CN110376027B - 多级生物气溶胶采样器及采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多级生物气溶胶采样器，包括若干依次连通的旋风采样器和采样泵，所述旋风采样器包括采集腔，所述采集腔上部设置有补液腔，所述采集腔内设置有补液槽，所述采集腔底部通过集液管与采样液收集瓶连通，所述补液腔内设置有排气补液孔，所述采集腔内设置有进气管和贯穿补液腔的排气管，所述采样泵与最后一级的旋风采样器的排气管连通。本发明结构简单，能减少采样过程中微生物的损伤，并可多级采样。

Description

多级生物气溶胶采样器及采样方法
技术领域
本发明涉及空气采样器及方法，具体涉及一种多级生物气溶胶采样器及采样方法。
背景技术
据世界卫生组织统计，生物气溶胶的呼吸暴露有可能导致各种呼吸系统疾病包括传染性非典型肺炎(SARS)、H1N1、哮喘、过敏等，每年近300万人因此而丧生。生物气溶胶捕获、监测及灭活防护为一体的应用基础研究在大气环境、食品安全、公共卫生以及环境与健康等领域具有重大需求，而生物气溶胶的采集是至关重要的第一步。
按微生物收集面可分为把空气微生物捕集在固态培养基或其它粘着表面上的采样器、收集在营养液中的采样器、收集在滤膜或其他滤料上的采样器；而按微生物收集方式可分为五类，即惯性撞击类、过滤阻留类、静电沉着类、温差追降类和生物采样类。但是，目前的采样器往往存在着一些不足之处，如Anderson采样器作为多级采样器，可分级采样，但是其金属撞击盘上孔位置固定，容易造成微生物粒子在采样介质上重叠而无法计数；BioSampler采样器不可进行分级采样。专利CN201820467598.9涉及旋风式空气采样器，其采用湿壁气旋式采样法，结合静电场采样，附加旋流富集，实现了对生物颗粒物的大流量高效采集。该装置借助于加湿管道，利用风机驱动水雾形成湿壁。但是其结构复杂，形成湿壁效率低，仍存在壁损失，且未实现对空气中微生物的分级采样。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种多级生物气溶胶采样器，解决不能实现对空气微生物分级采样、结构复杂、形成湿壁效率低的问题。
技术方案：本发明所述的多级生物气溶胶采样器，包括若干依次连通的旋风采样器和采样泵，所述旋风采样器包括采集腔，所述采集腔上部设置有补液腔，所述采集腔内设置有补液槽，所述采集腔底部通过集液管与采样液收集瓶连通，所述补液腔内设置有排气补液孔，所述采集腔内设置有进气管和贯穿补液腔的排气管，所述采样泵与最后一级的旋风采样器的排气管连通。
为了方便控制采样液进入采集腔的速率，所述采集腔内通过隔离板分割出补液腔，所述隔离板下底面直径小于采集腔内壁直径，相差2-5mm。
为利于在采集腔内侧壁面上形成液体薄膜，所述补液槽位于隔离板下，且为沿采集腔内壁设置的向外突出的圆柱形凹槽。
为助于在采集腔内侧壁面上形成液体薄膜，所述采集腔内壁上设置有均匀间隔的圆柱形凸起。
为可以向补液腔内注入采样液，排出多余空气，维持补液腔内的压力平衡，便于采样液流动，所述补液腔内顶部设置有排气补液孔。
为便于采样后采样液的提取与分析，所述采样液收集瓶一侧设置有排液孔。
所述的采样泵为气体采样泵，其抽气流量为28.3±1L/min。
本发明所述的多级生物气溶胶采样器的采样方法，包括以下步骤：
(1)通过排气补液孔向补液腔内注入采样液，采样液通过隔离板，沿壁面经补液槽进入采集腔内，在采集腔内侧壁面上形成一层液体薄膜；
(2)打开采样泵开关，调节流量，空气经进气管进入采集腔内，作螺旋形旋转运动，最后由排气管排出，经过连接管进入下一级采样器，继续进行采样。而固体颗粒在离心力的作用下，向采集腔内壁面移动，被液体薄膜所吸收，并在后续流体和重力的共同作用下沿器壁向下流动，经过集液管进入采样液收集瓶中；
(3)采样结束，关闭采样泵开关，采样液收集瓶中的采样液通过排液孔排出。
工作原理：
当排气管开始排气时，由于内部压力降低，补液腔内的采样液通过隔离板，沿壁面经补液槽进入采集腔内。由于内侧的凸起和液体的张力作用，内侧壁面上形成一层液体薄膜。生物气溶胶通过进气管进入采集腔，气流沿采集腔内壁由上而下作螺旋形旋转运动，其旋转的半径越来越小，涡旋到达采集腔底部后，转而沿轴心向上旋转，最后由排气管排出。对于固体颗粒，在离心力的作用下，将向内壁面移动。在离心力和扩散作用下，颗粒被液体薄膜所吸收，并在后续流体和重力的共同作用下沿器壁向下流动，经过集液管进入采样液收集瓶中。而排出的气体经过连接管进入下一级采样器，继续进行采样。
有益效果：本发明采用液体冲击式采样与旋风式采样的联合技术，可减少采样过程中微生物的损伤。本发明采用串联技术，可进行多级采样，提高采集效率的同时可研究不同粒度颗粒物其中所含的化学物质和形貌的差异等。本发明样品存在于采样液收集瓶的液体介质中，可以长期保存样本以便随时分析检测，可联合多种生化分析方法进行有效检测，有利于生物气溶胶的继续研究。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图；
图3为本发明第五级采样器的采集效率曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1-2所示，多级生物气溶胶采样器，包括采样泵和依次连通的六级旋风采样器，旋风采样器包括采集腔，采集腔7由上部的圆柱形筒和下部倒置的圆台形筒连接而成，采集腔7上部为补液腔3，补液腔3通过隔离板4与采集腔7隔开，补液腔3内顶部设置有排气补液孔11，隔离板4下方的采集腔7内设置有向外凸出的凹槽，该凹槽为补液槽5，采集腔7内装有进气管1，采集腔7顶部装有贯穿补液腔的排气管2，采集腔7底部与集液管8相连接，集液管8通入采样液收集瓶9，采集液收集瓶9内设置有排液孔12，采集腔7内侧壁面上均匀设置有圆柱形凸起6，每一级的旋风采样器的排气管通过连接管10与下一级的旋风采样器的进气管相通，所述连接管10为硅胶管，将多个旋风采样器的排气管与进气管连接起来，采样泵21与最后一级采样器的排气管通过连接管10相连接。
使用本发明时，通过排气补液孔11向补液腔3内注入采样液10ml至20ml，采样液通过隔离板4，沿壁面经补液槽5进入采集腔7内，在采集腔7内侧壁面上形成一层液体薄膜。而后，打开采样泵开关，调节流量至28.3L/min。空气经进气管1进入采集腔7内，作螺旋形旋转运动，最后由排气管2排出，经过连接管10进入下一级采样器，继续进行采样。对于固体颗粒，在离心力的作用下，将向采集腔7内壁面移动，从而被液体薄膜所吸收，并在后续流体和重力的共同作用下沿器壁向下流动，经过集液管8进入采样液收集瓶9中。采样5min后，关闭采样泵开关，采样结束。采样液收集瓶9中的采样液可通过排液孔12排出，以便长期保存样本分析检测。
其中，第一级采样器进气管1高度为15mm，宽度为9mm，第一级采样器排气管2直径为19mm，第一级采样器采集腔7直径为42mm；第二级采样器进气管13高度为12.5mm，宽度为7.5mm，其余结构尺寸与第一级采样器相同；第三级采样器进气管14高度为10mm，宽度为6mm，其余结构尺寸与第一级采样器相同；第四级采样器进气管15高度为7.5mm，宽度为4.5mm，第四级采样器采集腔16直径为40mm，其余结构尺寸与第一级采样器相同；第五级采样器进气管17高度为8.3mm，宽度为5mm，第五级采样器排气管18直径为12.7mm，第五级采样器采集腔19直径为28mm；第六级进气管20高度为5mm，宽度为3mm，其余结构尺寸与第五级采样器相同。
如图3所示，通过Ansys Fluent软件，可得到第五级采样器的采集效率曲线，并求得切割粒径为2.0μm；通过实验，测定第五级采样器入口和出口的粒子浓度，可得到该采样器的采集效率随粒径的变化的曲线，并求出该采样器在28.3L/min下的切割粒径为2.177μm。

