送至滤波器32滤除信号中的高频噪声，再经A/D转换器33将信号变为数字信号，由通讯接口送至上位机34进行分析、显示等处理，可得到该微生物颗粒所发出的荧光强度信息，从而可对微生物颗粒进行简单的分类和统计。
本发明的半导体激光器101采用波长为405nm的半导体激光器，功率为200mW。可有效激发微生物颗粒中的核黄素、NADH发出本征荧光。平凸透镜102的焦距为47.4mm。进气口和出气口的直径均为6mm，中间气路管道的直径为2mm，空气采样流量为流量1L/min，管内气流雷诺数为400～2500。光阱104由吸收玻璃和内壁具有消光纹的光陷阱座组成。吸收玻璃的外形为具有45°斜面的圆柱体，材料采用中性灰色玻璃，45°斜面抛光后镀405nm高透膜。平凸透镜107、平凸透镜109、平凸透镜110、平凸透镜112均为非球面透镜且焦距均为55mm。平凸透镜109和平凸透镜110与光敏感区中心103所张的平面角为48.88°，立体角为0.1792π。长波截止滤光片108的截止波长为420nm，短波截止滤光片111的截止波长为420nm。光阑106和光阑113的通光孔径均为2.0mm，材质为铜。光电二极管105和光电二极管114均采用硅光电二极管，感光面积5.8×5.8mm2，光响应范围均为320～730nm。
Claims (10)
1.一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：包括光路，与光路相交的气路，与光路连接的信号处理系统。
2.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：所述激光发射光路包括激光发射器101、平凸柱面镜102、光阱104，所述光敏感区位于激光激发光路与气路的相交区域，柱面镜的焦点位于所述光路和气路交汇形成的光敏感区。
3.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：所述散射光收集光路包括沿收集方向上依次设置的平凸透镜109、长波截止滤光片108、平凸透镜107、散射光光阑106和散射光探测器105，散射光光阑106位于平凸透镜107的焦点处，散射光探测器105与散射光前置放大器相连31。
4.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：所述荧光收集光路包括沿收集方向上依次设置的平凸透镜110、短波截止滤光片111、平凸透镜112、荧光光阑113和荧光探测器114，荧光光阑113位于平凸透镜112的焦点处，荧光探测器114与荧光前置放大器35相连。
5.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：所述散射光收集光路采用420nm长波截止滤光片，可最大程度接收散射光信号同时过滤荧光信号。
6.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：所述荧光收集光路采用420nm短波截止滤光片，可最大程度接收生物颗粒发出的荧光信号同时过滤散射光信号。
7.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：所述荧光收集光路和散射光收集光路均与激光发射光路垂直。
8.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：中间通气管道气体流动雷诺数为400～2500。
9.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：信号处理系统包括荧光探测器114、散射光探测器105、荧光前置放大器35、散射光前置放大器31、滤波器32、A/D转换器33、上位机34。
10.如权利要求1所述的一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置，其特征在于：在垂直于激光发射光路的左侧是散射光信号接收系统，右侧是荧光信号接收系统。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810285910.7A CN108375530A (zh) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | 一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810285910.7A CN108375530A (zh) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | 一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108375530A true CN108375530A (zh) | 2018-08-07 |
Family
ID=63031817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810285910.7A Pending CN108375530A (zh) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | 一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108375530A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110873678A (zh) * | 2018-08-30 | 2020-03-10 | 北京华泰诺安探测技术有限公司 | 一种生物气溶胶粒子计数监测设备及其监测方法 |
| CN110927025A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-27 | 北京华泰诺安探测技术有限公司 | 一种气溶胶粒子监测设备 |
| CN110967284A (zh) * | 2019-05-17 | 2020-04-07 | 南京工业大学 | 一种双通道生物气溶胶实时监测仪 |
| CN111272639A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-12 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种荧光颗粒物检测装置及方法 |
| CN112649412A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-13 | 北京鼎蓝科技有限公司 | 一种基于atp生物荧光技术的生物气溶胶预警装置 |
| CN114778510A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-07-22 | 之江实验室 | 一种呼出气溶胶微生物快速检测方法 |
| WO2023125449A1 (zh) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | 天津怡和嘉业医疗科技有限公司 | 一种空气检测结构、空气过滤装置及呼吸机 |
| CN117571569A (zh) * | 2023-10-19 | 2024-02-20 | 西安理工大学 | 基于质量浓度因子的大气颗粒物浓度检测系统及检测方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1401788A (zh) * | 2002-09-06 | 2003-03-12 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 紫外激光生物粒子计数器 |
| CN1570604A (zh) * | 2004-05-09 | 2005-01-26 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 激光尘埃粒子计数器的微型光学传感器 |
| CN101162194A (zh) * | 2007-11-16 | 2008-04-16 | 苏州华达仪器设备有限公司 | 测量尘埃粒子的光学传感器 |
| US20080204746A1 (en) * | 2005-11-18 | 2008-08-28 | Gonzalez Cruz Jorge E | Novel optical sensor for the instantaneous detection and identification of bioaerosols |
| CN104764680A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-07-08 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双波长光学实时气溶胶粒子粒径检测装置 |
