CN114459965A - 一种气溶胶监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气溶胶监测系统及方法，属于生物气溶胶监测技术领域，尤其涉及一种紫外诱导荧光光谱技术、原子发射光谱技术联用的气溶胶监测系统及方法。本发明利用紫外诱导荧光光谱技术、原子发射光谱技术对气溶胶气体进行监测。并具有近红外通道监测气溶胶粒径；双紫外通道激发生物荧光，提高了荧光激发效率，增加了粒子的荧光信息；电火花诱导原子发射光谱，具有多元素同时识别，进一步分析气溶胶粒子元素构成。采用了精准时序控制多模块分别对气溶胶粒子进行监测，极大地增加了气溶胶粒子参数信息及判断准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种气溶胶监测系统及方法，属于生物气溶胶监测技术领域，尤其涉及一种紫外诱导荧光光谱技术、原子发射光谱技术联用的气溶胶监测系统及方法。
背景技术
气溶胶是由悬浮在气体介质中的固体或液体小颗粒形成的气态分散系统。气溶胶颗粒大小一般在0.01～10μm，可自然生成或人工生成，包括：花粉、未燃尽产生的烟、固体粉尘等。对人类健康及生活环境造成巨大的影响。
对于空气中微生物的检测，传统的分析方法为生物培养法，即采集空气中的气溶胶样品到培养基中进行数小时到数天的培养形成菌落单位，从而得到气溶胶中可靠的生物信息，这种方法虽然能够得到生物种类信息，但耗时很长，且难以判断其在空气中的浓度，更不能实现实时监测。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种气溶胶监测系统及方法。
本发明的技术解决方案是：
一种气溶胶监测系统，该监测系统包括密封外壳、光源模块、粒子形状检测模块、荧光检测模块、原子发射光谱检测模块、气流控制及处理模块、硬件控制模块；
所述的光源模块包括三个光源，三个光源分别为近红外激光光源、第一紫外光源、第二紫外光源，近红外激光光源用于发射近红外激光，第一紫外光源用于出射紫外光，第二紫外光源用于出射紫外光；
所述的粒子形状检测模块用于检测单个气溶胶粒子的形状与大小尺度，用于气溶胶粒子计数及形状、大小判断；
所述的荧光检测模块用于检测单个气溶胶粒子的280nm紫外激发荧光信号及370nm紫外激发荧光信号，用于气溶胶粒子生物活性判断及判别；
所述的原子发射光谱检测模块用于检测单个气溶胶粒子的激光诱导击穿光谱，用于气溶胶粒子组成元素分析；
所述的气流控制及处理模块用于采集气体样本及样本前后处理，并通过控制流量的方式，分别形成鞘流与样流，保证气溶胶粒子以单个颗粒经过粒子形状检测模块、荧光检测模块检和原子发射光谱测模块；
所述的硬件控制模块用于控制粒子形状检测模块、荧光检测模块检和原子发射光谱测模块的光源的工作时序、探测器的信号采集与前处理，控制气流控制及处理模块中鞘流与洋流的气流速度。
所述的密封外壳整体为不透光密封的304不锈钢材料，且所有内表面做氧化发黑处理，防止材料反射杂散光以及静电吸附粒子，密封外壳用于密封固定各个模块，各个模块是指光源模块、粒子形状检测模块、荧光检测模块、原子发射光谱检测模块、气流控制及处理模块、硬件控制模块，使通入待测气溶胶形成密闭环境，防止外界环境光和粒子对检测结果产生影响；密封外壳顶端为进气管路，样流管路与鞘流管路在密封外壳顶端汇集后进入进气管路，垂直进入气体检测管路，再由密封外壳底端的出气管路排出。
所述的光源模块包括三个光源，三个光源分别为近红外激光光源、第一紫外光源、第二紫外光源；
在水平方向上，三个光源的光轴都保持水平且与气体检测管路处的气流相垂直；近红外激光光源的光轴，第一紫外光源和第二紫外光源位于近红外激光光源的两侧且以17°夹角对称放置，即第一紫外光源的光轴与第二紫外光源的光轴之间的夹角为17°，第一紫外光源的光轴与近红外激光光源的光轴之间的夹角为8.5°，第二紫外光源的光轴与近红外激光光源的光轴之间的夹角为 8.5°；
在垂直方向上，近红外激光光源位于最上方靠近进气口的位置，第一紫外光源和第二紫外光源以150μm的间隔，位于近红外激光光源的下方；
所述的近红外激光光源包括近红外激光二极管、第一聚焦镜、第一滤光片、第一光阑；
近红外激光光源封装于黑色镜筒中，具有良好的气密性，以保证检测腔体不漏气，其中近红外激光二极管选用780nm为中心波长的激光二极管，用于通过颗粒物后产生侧向散射光，检测侧向散射光来对粒子计数和粒径判断，并触发后续检测紫外光源点亮，近红外激光光源相对于可见光源粒径检测更准确，荧光产生的干扰更小；
第一聚焦镜采用近红外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第一聚焦镜位于近红外激光二极管前与近红外激光光源产生的激光同光轴，用于将近红外激光准直；第一滤光片位于第一聚焦镜前与第一聚焦镜同轴，用于提高780nm 激光的单色性；第一光阑位于第一聚焦镜前与第一滤光片同轴，用于滤掉杂散光；
所述的第一紫外光源包括280nm紫外氙灯、第二聚焦镜、第二滤光片、第二光阑；第一紫外光源封装于黑色的镜筒中，具有良好的气密性，以保证检测腔体不漏气；
280nm紫外氙灯安装于镜筒底部，第二聚焦镜采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第二聚焦镜位于280nm紫外氙灯前与发出的激光同光轴，用于将280nm紫外氙灯发出的激光准直；第二滤光片位于第二聚焦镜前与第二聚焦镜同轴，用于过滤280nm紫外氙灯除280nm以外的波段，以保证280nm 激发光源的准确和单色性，280nm光源对谷氨酸有很高的荧光激发效率，能够提高生物气溶胶检测灵敏度；第二光阑位于第二聚焦镜前与第二滤光片同轴，用于滤掉杂散光；