Claims (5)

1.一种多级生物气溶胶采样器，其特征在于，包括采样泵和若干依次连通的旋风采样器，所述旋风采样器包括采集腔(7)，所述采集腔(7)上部设置有补液腔(3)，所述采集腔(7)与补液腔(3)通过隔离板(4)相隔，所述隔离板(4)下底面直径小于采集腔(7)内壁直径，相差2-5mm，所述采集腔(7)内设置有补液槽(5)，所述补液槽(5)位于隔离板(4)下，且为沿采集腔(7)内壁设置的向外突出的圆柱形凹槽，所述采集腔(7)内壁上设置有均匀间隔的圆柱形凸起(6)，所述采集腔(7)底部通过集液管(8)与采样液收集瓶(9)连通，所述补液腔(3)内设置有排气补液孔(11)，所述采集腔(7)内设置有进气管(1)和贯穿补液腔(3)的排气管(2)，所述采样泵(21)通过连接管(10)与旋风采样器的排气管(2)连通。
2.根据权利要求1所述的多级生物气溶胶采样器，其特征在于，所述补液腔(3)内顶部设置有排气补液孔(11)。
3.根据权利要求1所述的多级生物气溶胶采样器，其特征在于，所述采样液收集瓶(9)一侧设置有排液孔(12)。
4.根据权利要求1所述的多级生物气溶胶采样器，其特征在于，所述的采样泵(21)为气体采样泵，其抽气流量为28.3±1L/min。
5.如权利要求1-4任一项所述的多级生物气溶胶采样器的采样方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过排气补液孔(11)向补液腔(3)内注入采样液，采样液通过隔离板(4)，沿壁面经补液槽(5)进入采集腔(7)内，在采集腔(7)内侧壁面上形成一层液体薄膜；
(2)打开采样泵开关，调节流量，空气经进气管(1)进入采集腔(7)内，作螺旋形旋转运动，最后由排气管(2)排出，经过连接管(10)进入下一级采样器，继续进行采样， 对于固体颗粒，在离心力的作用下，将向采集腔(7)内壁面移动，从而被液体薄膜所吸收，并在后续流体和重力的共同作用下沿器壁向下流动，经过集液管(8)进入采样液收集瓶(9)中；
(3)采样结束，关闭采样泵开关，采样液收集瓶中的采样液通过排液孔(12)排出。
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