CN110873684B - 一种生物气溶胶监测设备及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种生物气溶胶监测设备及其监测方法，所述监测方法包括：设置激发光源发射激发光束，令所述激发光源照射无荧光载体上的目标区域，启动气泵，并通过控制器实时接收光电检测装置检测到的荧光强度I；判断所述荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，持续检测N次并获取平均值Ir作为荧光参考值；对所述目标区域持续灭活预设时长T后，持续检测N次并获取平均值Im；计算荧光淬灭率η＝1‑Im/Ir，判断所述荧光淬灭率η大于或等于预设淬灭阈值ηt时，发出警报信号。本发明应用生物灭活结合生物荧光淬灭的方法来识别生物气溶胶，有效排除草木、石油燃烧等自然界中其他非生物荧光物质的干扰，其监测结果精确、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及安全监测技术领域，尤其涉及一种生物气溶胶监测设备及其监测方法。
背景技术
大气与其中包括的活性有机体或由活性有机体释放出来的粒子、大分子物质或挥发性化合物构成的悬浮体系可统称为生物气溶胶粒子，其粒径范围为0.01～100μm，常见的致病菌等生物气溶胶粒子一般粒径在0.4～10μm之间。
近年来，国内外在生物战剂现场监测报警技术领域重点展开了生物气溶胶连续监测技术研究，研制出固定式生物气溶胶报警系统、点源式生物源毒剂综合探测系统，基本建立其对生物气溶胶的连续监测和现场快速检测手段。
米氏散射和荧光散射法是生物气溶胶监测的常用方法，用米氏散射法实现对颗粒尺寸和数量的测量，使用荧光光谱的方法来识别生物颗粒。其原理为：当紫外/紫色激光入射到颗粒物质上时，会发生波长与入射光相同的米散射，同时，如果该颗粒为生物颗粒，还会受激发而发射波长大于激光的荧光。通过加带通滤光片的光电探测器分别测量米散射光及荧光信号，可分类粒子是生物颗粒还是非生物颗粒；探测器所记录的光脉冲的数量与颗粒数量相对应，从而可以测量粒子的浓度；探测器所记录的光脉冲的强度反应了米散射的强度，从而可以估算出颗粒的尺寸。米散射的强度不仅与颗粒的尺寸有关，还受颗粒的形状、材质、折射率等因素的影响。
激光激发荧光光谱简称荧光光谱，是指物质经某波长激光光源的照射后，分子获取能量从基态被激发到激发态，因激发态属于不稳定状态，在很短时间内跃迁返回基态，发出波长大于入射光的光，这种光被称为荧光，荧光的能量与波长关系图就是荧光光谱。其激光通常为可见光或近紫外光。
研究表明，微生物体内的主要荧光物质有氨基酸(色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)及核黄素等。其中，氨基酸的荧光发射波长在280～350nm之间，NADH荧光的中心波长为450nm附近，核黄素的荧光发射波长在515～585nm之间，所需的激发光波长要求短于发射波长。由于氨基酸的荧光发射波长在长波紫外波段，需要中波紫外的光源(240-280nm)才能具有较高的激发效率，且氨基酸是各种蛋白质的基本组成单元，存在于所有生物有机体中，并不是生物活性的表征特性，故用其判断生物气溶胶会产生大量的干扰；而NADH和核黄素属于辅酶类，存在于新陈代谢旺盛的生物有机体中，而无明显新陈代谢活动的有机体中含量很低，因此可作为生命活性有机体的标志物；故生物气溶胶的探测装置通常都探测这两种中的一种或两种物质的荧光。
现有的现场检测报警设备所遇到的主要问题包括：自然界中存在大量物质，其发射的荧光波长范围覆盖或部分重合于NADH及核黄素，如各种多环芳香烃化合物、木质素、天然有机物等，这导致生物气溶胶监测及报警装置很容易被干扰而产生误报，比如，草木、石油产品的燃烧产生的烟雾干扰。通常需要对报警后的气溶胶进行富集采样，通过其他生物培养法或抗体辅酶法进行进一步的鉴定区分(现有较为成熟的技术是胶体金层析技术和上转发光技术等免疫学方法)，导致耗时长、成本高，无法满足现场监测报警的需求。
现有的实施方案中，只用具有气溶胶监测功能的生物气溶胶报警设备，无法排除烟雾干扰；部分场景采用了烟雾报警器来排除烟雾干扰，但是不能解决实际环境中同时存在烟雾干扰情况下的生物报警。还有一种方案采用了生物气溶胶报警、富集采样和后续生物培养法或抗体辅酶法进行分析，具备对生物气溶胶报警、采样、特异性检验的综合功能，但是后续实验分析时间过长，无法满足现场快速、准确监测并报警的需求。
发明内容
本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的生物气溶胶监测设备及方法。具体地，本发明提供能够排除烟雾和非生物干扰的生物气溶胶监测设备及其监测方法。
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种生物气溶胶监测方法，所述监测方法包括：
设置激发光源发射激发光束，令所述激发光源照射无荧光载体上的目标区域，启动气泵，并通过控制器实时接收光电检测装置检测到的荧光强度I；
判断所述荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，持续检测N次并获取平均值Ir作为荧光参考值，其中，N为大于等于3的整数；
设置所述激发光源发射灭活光束，对所述目标区域持续灭活预设时长T后，设置所述激发光源发射激发光束，持续检测N次并获取平均值Im；
计算荧光淬灭率η＝1-Im/Ir，判断所述荧光淬灭率η大于或等于预设淬灭阈值ηt时，所述控制器发出警报信号。
其中，所述设置激发光源发射激发光束包括：将激发光源出口处的滤光片切换单元设置为带通滤光片，设置所述激发光源的输出功率为标准值；
所述设置所述激发光源发射灭活光束包括：将所述滤光片切换单元设置为移除带通滤光片，设置所述激发光源的输出功率为灭活光束。
其中，启动气泵的同时启动传送装置对所述无荧光载体进行移动，当判断所述荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，停止所述传送装置对所述无荧光载体的移动。
根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种生物气溶胶监测设备，所述监测设备包括封闭式的检测仓、气泵、激发光源、光电检测装置、无荧光载体和控制器；
所述检测仓设置有进气管和出气管，所述无荧光载体设置在所述检测仓内的中部，所述进气管位于所述无荧光载体的上方，所述出气管位于所述无荧光载体的下方，且所述出气管与所述气泵相连通；所述激发光源和所述光电检测装置均设置在所述检测仓内，且位于所述无荧光载体的同一侧；所述气泵的输入端、所述激发光源的输入端以及所述光电检测装置的输出端均与所述控制器电连接；
所述无荧光载体对气溶胶具有附着富集能力，且在紫外或紫光激发下无荧光响应；
所述激发光源用于发射荧光激发光束和用于灭活生物体的高能紫外光束，所述激发光源的出口处设置有滤光片切换单元；
所述光电检测装置用于检测是否有荧光光束，并将检测到的荧光强度I实时发送至所述控制器；
所述控制器用于启动所述气泵、所述激发光源，还用于根据所述荧光强度I计算并判断是否有生物气溶胶。
其中，所述根据所述荧光强度I计算并判断是否有生物气溶胶包括：
判断所述荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，持续检测N次并获取平均值Ir作为荧光参考值；
对目标区域进行持续灭活预设时长T后，持续检测N次并获取平均值Im；
计算荧光淬灭率η＝1-Im/Ir，判断所述荧光淬灭率η大于或等于预设淬灭阈值ηt时，所述控制器发出警报信号。
其中，所述滤光片切换单元包括高通滤光片和/或带通滤光片。
其中，所述监测设备还包括传送装置，所述无荧光载体与所述传送装置固定连接，所述传送装置的输入端与所述控制器电连接，所述控制器控制所述传送装置的启停。
其中，所述传送装置包括放料轴、第一传动轮、第二传动轮和收卷轴，所述无荧光载体设置在所述放料轴上，依次绕过所述第一传动轮、所述第二传动轮后缠绕在所述收卷轴上；所述收卷轴为所述传送装置的主动轮。
本发明的生物气溶胶监测设备及其监测方法应用生物灭活结合生物荧光淬灭的方法来识别生物气溶胶，有效排除草木、石油燃烧等自然界中其他非生物荧光物质的干扰，能够在现场快速、准确的完成生物气溶胶监测，且其监测结果精确、可靠。
参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示例性地示出了本发明的生物气溶胶监测方法的流程图；
图2示出了微生物体内的主要荧光物质所对应的荧光光谱图；
图3示出了NADH及核黄素的激发光谱及荧光光谱图；
图4示例性地示出了本发明的生物气溶胶监测方法详细实施的流程图；
图5示例性地示出了一个具体实施例中的光电检测装置输出信号图；
图6示例性地示出了本发明的生物气溶胶监测设备的一种结构示意图；
图7示例性地示出了本发明的生物气溶胶监测设备的另一种结构示意图；
图8示例性地示出了本发明的生物气溶胶监测设备的第三种结构示意图；
图9示例性地示出了本发明的生物气溶胶监测设备中的传送装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明通过采用可移动的设备带动无荧光载体移动，利用气泵将待检测气体吸入至检测仓中经无荧光载体富集采样后，通过激发光源进行激发照射和灭活，有效排除草木、石油燃烧等自然界中其他非生物荧光物质的干扰，再利用光电检测装置进行荧光检测，有效保证检测结果的可靠性。
下面结合附图，对根据本发明所提供的生物气溶胶监测设备及其监测方法进行详细说明。
图1示出了本发明的生物气溶胶监测方法的一种流程图，参照图1所示，该监测方法包括：
设置激发光源发射激发光束，令激发光源照射无荧光载体上的目标区域，启动气泵，向检测仓内抽气，并通过控制器实时接收光电检测装置检测到的荧光强度I；
当判断荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，持续检测N次并获取平均值Ir作为荧光参考值，其中，N为大于等于3的整数；
设置激发光源发射灭活光束，对目标区域持续灭活预设时长T后，设置激发光源发射激发光束，持续检测N次并获取平均值Im；
计算荧光淬灭率η＝1-Im/Ir，判断荧光淬灭率η大于或等于预设淬灭阈值ηt时，控制器发出警报信号。
其中，可以通过在激发光源的出口处设置滤光片切换单元来调节控制激发光源照射到载体上的光束为激发光束或灭活光束。例如，设置激发光源发射激发光束包括：将激发光源出口处的滤光片切换单元设置为带通滤光片，设置激发光源的输出功率为标准值。设置激发光源发射灭活光束包括：将滤光片切换单元设置为移除带通滤光片，设置激发光源的输出功率为灭活光束。
具体地，启动气泵的同时启动传送装置对无荧光载体进行移动，当判断荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，停止传送装置对无荧光载体的移动，然后对当前的目标区域持续检测N次，获取平均值Ir作为荧光参考值。
图2为微生物体内的主要荧光物质所对应的荧光光谱图。本发明的目标是检测生物活性标志物，包括还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(简称“辅酶Ⅱ”，即NADH)及核黄素的发光，而这两种物质的最佳激发光谱及发射的荧光光谱均有较大的差异，图3示出了该两种物质的激发光谱及荧光光谱图。如图3所示，在320nm～385nm激发光的照射下，会在420nm～580nm的波段范围内产生较强的荧光峰(峰位分别在455nm和525nm附近)，而用于杀菌灭活的紫外灯所需的波长更短，通常为120nm～300nm波段，此时单光子能量高。而本发明中使用宽波段的紫外光源(例如紫外氙灯、氘灯、阴极射线光源等)，通过滤光片切换单元，在荧光检测时使用320nm～420nm的带通滤光片选择激发光束出射；进入灭活操作时，则移除滤光片，并调节增加瞬时功率，以达到快速灭活的目的。
图4示出了本发明的生物气溶胶监测方法的一种具体实施流程图，在具体实施监测时，在控制器内预先设置预设荧光阈值It、检测次数N、灭活时长T、预设淬灭阈值ηt等阈值及相关检测参数：
将激发光源出口处的滤光片切换单元设置为预设好的带通滤光片，光源输出功率设置为标准值，令激发光照射到无荧光载体上目标区域的光束为激发光束；然后启动气泵进行抽气，同时启动传送装置带动无荧光载体缓慢移动；通过控制器启动光电检测装置进行检测，并实时监控光电检测装置检测到的荧光强度I；
控制器将当前检测到的荧光强度I与预设荧光阈值It进行比较，若当前检测到的荧光强度I小于预设荧光阈值It，则继续进行检测；当判断当前检测到的荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，控制器控制传送装置停止，进入生物气溶胶判断检测模式：
持续抽气检测时间周期T1后停止气泵抽气富集，光电检测装置对目标区域进行检测N次，控制器实时获取检测结果并计算此N次检测结果的平均值Ir；
将激发光源出口处的带通滤光片移除，提高光源输出功率，设置输出为灭活光束，对无荧光载体上的目标区持续照射灭活时长T；由于灭活周期内的光源强度较强，为了避免光电检测部件内的光电探测器损伤，此灭活期间内，停止荧光检测；当灭活周期结束后，将滤光片切换单元切换回带通滤光片，光源输出功率调整回标准值，然后再启动光电检测装置对已经灭活的目标区域再进行N次检测，控制器根据此N次检测的结果计算获取平均值Im；
根据灭活前后的平均值Ir和Im，计算荧光淬灭率：η＝1-Im/Ir；有荧光淬灭时，0＜η≤1；当η＝0时，说明无荧光淬灭现象；而若η＝1则为荧光完全淬灭；
控制器将计算得出的荧光淬灭率η与预设淬灭阈值ηt进行比较，若η≥ηt，则说明富集检测的气体中存在生物气溶胶，控制器发出报警信号；否则，说明为非生物气溶胶干扰，如草木烟、汽车尾气等干扰，发送非生物气溶胶干扰信号，然后启动传送装置将无荧光载体上的当前已富集检测过的区域移出光源照射区域，然后启动气泵，重复以上步骤再次进行下一轮的检测。
图5示出了采用上述监测方法进行监测时，光电检测装置的输出信号图，即光电检测装置检测到的荧光强度随时间变化的典型信号图。图中的纵坐标为归一化荧光强度，横坐标为检测时间，在本实施例中，It＝0.21、ηt＝0.15，在本实施例中，η＝0.557＞ηt，因此判断检测气体中存在生物气溶胶。
需要指出的是，在本发明的生物气溶胶监测方法中，预设淬灭阈值ηt的选取与所采取的灭活方法的效率和周期有关，需要通过实验进行标定。
相对于上述生物气溶胶监测方法，本发明还提供了一种生物气溶胶监测设备，图6示出了该生物气溶胶监测设备的一种具体实施例的结构示意图，参照图6所示，该监测设备包括封闭式的检测仓、气泵2、激发光源3、光电检测装置4、无荧光载体5和控制器(图中未示出)。其中，检测仓设置有进气管11和出气管12，无荧光载体5设置在检测仓内的中部，进气管11位于无荧光载体5的上方，出气管12位于无荧光载体5的下方，且出气管12与气泵2相连通；激发光源3和光电检测装置4均设置在检测仓内，且位于无荧光载体5的同一侧。利用气泵2通过进气管11将外界待检测气体抽气至检测仓内，并经过无荧光载体5进行富集，然后利用激发光源3进行激发光照射后，通过光电检测装置4进行实时检测，并将检测结果发送至控制器进行处理分析。具体地，气泵2的输入端、激发光源3的输入端以及光电检测装置4的输出端均与控制器电连接，控制器可以控制气泵2、激发光源3以及光电检测装置4的启停等调控。
检测仓为气密空间，只有进气管11和出气管12两个对外的气路连接口，以确保气泵2对出气管12进行抽气时，检测仓内形成负压而使得外界空气及气溶胶粒子进入检测仓内。气流进入进气管11后被加速，气溶胶粒子被截留，吸附在无荧光载体5上，如果空气中有产生荧光的气溶胶粒子，则逐渐累积形成密度集中的粒子聚集区。
在一个典型的实施例中，在进气管11入口处，还可以设置过滤装置和/或粒径切割装置，用以过滤及切割气体中粒径较大的粒子，形成特定粒径的粒子通道，使得粒子以一定的流速撞击到无荧光载体5上。
在本发明的生物气溶胶监测设备中，采用的无荧光载体5对气溶胶具有附着富集能力，且在紫外或紫光激发下无荧光响应。示例性地，无荧光载体5可以采用聚酯薄膜载体，也可以使用石英玻璃载玻片。其中，石英玻璃载玻片则是较为传统的气溶胶富集载体，透光无荧光干扰，反射式荧光探测过程中受激发光的反射光干扰小；石英玻璃载玻片为硬质结构，不透气，需要气溶胶粒子具有较高的撞击速度才能实现对小粒子的吸附和富集，气泵的负载大，若要重复测量需要使用机械结构清洗或擦除载玻片上先前富集的气溶胶粒子，常使用导轨或转盘的形式进行传动或更换等操作。而聚脂薄膜载体是一种无荧光干扰的柔性材料，具有微孔透气结构，气阻小，能降低气泵的负载和功耗，同时能够对粒径大于0.5微米的粒子进行吸附富集，而且还能够使用滚筒卷纸结构对聚酯薄膜载体进行传动、更换等操作，可持续检测使用的“续航”时间长。
激发光源3用于发射荧光激发光束和用于灭活生物体的高能紫外光束，激发光源3的出口处设置有滤光片切换单元(图中未示出)，用以切换滤光片的设置，控制激发光源3照射到无荧光载体5上的为激发光束或灭活光束。
示例性地，在本发明中可以使用宽波段的紫外光源(例如紫外氙灯、氘灯、阴极射线光源等)，通过滤光片切换单元，在荧光检测时使用320nm～420nm的带通滤光片选择激发光束出射；进入灭活操作时，则移除滤光片，并调节增加瞬时功率，输出灭活光束，以达到快速灭活的目的。
具体地，光电检测装置4用于检测是否有荧光光束，并将检测到的荧光强度I实时发送至控制器。为了排除激发光光源的干扰，可以在光电探测器的检测端设置高通滤光片或带通滤光片。在实际使用中，如果需要同时对NADH和核黄素两种物质进行荧光探测，可以设置420nm高通滤光片。在另一个实施例中，如果是对上述两种物质分别进行荧光探测，以进行生物气溶胶的分类，此时，若设置两组光电探测器，并分别设置420nm～480nm带通滤光片和500nm高通滤光；若使用一组光电探测器，则需要设置滤光片切换装置来进行相应的滤光片切换，在时序上进行异步探测即可。由于实际检测中的气溶胶应该强度较弱，本发明的光电检测装置4中使用高灵敏度的光电倍增管或雪崩光电二极管光电探测器进行检测。
控制器不只用于启动气泵2、激发光源3，还用于根据荧光强度I计算并判断是否有生物气溶胶。在本发明的生物气溶胶监测设备中，控制器根据荧光强度I计算并判断是否有生物气溶胶具体包括：
判断荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，停止无荧光载体5的移动，持续抽气周期T1后，检测N次并获取平均值Ir作为荧光参考值；
对目标区域进行持续灭活预设时长T后，持续检测N次并获取平均值Im；
计算荧光淬灭率η＝1-Im/Ir，判断荧光淬灭率η大于或等于预设淬灭阈值ηt时，控制器发出警报信号。
具体地，激发光源3的滤光片切换单元包括高通滤光片和/或带通滤光片，其高通和/或带通的范围根据光源和检测目标进行设置。
另外，本发明的生物气溶胶监测设备还包括传送装置6，无荧光载体5与传送装置6固定连接，传送装置6的输入端与控制器电连接，由控制器控制传送装置6的启停，从而控制无荧光载体5的输送，即对无荧光载体5的输送速度、方向等进行控制。
图7和图8分别示出了本发明的生物气溶胶监测设备的另外两种具体实施方案的结构示意图，在图7和图8所示的实施例中，激发光源3还包括用以单独进行灭活的灭活装置31，既可以对无荧光载体5上富集的粒子进行单独灭活也可以用以进行二次灭活。示例性地，此时用于发出激发光束的光源可以采用单波长的光源，例如可以是405nm的激光光源、365nmLED等紫外LED光源，并无需进行滤光片切换操作，由灭活装置31对富集在无荧光载体5上的粒子进行独立灭活。
需要指出的是，此灭活装置31可以采用光源灭活，也可以采用试剂灭活，还可以采用其他辐射灭活的方案。光源灭活的方案中，灭活光源可以采用高功率单波长的紫外LED光源(例如280nmLED光源等)、激光器(如266nm激光器、280nm激光器)、或120nm～300nm等宽波段紫外光源。试剂灭活方案中，灭活试剂优选无水乙醇，其优点是杀菌能力强，挥发快、无残留，无荧光干扰；也可以采用双氧水等其它无荧光杀菌试剂；操作时只需在灭活周期内对目标区域滴40～100μL(1～2滴)灭活试剂即可。其他辐射灭活与光源灭活相类似，只需控制辐射源对目标区域进行照射即可，可以采用X射线、γ射线和/或加速电子束等。
图6～图8中，无荧光载体5上的箭头表示无荧光载体5被传送装置6传送的移动方向。在图6所示的实施例中，发射激发光束和灭活光束的为同一光源，因此，在灭活时只需控制传送装置6停止传送即可，激发光源3与光电检测装置4位于进气管11的不同侧，激发光源3对进气管11出口所对的无荧光载体5上的目标区域进行激发、灭活，光电检测装置4对同一目标区域进行光电检测。在图7和图8所示的实施例中，由激发光发射装置30发射激发光束，采用灭活装置31进行独立灭活。
具体地，在图7的实施例中，灭活装置31与激发光发射装置30位于进气管11的同一侧，而光电检测装置4位于进气管11的另一侧。在正常检测情况下，传送装置6控制无荧光载体5向右移动，当控制器判断当前检测到的荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，控制传送装置6停止传送；气泵2持续抽气周期T1后，光电检测装置4对当前目标区域重复N次检测，控制器获取检测结果并计算平均值Ir；然后控制器控制传送装置6向左传送，将无荧光载体5的当前目标区域移动至灭活装置31的下方，对该目标区域进行充分灭活后，再次控制传送装置6将无荧光载体5向右传送，将该目标区域置于进气管11下方，即位于激发光发射装置30与光电检测装置4的共同作用区域内；直到检测完毕后，控制器启动传送装置6对无荧光载体5持续向右传送，将该目标区域移出检测范围后，进行下一轮监测。即在实际监测过程中，控制器需要控制传送装置6带动无荧光载体5进行往复移动来完成灭活及检测过程。
而在图8所示的实施例中，激发光发射装置30位于进气管11的一侧，灭活装置31与光电检测装置4位于进气管11的另一侧，三者依次沿无荧光载体5的移动方向设置，并且激发光发射装置30的照射区域、灭活装置31的灭活区域、光电检测装置4的检测区域为同一位置区域，而进气管11进气后在无荧光载体5上的富集区域偏左，此时，对目标区域的激发照射和光电检测相对于进气吸附富集有一定的延迟，但是，在需要灭活时以及灭活后的检测，无需控制传送装置6对无荧光载体5进行往复移动。当控制器判断当前检测到的荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，只需控制传送装置6停止传送；气泵2持续抽气周期T1后，光电检测装置4对当前目标区域重复N次检测，控制器获取检测结果并计算平均值Ir后，控制器直接开启灭活装置31对目标区域进行灭活即可(若采用光源灭活，则同时关闭光电检测装置4)，灭活时长T后，关闭灭活装置31，再次开启光电检测装置4进行N次光电检测，控制器获取检测结果后进行计算、判断。
图9示例性地示出了传送装置6的一种具体实施例的结构示意图，在本实施例中，无荧光载体5采用的为柔性的聚酯薄膜载体。具体地，传送装置6包括放料轴61、第一传动轮62、第二传动轮63和收卷轴64，无荧光载体5设置在放料轴61上，依次绕过第一传动轮62、第二传动轮63后缠绕在收卷轴64上；收卷轴64为传送装置6的主动轮。由控制器驱动收卷轴64转动，带动无荧光载体5缓慢移动，经过气路及检测光路，避免聚酯薄膜载体被粒子完全覆盖而增加气路中的气阻，从而使生物检测可以连续长时间的进行。
另外，也可以将放料轴61和收卷轴64分别设置一个启动电机带动，即两者均可作为主动轮，从而可以实现图7所示的实施例中的无荧光载体5往复移动。
在图9所示的实施例中，该传送装置6还包括支撑轴65，放料轴61上的无荧光载体5在绕至第一传动轮62前，绕过支撑轴65对其进行支撑。
本发明的生物气溶胶监测设备及其监测方法应用生物灭活结合生物荧光淬灭的方法来识别生物且农家，可以有效排除草木、石油燃烧等自然界中其它非生物荧光物质的干扰，检测方便、快捷，检测结果可靠性极高。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种生物气溶胶监测设备，其特征在于，所述监测设备包括封闭式的检测仓、气泵(2)、激发光源(3)、光电检测装置(4)、无荧光载体(5)和控制器；
所述检测仓设置有进气管(11)和出气管(12)，所述无荧光载体(5)设置在所述检测仓内的中部，所述进气管(11)位于所述无荧光载体(5)的上方，所述出气管(12)位于所述无荧光载体(5)的下方，且所述出气管(12)与所述气泵(2)相连通；所述激发光源(3)和所述光电检测装置(4)均设置在所述检测仓内，且位于所述无荧光载体(5)的同一侧；所述气泵(2)的输入端、所述激发光源(3)的输入端以及所述光电检测装置(4)的输出端均与所述控制器电连接；
所述无荧光载体(5)对气溶胶具有附着富集能力，且在紫外或紫光激发下无荧光响应；
所述激发光源(3)用于发射荧光激发光束和用于灭活生物体的高能紫外光束，所述激发光源(3)的出口处设置有滤光片切换单元；
所述光电检测装置(4)用于检测是否有荧光光束，并将检测到的荧光强度I实时发送至所述控制器；
所述控制器用于启动所述气泵(2)、所述激发光源(3)，还用于根据所述荧光强度I计算并判断是否有生物气溶胶；
所述根据所述荧光强度I计算并判断是否有生物气溶胶，包括：
判断所述荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，持续检测N次并获取平均值Ir作为荧光参考值；
对目标区域进行持续灭活预设时长T后，持续检测N次并获取平均值Im；
计算荧光淬灭率η＝1-Im/Ir，判断所述荧光淬灭率η大于或等于预设淬灭阈值ηt时，所述控制器发出警报信号。
2.如权利要求1所述的生物气溶胶监测设备，其特征在于，所述滤光片切换单元包括高通滤光片和/或带通滤光片。
3.如权利要求1所述的生物气溶胶监测设备，其特征在于，所述监测设备还包括传送装置(6)，所述无荧光载体(5)与所述传送装置(6)固定连接，所述传送装置(6)的输入端与所述控制器电连接，所述控制器控制所述传送装置(6)的启停。
4.如权利要求3所述的生物气溶胶监测设备，其特征在于，所述传送装置(6)包括放料轴(61)、第一传动轮(62)、第二传动轮(63)和收卷轴(64)，所述无荧光载体(5)设置在所述放料轴(61)上，依次绕过所述第一传动轮(62)、所述第二传动轮(63)后缠绕在所述收卷轴(64)上；所述收卷轴(64)为所述传送装置(6)的主动轮。
5.一种生物气溶胶监测方法，其特征在于，所述生物气溶胶监测方法应用于如权利要求1至4任一项所述的生物气溶胶监测设备，所述监测方法包括：
设置激发光源发射激发光束，令所述激发光源照射无荧光载体上的目标区域，启动气泵，并通过控制器实时接收光电检测装置检测到的荧光强度I；
判断所述荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，持续检测N次并获取平均值Ir作为荧光参考值，其中，N为大于等于3的整数；
设置所述激发光源发射灭活光束，对所述目标区域持续灭活预设时长T后，设置所述激发光源发射激发光束，持续检测N次并获取平均值Im；
计算荧光淬灭率η＝1-Im/Ir，判断所述荧光淬灭率η大于或等于预设淬灭阈值ηt时，所述控制器发出警报信号。
6.如权利要求5所述的生物气溶胶监测方法，其特征在于，
所述设置激发光源发射激发光束包括：将激发光源出口处的滤光片切换单元设置为带通滤光片，设置所述激发光源的输出功率为标准值；
所述设置所述激发光源发射灭活光束包括：将所述滤光片切换单元设置为移除带通滤光片，设置所述激发光源的输出功率为灭活光束。
7.如权利要求5所述的生物气溶胶监测方法，其特征在于，
启动气泵的同时启动传送装置对所述无荧光载体进行移动，当判断所述荧光强度I大于或等于预设荧光阈值It时，停止所述传送装置对所述无荧光载体的移动。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110873684A (zh) | 2020-03-10 |
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