所述的第二紫外光源包括370nm紫外氙灯、第三聚焦镜、第三滤光片、第三光阑；第二紫外光源封装于黑色的镜筒中，具有良好的气密性，以保证检测腔体不漏气；370nm紫外氙灯安装于镜筒底部，第三聚焦镜采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第三聚焦镜位于370nm紫外氙灯前与发出的激光同光轴，用于将370nm紫外氙灯发出的激光准直，第三滤光片位于第三聚焦镜前与第三聚焦镜同轴，用于过滤370nm紫外氙灯除370nm以外的波段，以保证输出370nm光源的准确和单色性，370nm光源对NADH有很高的荧光激发效率，能够提高生物气溶胶检测灵敏度；第三光阑位于第三聚焦镜前与第三滤光片同轴，用于滤掉杂散光；
所述的荧光检测模块包括凹面反射镜、凹面反射镜安装底座、第四光阑、二向色镜、荧光检测通道一、荧光检测通道二、荧光检测腔体；荧光检测腔体位于密封外壳壁上，与第一紫外光源及第二紫外光源等高，用于接收第一紫外光源及第二紫外光源照射在气体检测管路中气溶胶颗粒物上产生的侧向散射光；凹面反射镜表面镀有紫外增强型铝膜，以保证对310nm～650nm的反射率大于85％，凹面反射镜位于荧光检测腔体上方，凹面反射镜的中心光轴与气体检测管路处的气流柱及近红外激光光源的光轴相互垂直，用于收集侧向散射光并将光反射到荧光探测腔体中；第四光阑位于荧光探测腔体的入口，第四光阑与凹面反射镜同光轴，第四光阑与近红外激光光源的光轴垂直，用于滤掉杂散光；二向色镜位于第四光阑后面，二向色镜的镜面与凹面反射镜的中心相交且呈45°放置，用于将散射光通过透射和反射分为两个不同的波段区间，二向色镜对 310～400nm波段具有高反射率，二向色镜对420～650nm波段具有高透射率；荧光检测通道一位于二向色镜的反射区，用于接收激发产生的310～400nm的荧光信号；荧光通道二位于二向色镜的透射区，用于通过检测280nm紫外氙灯光源产生的散射光来计数和粒径记录，并以此信号结合延时控制触发280nm紫外光源和370nm紫外氙灯光源依次闪亮，同时用于接收激发产生的420～650nm的荧光信号；
所述的荧光检测通道一包括第四滤光片、第四聚焦镜、第一探测器；第四滤光片位于二向色镜反射区，第四滤光片与二向色镜呈45°放置，第四滤光片表面镀310～400nm波段的增透膜，用于进一步滤光，仅让310～400nm光通过；第四聚焦镜位于第四滤光片后面，第四聚焦镜与第四滤光片同轴，第四聚焦镜采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第四聚焦镜用于将光汇聚到第一探测器上；第一探测器位于第四聚焦镜后焦点上，第一探测器与第四聚焦镜同轴，选用高放大倍率的光电倍增管，提高检测灵敏度，用于探测310～400nm 荧光信号；
所述的荧光检测通道二包括第五滤光片、第五聚焦镜、第二探测器；第五滤光片位于二向色镜透射区，第五滤光片与二向色镜呈45°放置，第五滤光片表面镀420～650nm波段的增透膜，用于进一步滤光，仅让420～650nm光通过；第五聚焦镜位于第五滤光片后面，第五聚焦镜与第五滤光片同轴，第五聚焦镜采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第五聚焦镜用于将光汇聚到第二探测器上；第二探测器位于第五聚焦镜后焦点上，第二探测器与第五聚焦镜同轴，第二探测器选用高放大倍率的光电倍增管，提高检测灵敏度，用于探测 420～650nm荧光信号；
所述的粒子形状检测模块包括第五光阑、第六滤光片、第六聚焦镜、近红外探测器；粒子形状检测模块封装于黑色的镜筒中，具有良好的气密性，以保证检测腔体不漏气；第五光阑与近红外激光光源同轴，并以气体检测管路气流柱为中心轴与第五光阑对称放置，用于滤掉杂散光；第六滤光片位于第五光阑后面，第六滤光片与第五光阑同轴，第六滤光片表面镀有780nm波段的增透膜，用于仅让780nm的近红外激光光源的前向散射光通过；第六聚焦镜位于第六滤光片后面，第六聚焦镜与第六滤光片同轴，第六聚焦镜用于将激光二极管的散射光汇聚到近红外探测器上；近红外探测器位于第六聚焦镜的后焦点上，近红外探测器用于探测激光二极管经过粒子后的散射光，由于粒子形状的大小差异，会造成散射光的强度差异，通过探测器的强度来计算来对粒径大小进行区分；
所述的原子发射光谱检测模块包括火花激发光源、光纤探头、电极；当收到检测信号时，火花激发光源中高压板上整流电路放电，电极两端被脉冲高压击穿，电极上瞬间产生火花放电，在气溶胶粒子上产生很高的温度，使粒子熔化、电离、蒸发；经过电离后的粒子将在短暂延时后，辐射出稳定的特征光谱，由光纤探头采集光谱信息，通过特征谱线的位置与强度对气溶胶元素组成进行分析；
所述的气流控制及处理模块包括粒子切割器、样流喷嘴、过滤器、气泵、第一流量控制阀、第二流量控制阀、针阀；粒子切割器安装在样流喷嘴上，通过二极冲击式过滤的设计，仅让1～10μm的粒子通过；样流喷嘴密封安装在密封外壳顶端进气管路上，用于将粒径切割后的气溶胶压缩，产生稳定的细气流，使粒子单个通过气体检测管路，提高检测精度；过滤器位于密封外壳底端出气管路，用气管密封连接，过滤器的滤芯为仅0.01μm以下粒子通过，用于过滤所有的颗粒物，避免污染气泵，并保证后续气流洁净度；气泵位于过滤器之后，选用3L/min微型隔膜气泵，气泵的进气口用气管与过滤器密封连接，气泵的出气口通过气路接头分为两路，一路排气，一路提供给鞘流，气泵用于为气路系统提供动力，将环境气溶胶吸入密封外壳()；第一流量控制阀一端用气管与气泵出气口连接，第一流量控制阀另一端用气管与排气口相连接，第一流量控制阀用于实时监控并控制排气流量，来保持整个气路系统流量的稳定性；第二流量控制阀一端用气管与气泵出气口连接，另一端用气管与鞘流喷嘴的鞘流入口相连接，第二流量控制阀用于实时监控并控制鞘流流量，来保持鞘流流量的稳定性，第二流量控制阀通过与第一流量控制阀配合控制，使得鞘流流量为 2.2L/min，样流流量为0.3L/min，保证样气流和鞘气流为层流；针阀用气管接于气泵鞘流出气口和密封外壳底端，用于利用微小的洁净气流对检测腔体实时吹扫，保持腔体的洁净度，防止粒子沉降到腔体表面造成污染；
所述的鞘流喷嘴包括鞘流管路、样流管路；鞘流喷嘴外部为不锈钢材料呈漏斗状，用密封项圈安装密封于密封外壳顶端；即鞘流喷嘴的正中间为样流管路，直径为0.7mm，鞘流喷嘴的四周由鞘流管路的鞘流包裹，直径为1mm，鞘流与样流两种气流在鞘流喷嘴与密封外壳连接处汇集，用于将样气流压缩，产生稳定的细气流，减少颗粒物重叠通过检测区，提高检测精度；
所述的硬件控制模块包括时序控制模块、信号处理模块；时序控制模块用于对第一紫外光源、第二紫外光源的闪烁时序进行控制，当有粒子进入密封外壳，近红外探测器检到近红外激光光源的侧向散射信号后，根据样流流量和光束间的间距计算延时，再根据延时分别控制280nm紫外氙灯光源和370nm紫外氙灯光源在粒子到达时闪亮一次，保证对每个粒子的每个紫外波段所激发的荧光信息都进行探测；信号处理模块用于对第二探测器、第一探测器和近红外探测器检测到的电压信号进行处理转换，以及光纤探头采集的光谱信息处理，其中通过记录脉冲数来计数，通过电压值来判断粒径，通过光谱信息确定元素含量及组成，并通过标准粒径的PSL小球来对粒径对应的电压进行标定，实现对每个粒子的粒径区分、计数、粒子形状、激发荧光区间等信息储存，并通过信号线，即RS232转USB串口线，将信号处理结果传输给上位机进行显示，通过对样品的多参数建立数据库，进行算法识别判断，可对生物微粒种类进行初步区分，也大大提高了对生物实时预警的准确度。
一种气溶胶监测方法，该方法步骤包括：
第一步，待测空气气流由粒子切割器处进入样流气路，与鞘流气路形成鞘流效应后，样流中的单个颗粒物进入密封外壳；
第二步，样流中的单个颗粒物经过粒子形状检测模块，近红外激光光源产生激光照射样流中颗粒物后产生散射光，由近红外探测器接收并产生信号，上传至上位机进行粒子粒径分析，并向下一个检测模块发出工作指令；
第三步，样流颗粒物经过紫外检测模块，紫外光源模块一与紫外光源模块二，分别产生280nm与370nm的紫外光，照射样流中颗粒物后产生散射光，经过分束镜后，分别由第二探测器与第一探测器接收信号，上传至上位机进行气溶胶生物活性分析，并向下一个检测模块发出工作指令；
第四步，样流颗粒物经过原子发射光谱模块，火花激发光源中高压板上整流电路放电，电极上瞬间产生火花放电，将样流颗粒物熔化、电离、蒸发，在短暂延时后辐射出稳定的特征光谱，由光纤探头采集信号，上传至上位机进行气溶胶元素组成分析；
第五步，检测完成后的样气气流由气泵抽出至出气管路，并经过过滤器后进入外气路，部分气流经过第一流量控制阀后排出仪器外或可选择地进入后端气体处理系统，另一部分气体由第二流量控制阀重新抽入至鞘流管路，作为下次检测的鞘流使用。
有益效果
(1)本发明提供了一种紫外诱导荧光光谱技术、原子发射光谱技术联用的气溶胶监测系统及方法，能够解决气流控制及各监测模块间时序控制的问题，实现气溶胶粒子多模块的连续检测，利用气流控制及各监测模块间时序控制，能够实现对气溶胶颗粒的实时检测及精确识别、区分，为生物恐怖防范与大气环境改善提供成分依据。
(2)本发明利用紫外诱导荧光光谱技术，荧光物质分子吸收激光能量从基态跃迁至激发态上再回到基态时，采集发出荧光所形成的光谱。生物气溶胶其中含有生物活性荧光物质，如花粉、细菌等含有能够产生荧光的活性物质。该技术用于初步识别生物与非生物粒子颗粒。原子发射光谱技术，利用物质在热激发或电激发下，不同元素的原子或离子发射特征光谱。通过特征光谱中的特征谱线来研究物质的元素组成，可以以特征谱线及其强度来定性、定量分析样品中的元素组成。该技术用于进一步确定粒子具体元素组成，进一步识别粒子。
(3)本发明通过对不同模块时序的控制，以及气流流量稳定性的控制。通过对其流量以及各个激光与气流交点的间距，来合理控制触发延时，以保证所有光束检测与同一颗粒对应。
(4)本发明利用紫外诱导荧光光谱技术、原子发射光谱技术对气溶胶气体进行监测。并具有近红外通道监测气溶胶粒径；双紫外通道激发生物荧光，提高了荧光激发效率，增加了粒子的荧光信息；电火花诱导原子发射光谱，具有多元素同时识别，进一步分析气溶胶粒子元素构成。采用了精准时序控制多模块分别对气溶胶粒子进行监测，极大地增加了气溶胶粒子参数信息及判断准确度。
附图说明
图1为本发明的俯视剖面结构示意图；
图2为本发明的气路结构示意图；
图3为实施例1中单个气溶胶粒子检测图；
图4为实施例1中5min时间内的气溶胶粒子统计结果；
图5为实施例2中1min内对工业过程气体检测的统计结果.
具体实施方式
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。所描述的实例仅仅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。
如图1、图2所示，气溶胶前端处理模块，利用气泵与两个流量阀分别产生特定流量的样流与鞘流，通过产生的鞘流效应控制单粒生物气溶胶粒子进入检测气路；
近红外激光模块，包括780nm近红外激光光源及近红外探测器。激光光源照射检测气路，当单个生物气溶胶粒子遮挡激光后，通过近红外探测器上接收信号分析粒子粒径大小，并在固定延时后向下一个检测模块提供开始检测信号；
紫外诱导荧光模块，包括280nm与370nm紫外氙灯光源及310～400nm、 420nm～650nm光电倍增管。激光光源照射检测气路，当单个生物气溶胶粒子遮挡氙灯后，通过双通道光电倍增管上接收信号初步判断气溶胶生物活性，并在固定延时后向下一个检测模块提供检测信号；
原子发射光谱模块，触发火花发生器来诱导单个气溶胶产生等离子体，检测粒子的原子光谱，判断气溶胶颗粒各微粒元素的含量，从而进一步识别气溶胶粒子。
气溶胶后端处理模块，已检测的气溶胶气体通过过滤器，过滤所有颗粒物，避免污染气泵，保证循环气路的洁净度。
气溶胶监测系统外壳整体为不透光密封材料，用于密封固定各个模块，避免外界环境光和粒子对监测效果产生影响。
气溶胶气流中鞘流与样流的流速通过两个流量阀控制，其中总流量阀控制鞘流与样流总流量，鞘流流量阀控制鞘流流量，两个流量阀流量之差即为样流流量。
近红外激光模块、紫外诱导荧光模块、原子发射光谱模块光轴保持水平均与进气气流相垂直；近红外激光光轴与外壳体垂直，紫外诱导荧光模块中两紫外光源在可见光两侧；垂直方向上近红外激光位于最上方靠近进气口的位置，紫外光源位于近红外激光下方，370nm紫外光源位于280nm紫外光源下方，原子发射光谱模块位于最下方。
各光源间发光由前一光源对应光电倍增管的信号控制，并预设延时时间；所述延时时间为生物气溶胶粒子由前一光源运动至此光源水平位置所需时间；对于原子发射光谱模块，还需要考虑电火花放电诱导后激发的等离子体发光延迟时间。
本发明的系统包括：密封外壳、光源模块、粒子形状检测模块、荧光检测模块、原子发射光谱检测模块、气流控制及处理模块、硬件控制模块。
所述的密封外壳39整体为不透光密封的304不锈钢材料，且所有内表面做氧化发黑处理，防止材料反射杂散光以及静电吸附粒子，密封外壳39用于密封固定各个模块，各个模块是指光源模块、粒子形状检测模块、荧光检测模块、原子发射光谱检测模块、气流控制及处理模块、硬件控制模块，使通入待测气溶胶形成密闭环境，防止外界环境光和粒子对检测结果产生影响；密封外壳顶端为进气管路(37)，样流管路35与鞘流管路36在密封外壳37顶端汇集后进入进气管路37，垂直进入气体检测管路7，再由密封外壳37底端的出气管路45排出。
所述的光源模块包括三个光源，三个光源分别为近红外激光光源24、第一紫外光源2、第二紫外光源22；
在水平方向上，三个光源的光轴都保持水平且与气体检测管路7处的气流相垂直；近红外激光光源24的光轴，第一紫外光源2和第二紫外光源22位于近红外激光光源24的两侧且以17°夹角对称放置，即第一紫外光源2的光轴与第二紫外光源22的光轴之间的夹角为17°，第一紫外光源2的光轴与近红外激光光源24的光轴之间的夹角为8.5°，第二紫外光源22的光轴与近红外激光光源24的光轴之间的夹角为8.5°；
在垂直方向上，近红外激光光源24位于最上方靠近进气口7的位置，第一紫外光源2和第二紫外光源22以150μm的间隔，位于近红外激光光源24的下方；
所述的近红外激光光源24包括近红外激光二极管、第一聚焦镜25、第一滤光片26、第一光阑27；
近红外激光光源24封装于黑色镜筒中，具有良好的气密性，以保证检测腔体不漏气，其中近红外激光二极管选用780nm为中心波长的激光二极管，用于通过颗粒物后产生侧向散射光，检测侧向散射光来对粒子计数和粒径判断，并触发后续检测紫外光源点亮，近红外激光光源24相对于可见光源粒径检测更准确，荧光产生的干扰更小；
第一聚焦镜25采用近红外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第一聚焦镜25位于近红外激光二极管前与近红外激光光源24产生的激光同光轴，用于将近红外激光准直；第一滤光片26位于第一聚焦镜25前与第一聚焦镜25同轴，用于提高780nm激光的单色性；第一光阑27位于第一聚焦镜25前与第一滤光片26同轴，用于滤掉杂散光；
所述的第一紫外光源2包括280nm紫外氙灯1、第二聚焦镜3、第二滤光片5、第二光阑6；第一紫外光源2封装于黑色的镜筒4中，具有良好的气密性，以保证检测腔体不漏气；
280nm紫外氙灯1安装于镜筒4底部，第二聚焦镜3采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第二聚焦镜3位于280nm紫外氙灯1前与发出的激光同光轴，用于将280nm紫外氙灯1发出的激光准直；第二滤光片5位于第二聚焦镜3前与第二聚焦镜3同轴，用于过滤280nm紫外氙灯1除280nm以外的波段，以保证280nm激发光源的准确和单色性，280nm光源对谷氨酸有很高的荧光激发效率，能够提高生物气溶胶检测灵敏度；第二光阑6位于第二聚焦镜 3前与第二滤光片5同轴，用于滤掉杂散光；
所述的第二紫外光源22包括370nm紫外氙灯23、第三聚焦镜21、第三滤光片20、第三光阑19；第二紫外光源22封装于黑色的镜筒中，具有良好的气密性，以保证检测腔体不漏气；370nm紫外氙灯23安装于镜筒底部，第三聚焦镜21采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第三聚焦镜21位于370nm 紫外氙灯23前与发出的激光同光轴，用于将370nm紫外氙灯23发出的激光准直，第三滤光片20位于第三聚焦镜21前与第三聚焦镜21同轴，用于过滤370nm 紫外氙灯23除370nm以外的波段，以保证输出370nm光源的准确和单色性， 370nm光源对NADH有很高的荧光激发效率，能够提高生物气溶胶检测灵敏度；第三光阑19位于第三聚焦镜21前与第三滤光片20同轴，用于滤掉杂散光；
所述的荧光检测模块包括凹面反射镜8、第四光阑10、二向色镜12、荧光检测通道一、荧光检测通道二、荧光检测腔体11；荧光检测腔体11位于密封外壳7壁上，与第一紫外光源2及第二紫外光源22等高，用于接收第一紫外光源2及第二紫外光源22照射在气体检测管路7中气溶胶颗粒物上产生的侧向散射光；凹面反射镜8表面镀有紫外增强型铝膜，以保证对310nm～650nm的反射率大于85％，凹面反射镜8位于荧光检测腔体11上方，凹面反射镜8的中心光轴与气体检测管路7处的气流柱及近红外激光光源24的光轴相互垂直，用于收集侧向散射光并将光反射到荧光探测腔体11中；第四光阑10位于荧光探测腔体11的入口，第四光阑10与凹面反射镜8同光轴，第四光阑10与近红外激光光源24的光轴垂直，用于滤掉杂散光；二向色镜12位于第四光阑10后面，二向色镜12的镜面与凹面反射镜8的中心相交且呈45°放置，用于将散射光通过透射和反射分为两个不同的波段区间，二向色镜12对310～400nm波段具有高反射率，二向色镜12对420～650nm波段具有高透射率；荧光检测通道一位于二向色镜12的反射区，用于接收激发产生的310～400nm的荧光信号；荧光通道二位于二向色镜12的透射区，用于通过检测280nm紫外氙灯光源1产生的散射光来计数和粒径记录，并以此信号结合延时控制触发280nm紫外光源1和 370nm紫外氙灯光源23依次闪亮，同时用于接收激发产生的420～650nm的荧光信号；
所述的荧光检测通道一包括第四滤光片16、第四聚焦镜17、第一探测器 18；第四滤光片16位于二向色镜12反射区，第四滤光片16与二向色镜呈45°放置，第四滤光片16表面镀310～400nm波段的增透膜，用于进一步滤光，仅让310～400nm光通过；第四聚焦镜17位于第四滤光片16后面，第四聚焦镜17 与第四滤光片16同轴，第四聚焦镜17采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第四聚焦镜17用于将光汇聚到第一探测器18上；第一探测器18位于第四聚焦镜17后焦点上，第一探测器18与第四聚焦镜17同轴，选用高放大倍率的光电倍增管，提高检测灵敏度，用于探测310～400nm荧光信号；
所述的荧光检测通道二包括第五滤光片13、第五聚焦镜14、第二探测器 15；第五滤光片13位于二向色镜12透射区，第五滤光片13与二向色镜呈45°放置，第五滤光片13表面镀420～650nm波段的增透膜，用于进一步滤光，仅让420～650nm光通过；第五聚焦镜14位于第五滤光片13后面，第五聚焦镜14 与第五滤光片13同轴，第五聚焦镜14采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第五聚焦镜14用于将光汇聚到第二探测器15上；第二探测器15位于第五聚焦镜14后焦点上，第二探测器15与第五聚焦镜14同轴，第二探测器 15选用高放大倍率的光电倍增管，提高检测灵敏度，用于探测420～650nm荧光信号；
所述的粒子形状检测模块包括第五光阑28、第六滤光片29、第六聚焦镜30、近红外探测器32；粒子形状检测模块封装于黑色的镜筒31中，具有良好的气密性，以保证检测腔体不漏气；第五光阑28与近红外激光光源24同轴，并以气体检测管路7气流柱为中心轴与第五光阑28对称放置，用于滤掉杂散光；第六滤光片29位于第五光阑28后面，第六滤光片29与第五光阑28同轴，第六滤光片29表面镀有780nm波段的增透膜，用于仅让780nm的近红外激光光源24的前向散射光通过；第六聚焦镜30位于第六滤光片29后面，第六聚焦镜 30与第六滤光片29同轴，第六聚焦镜30用于将激光二极管的散射光汇聚到近红外探测器32上；近红外探测器32位于第六聚焦镜30的后焦点上，近红外探测器32用于探测激光二极管经过粒子后的散射光，由于粒子形状的大小差异，会造成散射光的强度差异，通过探测器的强度来计算来对粒径大小进行区分；
所述的原子发射光谱检测模块包括火花激发光源41、光纤探头42、电极 43；当收到检测信号时，火花激发光源41中高压板上整流电路放电，电极43 两端被脉冲高压击穿，电极43上瞬间产生火花放电，在气溶胶粒子上产生很高的温度，使粒子熔化、电离、蒸发；经过电离后的粒子将在短暂延时后，辐射出稳定的特征光谱，由光纤探头42采集光谱信息，通过特征谱线的位置与强度对气溶胶元素组成进行分析；
所述的气流控制及处理模块包括粒子切割器33、样流喷嘴34、过滤器46、气泵47、第一流量控制阀48、第二流量控制阀40、针阀44；粒子切割器33 安装在样流喷嘴34上，通过二极冲击式过滤的设计，仅让1～10μm的粒子通过；样流喷嘴34密封安装在密封外壳顶端进气管路37上，用于将粒径切割后的气溶胶压缩，产生稳定的细气流，使粒子单个通过气体检测管路7，提高检测精度；过滤器46位于密封外壳底端出气管路45，用气管密封连接，过滤器46的滤芯为仅0.01μm以下粒子通过，用于过滤所有的颗粒物，避免污染气泵47，并保证后续气流洁净度；气泵47位于过滤器46之后，选用3L/min微型隔膜气泵，气泵47的进气口用气管与过滤器46密封连接，气泵47的出气口通过气路接头分为两路，一路排气，一路提供给鞘流，气泵47用于为气路系统提供动力，将环境气溶胶吸入密封外壳(39)；第一流量控制阀48一端用气管与气泵47出气口连接，第一流量控制阀48另一端用气管与排气口49相连接，第一流量控制阀48用于实时监控并控制排气流量，来保持整个气路系统流量的稳定性；第二流量控制阀40一端用气管与气泵47出气口连接，另一端用气管与鞘流喷嘴 36的鞘流入口相连接，第二流量控制阀40用于实时监控并控制鞘流流量，来保持鞘流流量的稳定性，第二流量控制阀40通过与第一流量控制阀48配合控制，使得鞘流流量为2.2L/min，样流流量为0.3L/min，保证样气流和鞘气流为层流；针阀44用气管接于气泵鞘流出气口和密封外壳(39)底端，用于利用微小的洁净气流对检测腔体实时吹扫，保持腔体的洁净度，防止粒子沉降到腔体表面造成污染；
所述的鞘流喷嘴38包括鞘流管路36、样流管路35；鞘流喷嘴38外部为不锈钢材料呈漏斗状，用密封项圈安装密封于密封外壳39顶端；即鞘流喷嘴38 的正中间为样流管路35，直径为0.7mm，鞘流喷嘴38的四周由鞘流管路36的鞘流包裹，直径为1mm，鞘流与样流两种气流在鞘流喷嘴38与密封外壳39连接处汇集，用于将样气流压缩，产生稳定的细气流，减少颗粒物重叠通过检测区，提高检测精度；
所述的硬件控制模块50包括时序控制模块51、信号处理模块52；时序控制模块52用于对第一紫外光源2、第二紫外光源22的闪烁时序进行控制，当有粒子进入密封外壳39，近红外探测器32检到近红外激光光源24的侧向散射信号后，根据样流流量和光束间的间距计算延时，再根据延时分别控制280nm 紫外氙灯光源1和370nm紫外氙灯光源23在粒子到达时闪亮一次，保证对每个粒子的每个紫外波段所激发的荧光信息都进行探测；信号处理模块52用于对第二探测器15、第一探测器18和近红外探测器32检测到的电压信号进行处理转换，以及光纤探头42采集的光谱信息处理，其中通过记录脉冲数来计数，通过电压值来判断粒径，通过光谱信息确定元素含量及组成，并通过标准粒径的 PSL小球来对粒径对应的电压进行标定，实现对每个粒子的粒径区分、计数、粒子形状、激发荧光区间等信息储存，并通过信号线53，即RS232转USB串口线，将信号处理结果传输给上位机54进行显示，通过对样品的多参数建立数据库，进行算法识别判断，可对生物微粒种类进行初步区分，也大大提高了对生物实时预警的准确度。
实施例1
使用气溶胶发生器将1.0μm标准PSL(聚苯乙烯)小球发生为气体，由粒子切割器33处进入样流气路，与鞘流气路37形成鞘流效应后，样流中的单个颗粒物进入密封外壳37；单个颗粒分别经过粒子形状检测模块图1-B与后，分别对粒子形状检测模块图1-B中近红外探测器32与紫外检测模块图1-A中第二探测器15与第一探测器18所接收到的信号进行分析，如图3所示。
图3为单个气溶胶粒子检测图，图3横坐标为时间，纵坐标为探测器信号强度，图中左侧峰曲线和右侧峰曲线分别代表紫外检测模块中第二探测器15 与第一探测器18的信号强度变化。当硬件控制模块50中的时序控制模块51 接收到近红外探测器32后，给280nm紫外氙灯光源1和370nm紫外氙灯光源 23发送点亮命令，分别为图中横坐标-3μs～0μs区域与5μs～8μs区域。
图4为5min时间内的气溶胶粒子统计结果，其中图4-A与图4-B横坐标同为检测得到的粒子尺寸，由近红外探测器32所得到的信号计算得到，纵坐标分别为280nm紫外氙灯光源1和370nm紫外氙灯光源23的点亮时第二探测器 15与第一探测器18的信号强度，红色点是第一探测器18强度分布，蓝色点是第二探测器15的强度分布。
对统计结果进行信号分析，可得到分析结果如下表所示：
| 信号名称 | 第一探测器_280nm | 第二探测器_280nm | 第二探测器_370nm | 近红外激光 |
| 信号强度 | 4*10^6 | 2.5*10^5 | 5*10^5 | 3.8*10^6 |
基于分析结果可判断为该气溶胶粒子为1.0μmPSL(聚苯乙烯)小球。
实施例2
将从某工厂采集的工业过程气体作为样气由粒子切割器33处进入样流气路，与鞘流气路37形成鞘流效应后，样流中的单个颗粒物进入密封外壳37；单个颗粒经过原子发射光谱检测模块，火花激发光源41中高压板上整流电路放电，电极43两端被脉冲高压击穿，电极43上瞬间产生火花放电，使粒子熔化、电离、蒸发；经过电离后的粒子将在短暂延时后，辐射出稳定的特征光谱，由光纤探头42采集光谱信息，通过特征谱线的位置与强度对样气元素组成进行分析，如图5所示。
图5为1min内对工业过程气体检测的统计结果，图5中横坐标为激发光谱波长，纵坐标为光谱强度。下方曲线为提前标定的金属镁粒子标准强度曲线，上方曲线为实测曲线。由此分析出样气中元素成分包含铁、镁、硅元素。
Claims (10)
1.一种气溶胶监测系统，其特征在于：
该监测系统包括密封外壳(39)、光源模块、粒子形状检测模块、荧光检测模块、原子发射光谱检测模块、气流控制及处理模块、硬件控制模块；
所述的密封外壳(39)用于密封固定指光源模块、粒子形状检测模块、荧光检测模块、原子发射光谱检测模块、气流控制及处理模块、硬件控制模块，使通入待测气溶胶形成密闭环境；密封外壳顶端为进气管路(37)，样流管路(35)与鞘流管路(36)在密封外壳(37)顶端汇集后进入进气管路(37)，垂直进入气体检测管路(7)，再由密封外壳(37)底端的出气管路(45)排出；
所述的光源模块包括三个光源，三个光源分别为近红外激光光源(24)、第一紫外光源(2)、第二紫外光源(22)，近红外激光光源(24)用于发射近红外激光，第一紫外光源(2)用于出射紫外光，第二紫外光源(22)用于出射紫外光；
所述的粒子形状检测模块用于检测单个气溶胶粒子的形状与大小尺度，用于气溶胶粒子计数及形状、大小判断；
所述的荧光检测模块用于检测单个气溶胶粒子的280nm紫外激发荧光信号及370nm紫外激发荧光信号，用于气溶胶粒子生物活性判断及判别；
所述的原子发射光谱检测模块用于检测单个气溶胶粒子的激光诱导击穿光谱，用于气溶胶粒子组成元素分析；
所述的气流控制及处理模块用于采集气体样本及样本前后处理，并通过控制流量的方式，分别形成鞘流与样流，保证气溶胶粒子以单个颗粒经过粒子形状检测模块、荧光检测模块检和原子发射光谱测模块；
所述的硬件控制模块用于控制粒子形状检测模块、荧光检测模块检和原子发射光谱测模块的光源的工作时序、探测器的信号采集与前处理，控制气流控制及处理模块中鞘流与洋流的气流速度。
2.根据权利要求1所述的一种气溶胶监测系统，其特征在于：
所述的密封外壳(39)整体为不透光密封的304不锈钢材料，且所有内表面做氧化发黑处理。
3.根据权利要求1所述的一种气溶胶监测系统，其特征在于：
所述的光源模块中，在水平方向上，三个光源的光轴都保持水平且与气体检测管路(7)处的气流相垂直；第一紫外光源(2)和第二紫外光源(22)位于近红外激光光源(24)的两侧且以17°夹角对称放置，即第一紫外光源(2)的光轴与第二紫外光源(22)的光轴之间的夹角为17°，第一紫外光源(2)的光轴与近红外激光光源(24)的光轴之间的夹角为8.5°，第二紫外光源(22)的光轴与近红外激光光源(24)的光轴之间的夹角为8.5°；
在垂直方向上，近红外激光光源(24)位于最上方靠近气体检测管路(7)的位置，第一紫外光源(2)和第二紫外光源(22)以150μm的间隔，位于近红外激光光源(24)的下方。
4.根据权利要求3所述的一种气溶胶监测系统，其特征在于：
所述的近红外激光光源(24)包括近红外激光二极管、第一聚焦镜(25)、第一滤光片(26)、第一光阑(27)；
近红外激光光源(24)封装于黑色镜筒中，近红外激光二极管选用780nm为中心波长的激光二极管，用于通过颗粒物后产生侧向散射光，检测侧向散射光来对粒子计数和粒径判断，并触发后续检测紫外光源点亮；
第一聚焦镜(25)采用近红外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第一聚焦镜(25)位于近红外激光二极管前与近红外激光光源(24)产生的激光同光轴，用于将近红外激光准直；第一滤光片(26)位于第一聚焦镜(25)前与第一聚焦镜(25)同轴，用于提高780nm激光的单色性；第一光阑(27)位于第一聚焦镜(25)前与第一滤光片(26)同轴，用于滤掉杂散光。
5.根据权利要求3所述的一种气溶胶监测系统，其特征在于：
所述的第一紫外光源(2)包括280nm紫外氙灯(1)、第二聚焦镜(3)、第二滤光片(5)、第二光阑(6)；第一紫外光源(2)封装于黑色的镜筒(4)中；
280nm紫外氙灯(1)安装于镜筒(4)底部，第二聚焦镜(3)采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第二聚焦镜(3)位于280nm紫外氙灯(1)前与发出的激光同光轴，用于将280nm紫外氙灯(1)发出的激光准直；第二滤光片(5)位于第二聚焦镜(3)前与第二聚焦镜(3)同轴，用于过滤280nm紫外氙灯(1)除280nm以外的波段；第二光阑(6)位于第二聚焦镜(3)前与第二滤光片(5)同轴，用于滤掉杂散光；
所述的第二紫外光源(22)包括370nm紫外氙灯(23)、第三聚焦镜(21)、第三滤光片(20)、第三光阑(19)；第二紫外光源(22)封装于黑色的镜筒中，370nm紫外氙灯(23)安装于镜筒底部，第三聚焦镜(21)采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第三聚焦镜(21)位于370nm紫外氙灯(23)前与发出的激光同光轴，用于将370nm紫外氙灯(23)发出的激光准直，第三滤光片(20)位于第三聚焦镜(21)前与第三聚焦镜(21)同轴，用于过滤370nm紫外氙灯(23)除370nm以外的波段，第三光阑(19)位于第三聚焦镜(21)前与第三滤光片(20)同轴，用于滤掉杂散光。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种气溶胶监测系统，其特征在于：
所述的荧光检测模块包括凹面反射镜(8)、凹面反射镜安装底座(9)、第四光阑(10)、二向色镜(12)、荧光检测通道一、荧光检测通道二、荧光检测腔体(11)；荧光检测腔体(11)位于密封外壳(7)壁上，与第一紫外光源(2)及第二紫外光源(22)等高，用于接收第一紫外光源(2)及第二紫外光源(22)照射在气体检测管路(7)中气溶胶颗粒物上产生的侧向散射光；凹面反射镜(8)表面镀有紫外增强型铝膜，以保证对310nm～650nm的反射率大于85％，凹面反射镜(8)位于荧光检测腔体(11)上方，凹面反射镜(8)的中心光轴与气体检测管路(7)处的气流柱及近红外激光光源(24)的光轴相互垂直，用于收集侧向散射光并将光反射到荧光探测腔体(11)中；第四光阑(10)位于荧光探测腔体(11)的入口，第四光阑(10)与凹面反射镜(8)同光轴，第四光阑(10)与近红外激光光源(24)的光轴垂直，用于滤掉杂散光；二向色镜(12)位于第四光阑(10)后面，二向色镜(12)的镜面与凹面反射镜(8)的中心相交且呈45°放置，用于将散射光通过透射和反射分为两个不同的波段区间，二向色镜(12)对310～400nm波段具有高反射率，二向色镜(12)对420～650nm波段具有高透射率；荧光检测通道一位于二向色镜(12)的反射区，用于接收激发产生的310～400nm的荧光信号；荧光通道二位于二向色镜(12)的透射区，用于通过检测280nm紫外氙灯光源(1)产生的散射光来计数和粒径记录，并以此信号结合延时控制触发280nm紫外光源(1)和370nm紫外氙灯光源(23)依次闪亮，同时用于接收激发产生的420～650nm的荧光信号。
7.根据权利要求6所述的一种气溶胶监测系统，其特征在于：
所述的荧光检测通道一包括第四滤光片(16)、第四聚焦镜(17)、第一探测器(18)；第四滤光片(16)位于二向色镜(12)反射区，第四滤光片(16)与二向色镜呈45°放置，第四滤光片(16)表面镀310～400nm波段的增透膜，用于进一步滤光，仅让310～400nm光通过；第四聚焦镜(17)位于第四滤光片(16)后面，第四聚焦镜(17)与第四滤光片(16)同轴，第四聚焦镜(17)采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第四聚焦镜(17)用于将光汇聚到第一探测器(18)上；第一探测器(18)位于第四聚焦镜(17)后焦点上，第一探测器(18)与第四聚焦镜(17)同轴，用于探测310～400nm荧光信号；
所述的荧光检测通道二包括第五滤光片(13)、第五聚焦镜(14)、第二探测器(15)；第五滤光片(13)位于二向色镜(12)透射区，第五滤光片(13)与二向色镜呈45°放置，第五滤光片(13)表面镀420～650nm波段的增透膜，用于进一步滤光，仅让420～650nm光通过；第五聚焦镜(14)位于第五滤光片(13)后面，第五聚焦镜(14)与第五滤光片(13)同轴，第五聚焦镜(14)采用紫外透光材料并镀增透膜，通过率达95％，第五聚焦镜(14)用于将光汇聚到第二探测器(15)上；第二探测器(15)位于第五聚焦镜(14)后焦点上，第二探测器(15)与第五聚焦镜(14)同轴，用于探测420～650nm荧光信号。
8.根据权利要求1-5任一所述的一种气溶胶监测系统，其特征在于：
所述的粒子形状检测模块包括第五光阑(28)、第六滤光片(29)、第六聚焦镜(30)、近红外探测器(32)；粒子形状检测模块封装于黑色的镜筒(31)中，第五光阑(28)与近红外激光光源(24)同轴，并以气体检测管路(7)气流柱为中心轴与第五光阑(28)对称放置，用于滤掉杂散光；第六滤光片(29)位于第五光阑(28)后面，第六滤光片(29)与第五光阑(28)同轴，第六滤光片(29)表面镀有780nm波段的增透膜，用于仅让780nm的近红外激光光源(24)的前向散射光通过；第六聚焦镜(30)位于第六滤光片(29)后面，第六聚焦镜(30)与第六滤光片(29)同轴，第六聚焦镜(30)用于将激光二极管的散射光汇聚到近红外探测器(32)上；近红外探测器(32)位于第六聚焦镜(30)的后焦点上，近红外探测器(32)用于探测激光二极管经过粒子后的散射光。
9.根据权利要求1-5任一所述的一种气溶胶监测系统，其特征在于：
所述的原子发射光谱检测模块包括火花激发光源(41)、光纤探头(42)、电极(43)；当收到检测信号时，火花激发光源(41)中高压板上整流电路放电，电极(43)两端被脉冲高压击穿，电极(43)上瞬间产生火花放电，在气溶胶粒子上产生很高的温度，使粒子熔化、电离、蒸发；经过电离后的粒子将在短暂延时后，辐射出稳定的特征光谱，由光纤探头(42)采集光谱信息，通过特征谱线的位置与强度对气溶胶元素组成进行分析；
所述的气流控制及处理模块包括粒子切割器(33)、样流喷嘴(34)、过滤器(46)、气泵(47)、第一流量控制阀(48)、第二流量控制阀(40)、针阀(44)；粒子切割器(33)安装在样流喷嘴(34)上，通过二极冲击式过滤的设计，仅让1～10μm的粒子通过；样流喷嘴(34)密封安装在密封外壳顶端进气管路(37)上，用于将粒径切割后的气溶胶压缩，产生稳定的细气流，使粒子单个通过气体检测管路(7)；过滤器(46)位于密封外壳底端出气管路(45)，用气管密封连接，过滤器(46)的滤芯为仅0.01μm以下粒子通过，气泵(47)位于过滤器(46)之后，选用3L/min微型隔膜气泵，气泵(47)的进气口用气管与过滤器(46)密封连接，气泵(47)的出气口通过气路接头分为两路，一路排气，一路提供给鞘流，气泵(47)用于为气路系统提供动力，将环境气溶胶吸入密封外壳(39)；第一流量控制阀(48)一端用气管与气泵(47)出气口连接，第一流量控制阀(48)另一端用气管与排气口(49)相连接，第一流量控制阀(48)用于实时监控并控制排气流量；第二流量控制阀(40)一端用气管与气泵(47)出气口连接，另一端用气管与鞘流喷嘴(36)的鞘流入口相连接，第二流量控制阀(40)用于实时监控并控制鞘流流量，来保持鞘流流量的稳定性，第二流量控制阀(40)通过与第一流量控制阀(48)配合控制，使得鞘流流量为2.2L/min，样流流量为0.3L/min，针阀(44)用气管接于气泵鞘流出气口和密封外壳(39)底端；
所述的鞘流喷嘴(38)包括鞘流管路(36)、样流管路(35)；鞘流喷嘴(38)外部为不锈钢材料呈漏斗状，用密封项圈安装密封于密封外壳(39)顶端；即鞘流喷嘴(38)的正中间为样流管路(35)，直径为0.7mm，鞘流喷嘴(38)的四周由鞘流管路(36)的鞘流包裹，直径为1mm，鞘流与样流两种气流在鞘流喷嘴(38)与密封外壳(39)连接处汇集；
所述的硬件控制模块(50)包括时序控制模块(51)、信号处理模块(52)；时序控制模块(52)用于对第一紫外光源(2)、第二紫外光源(22)的闪烁时序进行控制，当有粒子进入密封外壳(39)，近红外探测器(32)检到近红外激光光源(24)的侧向散射信号后，根据样流流量和光束间的间距计算延时，再根据延时分别控制280nm紫外氙灯光源(1)和370nm紫外氙灯光源(23)在粒子到达时闪亮一次，信号处理模块(52)用于对第二探测器(15)、第一探测器(18)和近红外探测器(32)检测到的电压信号进行处理转换，以及光纤探头(42)采集的光谱信息处理，其中通过记录脉冲数来计数，通过电压值来判断粒径，通过光谱信息确定元素含量及组成，并通过标准粒径的PSL小球来对粒径对应的电压进行标定，并通过信号线(53)即RS232转USB串口线，将信号处理结果传输给上位机(54)进行显示。
10.一种气溶胶监测方法，其特征在于该方法步骤包括：
第一步，待测空气气流由粒子切割器(33)处进入样流气路，与鞘流气路(37)形成鞘流效应后，样流中的单个颗粒物进入密封外壳(37)；
第二步，样流中的单个颗粒物经过粒子形状检测模块，近红外激光光源(24)产生激光照射样流中颗粒物后产生散射光，由近红外探测器接收并产生信号，上传至上位机进行粒子粒径分析，并向下一个检测模块发出工作指令；
第三步，样流颗粒物经过紫外检测模块，第一紫外光源与第二紫外光源二(22)，分别产生280nm与370nm的紫外光，照射样流中颗粒物后产生散射光，经过分束镜(12)后，分别由第二探测器(15)与第一探测器(18)接收信号，上传至上位机进行气溶胶生物活性分析，并向下一个检测模块发出工作指令；
第四步，样流颗粒物经过原子发射光谱模块，火花激发光源(41)中高压板上整流电路放电，电极(43)上瞬间产生火花放电，将样流颗粒物熔化、电离、蒸发，在短暂延时后辐射出稳定的特征光谱，由光纤探头(42)采集信号，上传至上位机进行气溶胶元素组成分析；
第五步，检测完成后的样气气流由气泵(47)抽出至出气管路(45)，并经过过滤器(46)后进入外气路，部分气流经过第一流量控制阀(48)后排出仪器外或进入后端气体处理系统，另一部分气体由第二流量控制阀(40)重新抽入至鞘流管路(36)，作为下次检测的鞘流使用。
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