| CN106814015A (zh) * | 2017-02-08 | 2017-06-09 | 深圳市赛纳威环境科技有限公司 | 一种大流量颗粒物浓度检测传感系统 |
-
2018
- 2018-03-28 CN CN201810285910.7A patent/CN108375530A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1401788A (zh) * | 2002-09-06 | 2003-03-12 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 紫外激光生物粒子计数器 |
| CN1570604A (zh) * | 2004-05-09 | 2005-01-26 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 激光尘埃粒子计数器的微型光学传感器 |
| US20080204746A1 (en) * | 2005-11-18 | 2008-08-28 | Gonzalez Cruz Jorge E | Novel optical sensor for the instantaneous detection and identification of bioaerosols |
| CN101162194A (zh) * | 2007-11-16 | 2008-04-16 | 苏州华达仪器设备有限公司 | 测量尘埃粒子的光学传感器 |
| CN104764680A (zh) * | 2015-03-24 | 2015-07-08 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双波长光学实时气溶胶粒子粒径检测装置 |
| CN106814015A (zh) * | 2017-02-08 | 2017-06-09 | 深圳市赛纳威环境科技有限公司 | 一种大流量颗粒物浓度检测传感系统 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110873678A (zh) * | 2018-08-30 | 2020-03-10 | 北京华泰诺安探测技术有限公司 | 一种生物气溶胶粒子计数监测设备及其监测方法 |
| CN110873678B (zh) * | 2018-08-30 | 2022-06-10 | 北京华泰诺安探测技术有限公司 | 一种生物气溶胶粒子计数监测设备及其监测方法 |
| CN110967284A (zh) * | 2019-05-17 | 2020-04-07 | 南京工业大学 | 一种双通道生物气溶胶实时监测仪 |
| CN110927025A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-03-27 | 北京华泰诺安探测技术有限公司 | 一种气溶胶粒子监测设备 |
| CN110927025B (zh) * | 2019-12-05 | 2023-03-10 | 北京华泰诺安探测技术有限公司 | 一种气溶胶粒子监测设备 |
| CN111272639A (zh) * | 2020-02-28 | 2020-06-12 | 清华大学深圳国际研究生院 | 一种荧光颗粒物检测装置及方法 |
| CN112649412A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-13 | 北京鼎蓝科技有限公司 | 一种基于atp生物荧光技术的生物气溶胶预警装置 |
| WO2023125449A1 (zh) * | 2021-12-31 | 2023-07-06 | 天津怡和嘉业医疗科技有限公司 | 一种空气检测结构、空气过滤装置及呼吸机 |
| CN114778510A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-07-22 | 之江实验室 | 一种呼出气溶胶微生物快速检测方法 |
| CN114778510B (zh) * | 2022-06-20 | 2022-10-04 | 之江实验室 | 一种呼出气溶胶微生物快速检测方法 |
| CN117571569A (zh) * | 2023-10-19 | 2024-02-20 | 西安理工大学 | 基于质量浓度因子的大气颗粒物浓度检测系统及检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108375530A (zh) | 一种基于激光诱导荧光的生物气溶胶实时检测方法及装置 | |
| CN103940709A (zh) | 一种实时微生物粒子计数器 | |
| CA2957725C (en) | Devices, systems and methods for detecting particles | |
| US10018551B2 (en) | Devices, systems and methods for detecting particles | |
| Ghosh et al. | Review of bioaerosols in indoor environment with special reference to sampling, analysis and control mechanisms | |
| CN101398367B (zh) | 气溶胶粒子激光分析仪 | |
| EP2235736B1 (en) | Pathogen detection by simultaneous size/fluorescence measurement | |
| US9880097B2 (en) | Apparatus and system for simultaneously measuring particle concentration and biocontaminants in an aerosol particle flow | |
| US20120120385A1 (en) | Pathogen detection by simultaneous size/fluorescence measurement | |
| CN110967284A (zh) | 一种双通道生物气溶胶实时监测仪 | |
| US11474017B2 (en) | Microbial particle measuring apparatus and microbial particle measuring method | |
| CN203908913U (zh) | 一种实时微生物粒子计数器 | |
| CN110873684B (zh) | 一种生物气溶胶监测设备及其监测方法 | |
| CN110411995A (zh) | 基于本征荧光漂白特性的生物气溶胶监测装置和方法 | |
| Theisinger et al. | Bioaerosols in the food and beverage industry | |
| KR20180024900A (ko) | 화합물 반도체 기반 생물입자 검출 장치 및 방법 | |
| An et al. | Recent progress in online detection methods of bioaerosols | |
| CN218239728U (zh) | 一种水中微生物在线检测装置 | |
| Macher et al. | 12 Bioaerosols | |
| Zhu et al. | Development of a bioaerosol detection system based on 280-nm LED for classifying aerosol types | |
| EP4143533A1 (en) | Airborne bacteria detection system | |
| CN115266491A (zh) | 一种水中微生物在线检测方法及装置 | |
| CN214781815U (zh) | 现场快速检测病原微生物气溶胶的机器人系统 | |
| Parker et al. | Review of Field Sampling Technologies for Characterizing Bioaerosols in Compact Spaces | |
| Fennelly | Real-time bioaerosol analysis in the healthcare environment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180807 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |