CN115096761B - 一种大气微生物烟雾箱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大气微生物烟雾箱，包括：烟雾箱箱体，烟雾箱箱体底部设有可活动的烟雾箱支撑架，烟雾箱箱体侧壁包覆有保温组件，烟雾箱箱体内设有光源组件；配气系统，配气系统与烟雾箱箱体连通；气溶胶发生系统，气溶胶发生系统分别与配气系统和烟雾箱箱体连通；监测系统，监测系统与烟雾箱箱体连通；控制系统，控制系统包括工控机，工控机分别与保温组件、光源组件、配气系统、气溶胶发生系统和监测系统电性连接,本发明能够为不同的实验目的精确设计，在反应条件的精确控制下，保证了实验结果的重复性，以确定单一环境与污染因素对生物气溶胶的影响规律。

Description

一种大气微生物烟雾箱
技术领域
本发明涉及大气微生物试验设备领域，特别是涉及一种大气微生物烟雾箱。
背景技术
微生物是生物气溶胶的重要组成部分，包括细菌、真菌、花粉、病毒和动植 物碎屑等。生物气溶胶的数浓度通常可占到大气气溶胶数浓度的30％左右，在大 气环境、气候和公众健康之间的相互作用中扮演着至关重要的角色。生物气溶胶 可以诱导活性氧的产生，并改变颗粒物毒性，因此，生物气溶胶暴露可能导致呼 吸系统炎症、过敏、感染和毒性反应。所以对于大气环境中生物气溶胶的研究尤 为重要。
大气微生物生存能力取决于微生物与其生存环境之间的复杂相互作用，然而， 控制微生物在大气中的运输、生存和活动的机制仍缺乏研究。因此，大气微生物 与尘埃长距离扩散和运输之间的关系特别值得关注。对于许多微生物来说，由于 强烈的紫外线辐射、低湿度(导致干燥)、过低或过高的温度和复杂的大气化学(例 如自由基或其他活性物质的存在)，在自由大气中的长距离和高空运输可能会非常困难。只有非常耐药的微生物才能存活，因此在沉积之前的长时间空气传输过 程中，微生物群的组成会发生变化。由于大气微生物体积小，与较大的颗粒相比， 它们在大气中停留的时间相对较长(大约几天或更久)，并且可以被输送到很远的 地方(最高可达数千公里)。
到目前为止，实验设置更多地集中于生物气溶胶的取样和分析，而不是再现 真实的大气参数和同时分析气溶胶的物理特性。由于对生物气溶胶与其他气溶胶 之间的相互作用机制、不同大气条件下空气中微生物的行为仍然知之甚少，因此 需要适当的设施，以便进行收集大气物理、化学和生物学问题的跨学科研究。在 物理、化学条件和成分可以控制的封闭人工环境中进行的实验，可以提供具有真实成分的气溶胶，包括活的微生物，可以注射到控制物理和化学参数的人工环境 中，然后进行精确分析。特别是，关于细菌活力、生物膜和孢子形成以及内毒素 产生的信息。大气模拟室的大气条件可以维持和实时监测足够长的时间来模拟真 实的环境，并研究其成分之间的相互作用。据我们所知，大气模拟室的使用仅限 于研究空气中微生物与光化学过程、冰成核和云凝结的相互作用的少数实验。对于将模拟大气环境的烟雾箱与微生物实验室专用设施相结合，以解决和描述控制 这些相互作用的物理和化学机制，从而深入理解生物气溶胶在大气中的行为机制 和污染的规律成套仪器设备，尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种大气微生物烟雾箱，以解决上述现有技术存在的问 题，为不同的实验目的精确设计，在反应条件的精确控制下，保证了实验结果的 重复性，以确定单一环境与污染因素对生物气溶胶的影响规律。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种大气微生物烟雾 箱，包括：
烟雾箱箱体，所述烟雾箱箱体底部设有可活动的烟雾箱支撑架，箱体设有气 体和粒子浓度在线监测组件；
配气系统，所述配气系统与所述烟雾箱箱体连通；
气溶胶发生系统，所述气溶胶发生系统分别与所述配气系统和所述烟雾箱箱 体连通；
监测系统，所述监测系统与所述烟雾箱箱体连通；
控制系统，所述控制系统包括工控机，所述工控机分别与所述气体和粒子浓 度在线监测组件、所述配气系统、所述气溶胶发生系统和所述监测系统电性连接。
优选的，所述烟雾箱箱体包括两个对称设置的环形底板，两个所述底板之间 周向固接有若干根立柱，若干根所述立柱外粘接有薄膜，所述薄膜与所述底板粘 接，所述底板中心孔处固接有堵板，所述堵板上开设有若干个通气孔。
优选的，所述气体和粒子浓度在线监测组件包括包覆在所述薄膜外壁上的保 温棉，所述保温棉与所述薄膜之间环绕有加热线，所述加热线电性连接有温湿度 控制器，所述底板上固定安装有温湿度探头，所述温湿度探头导线通过所述通气 孔与所述工控机电性连接，所述底板底部固定安装有风扇，所述风扇导线通过所 述通气孔与所述工控机电性连接。
优选的，所述立柱侧壁上固定安装有紫外光源，所述紫外光源导线通过所述 通气孔与所述工控机电性连接，所述堵板侧壁固定安装有紫外线探头，所述紫外 线探头导线通过所述通气孔与所述工控机电性连接。
优选的，所述配气系统包括SO2气瓶、NO2气瓶、零气发生器、多参数气体校 准仪、第一电磁阀、第二电磁阀和曝气瓶，所述SO2气瓶、所述NO2气瓶和所述 零气发生器分别通过管路与所述多参数气体校准仪连通，所述多参数气体校准仪 通过管路与所述通气孔连通，所述多参数气体校准仪与通气孔连通的管路上依次 固定安装有零气过滤器和所述第一电磁阀，所述曝气瓶(19)与所述零气过滤器 通过管路连通，所述曝气瓶与所述零气过滤器连通的管路上固定安装有所述第二 电磁阀。
优选的，所述气溶胶发生系统包括注射器，所述注射器一端固定安装有注射 泵，所述注射泵与所述工控机电性连接，所述注射器另一端通过管路与气溶胶发 生器连通，所述气溶胶发生器通过管路与所述零气过滤器连通，所述气溶胶发生 器通过管路与所述通气孔连通，所述气溶胶发生器与所述通气孔连通的管路上固 定安装有第三电磁阀。
优选的，所述监测系统包括颗粒物粒径谱仪、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪、 臭氧在线分析仪、氮氧化物在线分析仪、二氧化硫在线分析仪、采样泵和生物气 溶胶在线光谱仪，所述颗粒物粒径谱仪和所述扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪分别 通过管路与第一质量流量计连通，所述臭氧在线分析仪、所述氮氧化物在线分析仪和所述二氧化硫在线分析仪分别通过管路与第二质量流量计连通，所述采样泵 和所述生物气溶胶在线光谱仪通过管路与第三质量流量计连通，所述第一质量流 量计、所述第二质量流量计和所述第三质量流量计分别通过管路与所述通气孔连 通。
优选的，所述颗粒物粒径谱仪与所述第一质量流量计连通的管路上固定安装 有第四电磁阀，所述扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪与所述第一质量流量计连通的 管路上固定安装有第五电磁阀，所述臭氧在线分析仪与所述第二质量流量计连通 的管路上固定安装有第六电磁阀，所述氮氧化物在线分析仪与所述第二质量流量 计连通的管路上固定安装有第七电磁阀，所述二氧化硫在线分析仪与所述第二质量流量计连通的管路上固定安装有第八电磁阀，所述采样泵与所述第三质量流量 计连通的管路上固定安装有第九电磁阀，所述生物气溶胶在线光谱仪与所述第三 质量流量计连通的管路上固定安装有第十电磁阀。
优选的，所述控制系统还包括与所述工控机电性连接的第一电磁阀驱动器、 第二电磁阀驱动器、质量流量计控制器，所述第一电磁阀驱动器分别与所述第一 电磁阀、所述第二电磁阀和所述第三电磁阀电性连接，所述第二电磁阀驱动器分 别与所述第四电磁阀、所述第五电磁阀、所述第六电磁阀、所述第七电磁阀、所 述第八电磁阀、所述第九电磁阀和所述第十电磁阀电性连接，所述质量流量计控 制器分别与所述第一质量流量计、所述第二质量流量计和所述第三质量流量计电性连接。
优选的，所述烟雾箱支撑架包括不锈钢弧形板，所述不锈钢弧形板内壁与所 述保温棉抵接，所述不锈钢弧形板相对的侧壁上分别固接有扶手，所述不锈钢弧 形板底面固接有铝型材，所述铝型材底面固定安装有万向轮。
本发明公开了以下技术效果：本发明的大气微生物烟雾箱优点是移动方便， 成本低，采用光源损失小，利用率高，反应周期短，效率高，通过配气系统和气 溶胶发生系统向烟雾箱箱体内输入不同气体和菌液以满足不同实验需求。利用设 置于烟雾箱箱体内的气体和粒子浓度在线监测组件以及监测系统，实现箱内反应 气体和生物气溶胶浓度值的精准测定。通过工控机控制气体和粒子浓度在线监测组件、配气系统、气溶胶发生系统和监测系统运行，本发明通过进行箱内测定， 实现直接测定得出箱内反应气体和生物气溶胶浓度值的精准浓度值。
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 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 明的一些实施例，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， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种大气微生物烟雾箱的总装配图；
图2为本发明烟雾箱支撑架的结构示意图；
其中，1、底板；2、立柱；3、堵板；4、薄膜；5、通气孔；6、加热线；7、 温湿度控制器；8、保温棉；9、紫外光源；10、紫外线探头；11、温湿度探头；12、风扇；13、SO2气瓶；14、NO2气瓶；15、零气发生器；16、多参数气体校准 仪；17、第一电磁阀；18、第二电磁阀；19、曝气瓶；20、注射器；21、注射泵； 22、第三电磁阀；23、气溶胶发生器；24、第一质量流量计；25、第四电磁阀； 26、颗粒物粒径谱仪；27、第五电磁阀；28、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪；29、 第二质量流量计；30、第六电磁阀；31、臭氧在线分析仪；32、第七电磁阀；33、氮氧化物在线分析仪；34、第八电磁阀；35、二氧化硫在线分析仪；36、第三质 量流量计；37、第九电磁阀；38、采样泵；39、第十电磁阀；40、生物气溶胶在 线光谱仪；41、第一电磁阀驱动器；42、质量流量计控制器；43、第二电磁阀驱 动器；44、工控机；45、控制软件、46、零气过滤器；47、颗粒物粒径谱仪过滤 器；48、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪；49、臭氧在线分析仪过滤器；50、氮氧 化物在线分析仪过滤器；51、二氧化硫在线分析仪过滤器；52、生物气溶胶在线 光谱仪过滤器；53、不锈钢弧形板；54、扶手；55、铝型材；56、万向轮。
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，显然，所描述的实施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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具 体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-2，本发明提供一种大气微生物烟雾箱，包括：
烟雾箱箱体，烟雾箱箱体底部设有可活动的烟雾箱支撑架，烟雾箱箱体设有 气体和粒子浓度在线监测组件；
配气系统，配气系统与烟雾箱箱体连通；
气溶胶发生系统，气溶胶发生系统分别与配气系统和烟雾箱箱体连通；
监测系统，监测系统与烟雾箱箱体连通；
控制系统，控制系统包括工控机44，工控机44内设置有控制软件45，工控 机44分别与气体和粒子浓度在线监测组件、配气系统、气溶胶发生系统和监测 系统电性连接。
通过烟雾箱支撑架使烟雾箱箱体移动方便，成本低，通过配气系统和气溶胶 发生系统向烟雾箱箱体内输入不同气体和菌液以满足不同实验需求，采用光源损 失小，利用率高，反应周期短，效率高。利用设置于烟雾箱箱体内的气体和粒子 浓度在线监测组件以及监测系统，实现箱内反应气体和生物气溶胶浓度值的精准 测定。通过工控机控制气体和粒子浓度在线监测组件、配气系统、气溶胶发生系统和监测系统运行。
进一步优化方案，烟雾箱箱体包括两个对称设置的环形底板1，两个底板1 之间周向固接有若干根立柱2，立柱2优选为12根，立柱2通过在与底板1的 固定端口采用螺母上紧，若干根立柱2外粘接有薄膜4，薄膜4与底板1粘接， 优选为采用特氟龙专用胶粘接，密封性良好，底板1中心孔处固接有堵板3，堵 板3与底板1通过螺丝连接，在堵板3和底板1中间采用PTFE垫片密封，并在 外面涂密封胶，增强密封性，堵板3上开设有若干个通气孔5，用于连接管路和 穿过导线，通气孔5连接管路处优选为采用PTFE转换接头，通导线处优选为尼龙电缆接头，并在接头外面涂一层密封胶确保密闭性，螺母、螺丝、底板1、立 柱2和堵板3均优选为PTFE材质，具有耐腐蚀、耐高温、不沾性、壁效应小等 优点。
进一步优化方案，气体和粒子浓度在线监测组件包括包覆在薄膜4外壁上的 保温棉8，保温棉8表面双面均有铝箔包裹，保温棉8不仅可以防止加热线向外 散热，而且保温棉8由铝箔包裹，铝箔亮面朝向烟雾箱体内部，保证烟雾箱箱体 内部光线均匀分布，保温棉8与薄膜4之间环绕有加热线6，加热线6优选长度 为60M，加热线6电性连接有温湿度控制器7，温湿度控制器7分为1-9档控制 加热温度，底板1上固定安装有温湿度探头11，温湿度探头11导线通过通气孔 5与工控机44电性连接，温湿度探头11对烟雾箱体内温湿度进行实时监测，通 过工控机44中的控制软件45可以直接读数导出记录的数据，底板1底部固定安 装有风扇12，风扇12导线通过通气孔5与工控机44电性连接，风扇12有利于反应器内气体和气溶胶的均匀混合，风扇12表层镀TEFLON涂层有效降低其吸附 性，以确保实验过程中气体或颗粒物损失最小。
进一步优化方案，立柱2侧壁上固定安装有紫外光源9，紫外光源9优选为 6个，每隔一个立柱固定安装一个紫外光源9，使光源均匀分布，紫外光源9导 线通过通气孔5与工控机44电性连接，堵板3侧壁固定安装有紫外线探头10， 用于对紫外波段实时监测，紫外线探头10导线通过通气孔5与工控机44电性连 接。
进一步优化方案，配气系统包括SO2气瓶13、NO2气瓶14、零气发生器15、 多参数气体校准仪16、第一电磁阀17、第二电磁阀18和曝气瓶19，SO2气瓶13、NO2气瓶14和零气发生器15分别通过管路与多参数气体校准仪16连通，多参数 气体校准仪16通过管路与通气孔5连通，多参数气体校准仪16与通气孔5连通 的管路上依次固定安装有零气过滤器46和第一电磁阀17，曝气瓶19与多参数 气体校准仪16通过管路连通，曝气瓶19与零气过滤器46连通的管路上固定安 装有第二电磁阀18。
零气发生器15和多参数气体校准仪16为联合使用，可直接定量提供所需零 气，流量输出范围为0-20SLPM；所需SO2气体，需要由SO2气瓶13和零气发生 器15连接多参数气体校准仪16定量提供；所需NO2气体，需要由NO2气瓶14和 零气发生器15连接多参数气体校准仪16定量提供；多参数气体校准仪16内置 臭氧发生器，O3由多参数气体校准仪16直接提供。水汽(相对湿度)由零气发 生器15和曝气瓶19组成。温湿度探头11联合控制曝气瓶19无菌水水柱高低和 零气发生器15流量大小来提供所需的水汽。
进一步优化方案，气溶胶发生系统包括注射器20，注射器20一端固定安装 有注射泵21，注射泵21与工控机44电性连接，注射器20另一端通过管路与气 溶胶发生器23连通，气溶胶发生器23通过管路与零气过滤器46连通，气溶胶 发生器23通过管路与通气孔5连通，气溶胶发生器23与通气孔5连通的管路上固定安装有第三电磁阀22。
注射器20的流量由注射泵21定量控制，可以均匀地将菌液输入气溶胶发生 器23中，使用零气发生器15和多参数气体校准仪16将注入气溶胶发生器23 的菌液汽化，使其通过第三电磁阀22输入烟雾箱箱体内部。气溶胶发生系统采 用此结构将气溶胶汽化过程中对微生物的物理损害降至最低，使用注射泵21调 节菌液流速，使含有活微生物的微小液滴由轻轻地破裂的液体气泡产生，只参与生成过程一次，不参与多个周期和再循环，可以使敏感粒子如微生物不受强剪切 力的影响。
进一步优化方案，监测系统包括颗粒物粒径谱仪26(优选为Grimm EDM180 颗粒物粒径谱仪)、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪28(优选为扫描电迁移率颗粒 物粒径谱仪(SMPS)3938)、臭氧在线分析仪31(优选为EC9810臭氧在线分析仪)、 氮氧化物在线分析仪33(优选为EC9841氮氧化物在线分析仪)、二氧化硫在线 分析仪35(优选为EC9850二氧化硫在线分析仪)、采样泵38和生物气溶胶在线 光谱仪40(优选为生物气溶胶在线光谱仪WIBS-NEO)，颗粒物粒径谱仪26和扫 描电迁移率颗粒物粒径谱仪28分别通过管路与第一质量流量计24连通，臭氧在 线分析仪31、氮氧化物在线分析仪33和二氧化硫在线分析仪35分别通过管路 与第二质量流量计29连通，采样泵38和生物气溶胶在线光谱仪40通过管路与 第三质量流量计36连通，第一质量流量计24、第二质量流量计29和第三质量 流量计36分别通过管路与通气孔5连通；颗粒物粒径谱仪26与第一质量流量计 24连通的管路上固定安装有第四电磁阀25，扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪28 与第一质量流量计24连通的管路上固定安装有第五电磁阀27，臭氧在线分析仪 31与第二质量流量计29连通的管路上固定安装有第六电磁阀30，氮氧化物在线 分析仪33与第二质量流量计29连通的管路上固定安装有第七电磁阀32，二氧 化硫在线分析仪35与第二质量流量计29连通的管路上固定安装有第八电磁阀 34，采样泵38与第三质量流量计36连通的管路上固定安装有第九电磁阀37， 生物气溶胶在线光谱仪40与第三质量流量计36连通的管路上固定安装有第十电 磁阀39。
进一步的，为防止微生物气体泄露，达标排放，颗粒物粒径谱仪26和尾气 排放管路上装有颗粒物粒径谱仪过滤器47，扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪28和 尾气排放管路上装有扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪48，臭氧在线分析仪31与尾 气排放管路上装有臭氧在线分析仪过滤器49，氮氧化物在线分析仪33与尾气排 放管路上固定安装有氮氧化物在线分析仪过滤器50，二氧化硫在线分析仪35与 尾气排放管路上固定安装有二氧化硫在线分析仪过滤器51，生物气溶胶在线光 谱仪40与尾气排放管路上固定安装有生物气溶胶在线光谱仪过滤器52。
打开第四电磁阀25则颗粒物粒径谱仪26采集监测；打开第五电磁阀27， 关闭第四电磁阀25则由扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪28在线监测。其中，颗粒 物粒径谱仪26可测量0.25～32μm范围的31个粒径分布，扫描电迁移率颗粒物 粒径谱仪可测量10～1000nm范围128个通道的粒径分布，实时监测烟雾箱内气 溶胶的粒径、浓度、分散度等参数指标实时分析采集到的气溶胶粒子物理参数。 打开第六电磁阀30由臭氧在线分析仪31对烟雾箱箱体内O3进行实时分析，打 开第七电磁阀32由氮氧化物在线分析仪33对烟雾箱箱体内NO2进行实时分析， 打开第八电磁阀34由二氧化硫在线分析仪35对烟雾箱箱体内SO2进行实时分析， 并对烟雾箱内各组分气体进行直读记录。打开第九电磁阀37由采样泵38进行样 品采集，打开第十电磁阀39由生物气溶胶在线光谱仪40对烟雾箱箱体内生物气 溶胶进行实时分析。
进一步优化方案，控制系统还包括与工控机44电性连接的第一电磁阀驱动 器41、第二电磁阀驱动器43、质量流量计控制器42，第一电磁阀驱动器41分 别与第一电磁阀17、第二电磁阀18和第三电磁阀22电性连接，第二电磁阀驱 动器43分别与第四电磁阀25、第五电磁阀27、第六电磁阀30、第七电磁阀32、 第八电磁阀34、第九电磁阀37和第十电磁阀39电性连接，质量流量计控制器 42分别与第一质量流量计24、第二质量流量计29和第三质量流量计36电性连 接。
通过第一电磁阀驱动器41对第一电磁阀17、第二电磁阀18和第三电磁阀 22的协同控制。当仅需要气体通入烟雾箱内时，需要同时关闭第二电磁阀18和 第三电磁阀22，只打开第一电磁阀17连接管路通过通气孔5输入烟雾箱内部。 当仅需要水汽通入烟雾箱内时，需要同时关闭第一电磁阀17和第三电磁阀22， 只打开第二电磁阀18连接管路通过通气孔5输入烟雾箱内部。当仅需要生物气 溶胶通入烟雾箱内时，需要同时关闭第一电磁阀17和第二电磁阀18，只打开第 三电磁阀22连接管路通过通气孔5输入烟雾箱内部。质量流量计控制器42和第 二电磁阀驱动器43对第一质量流量计24、第二质量流量计29、第三质量流量计 36和第四电磁阀25、第五电磁阀27、第六电磁阀30、第七电磁阀32、第八电 磁阀34、第九电磁阀37、第十电磁阀39的联合控制。通过质量流量计控制器 42可以控制从烟雾箱箱体内输出具体流量，然后需要零气(或反应气体)补充 输出气体量；通过第二电磁阀驱动器43可以控制不同分析仪器的在线分析。第一电磁阀驱动器41、质量流量计控制器42和第二电磁阀驱动器43均连接到工 控机44上由控制软件45控制。
进一步优化方案，烟雾箱支撑架包括不锈钢弧形板53，不锈钢弧形板53内 壁与保温棉8抵接，不锈钢弧形板53相对的侧壁上分别固接有扶手54，不锈钢 弧形板53底面固接有铝型材55，铝型材55底面固定安装有万向轮56。
不锈钢弧形板53是根据烟雾箱箱体专门定制，契合的不锈钢弧形板53可以 防止底板1和铝型材55割破薄膜4。不锈钢弧形板53两侧固接由扶手54便于 人工推动烟雾箱，下端通过连接件(连接件为万向轮安装用常用安装件)固定连 接有万向轮56，万向轮56的作用是方便设备整体进行移动。
进一步的，本发明所使用的管路均优选为四氟管。
操作过程：
1、每次试验前，通过多步骤程序清洁烟雾箱箱体：首先连接臭氧在线分析 仪31、氮氧化物在线分析仪33、二氧化硫在线分析仪35监测箱体内检测各气态 污染物浓度变化情况，通过颗粒物粒径谱仪26和扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪 28监测箱体内粒子的背景水平，在开始实验前需要连续冲洗烟雾箱箱体4个小 时，直到烟雾箱箱体内颗粒物数浓度没有明显的颗粒存在(即在颗粒物粒径谱仪 26、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪28范围内)；然后打开紫外光源9-30分钟，确保对烟雾箱内进行灭菌，实验时烟雾箱内干净的空气是由零气发生器15、多 参数气体校准仪16和零气过滤器共同提供，记录反应器中纯净空气的体积；
烟雾箱箱体表面积(S/V)远大于地球大气层系统，不可避免会对物种产生吸 附，为反应提供反应表面，该效应通常被称为烟雾箱的壁效应，因此需要对实验 前需要对烟雾箱进行表征，以扣除本底值。气态污染物会因为其在薄膜4表面的 吸附、沉积等作用或者在箱体内发生化学反应等原因而造成浓度的衰减。壁效应 表征实验旨在得到污染物在箱体内的衰减速率常数。以O3壁效应表征为实施例， NO2和SO2壁效应表征也同理。在臭氧初始浓度为300～1000ppbv的条件下，进行 了五次试验。烟雾箱内的臭氧浓度随时间的变化进行了监测。壁效应与烟雾箱的 清洁方案和操作条件如温度或相对湿度有关。因此，量化必须定期进行，而且必 须在每次实验之前进行。
2、在零气对烟雾箱体进行清洗后，以仪器检测烟雾箱体内部气体或颗粒物 浓度低于仪器检测限为止。此时打开曝气瓶19的第二电磁阀18，关闭配气第一电磁阀17，将烟雾箱内相对湿度调至低于所需相对湿度的5％，以允许通过气溶 胶产生过程引入滚筒的额外水分。之后，打开气溶胶发生器23的第三电磁阀22，关闭曝气瓶19的第二电磁阀18，将注射器20中的菌液通过注射泵21注射到气 溶胶发生器23，10min达到所需气溶胶浓度，使用风扇12旋转10秒使得烟雾箱 体内气体充分混合，使用颗粒物粒径谱仪26和扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪28 监测箱体内初始粒子浓度，在这个过程中，打开配气第一电磁阀17，引入干燥 空气来平衡烟雾箱内空气。之后，每个小时使用臭氧在线分析仪31、氮氧化物 在线分析仪33、二氧化硫在线分析仪35、颗粒物粒径谱仪26和扫描电迁移率颗 粒物粒径谱仪28监测烟雾箱箱体内气溶胶的颗粒物粒径变化。
3、在实验过程中，可以根据需要通过上述管路再次向烟雾箱箱体内打入合 适的物质，如气体或颗粒物，操作完毕后将所有电磁阀关闭保证气密性。通过配 气系统向烟雾箱输送气体，打开紫外光源9提供光源，在烟雾箱里进行光化学反应，在无外界光源影响的情况下模拟紫外线对烟雾箱内大气微生物反应的影响。 在经过一段时间后，打开臭氧在线分析仪31、氮氧化物在线分析仪33、二氧化 硫在线分析仪35、颗粒物粒径谱仪26、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪28和生物 气溶胶在线光谱仪40实现对烟雾箱体内气体与颗粒物的分析检测得到实验结果， 最后，通过在采样泵38采样来验证实验。
4、当实验结束需要清洗烟雾箱时，通过多步骤程序清洁烟雾箱：首先打开 紫外光源9，30分钟，其次用高浓度臭氧(>500ppb)，确保对装置的任何部分进 行消毒，然后排空试验室，最后，将腔室排空并再次通风。在烟雾箱清洁之后进 行的背景水平测量显示没有明显的颗粒存在(即在颗粒物粒径谱仪26、扫描电 迁移率颗粒物粒径谱仪28范围内)，认为烟雾箱体清洗过程完成。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示 的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围 进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的 技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种大气微生物烟雾箱，其特征在于，包括：
烟雾箱箱体，所述烟雾箱箱体底部设有可活动的烟雾箱支撑架，所述烟雾箱箱体设有气体和粒子浓度在线监测组件；
配气系统，所述配气系统与所述烟雾箱箱体连通；
气溶胶发生系统，所述气溶胶发生系统分别与所述配气系统和所述烟雾箱箱体连通；
监测系统，所述监测系统与所述烟雾箱箱体连通；
控制系统，所述控制系统包括工控机(44)，所述工控机(44)分别与所述气体和粒子浓度在线监测组件、所述配气系统、所述气溶胶发生系统和所述监测系统电性连接；
所述烟雾箱箱体包括两个对称设置的环形底板(1)，两个所述底板(1)之间周向固接有若干根立柱(2)，若干根所述立柱(2)外粘接有薄膜(4)，所述薄膜(4)与所述底板(1)粘接，所述底板(1)中心孔处固接堵板(3)，所述堵板(3)上开设有若干个通气孔(5)；
所述气体和粒子浓度在线监测组件包括包覆在所述薄膜(4)外壁上的保温棉(8)，所述保温棉(8)与所述薄膜(4)之间环绕有加热线(6)，所述加热线(6)电性连接有温湿度控制器(7)，所述底板(1)上固定安装有温湿度探头(11)，所述温湿度探头(11)导线通过所述通气孔(5)与所述工控机(44)电性连接，所述底板(1)底部固定安装有风扇(12)，所述风扇(12)导线通过所述通气孔(5)与所述工控机(44)电性连接；所述立柱(2)侧壁上固定安装有紫外光源(9)，所述紫外光源(9)导线通过所述通气孔(5)与所述工控机(44)电性连接，所述堵板(3)侧壁固定安装有紫外线探头(10)，所述紫外线探头(10)导线通过所述通气孔(5)与所述工控机(44)电性连接；
所述配气系统包括SO2气瓶(13)、NO2气瓶(14)、零气发生器(15)、多参数气体校准仪(16)、第一电磁阀(17)、第二电磁阀(18)和曝气瓶(19)，所述SO2气瓶(13)、所述NO2气瓶(14)和所述零气发生器(15)分别通过管路与所述多参数气体校准仪(16)连通，所述多参数气体校准仪(16)通过管路与所述通气孔(5)连通，所述多参数气体校准仪(16)与所述通气孔(5)连通的管路上依次固定安装有零气过滤器(46)和所述第一电磁阀(17)，所述曝气瓶(19)与所述零气过滤器(46)通过管路连通，所述曝气瓶(19)与所述零气过滤器(46)连通的管路上固定安装有所述第二电磁阀(18)；
所述气溶胶发生系统包括注射器(20)，所述注射器(20)一端固定安装有注射泵(21)，所述注射泵(21)与所述工控机(44)电性连接，所述注射器(20)另一端通过管路与气溶胶发生器(23)连通，所述气溶胶发生器(23)通过管路与所述零气过滤器(46)连通，所述气溶胶发生器(23)通过管路与所述通气孔(5)连通，所述气溶胶发生器(23)与所述通气孔(5)连通的管路上固定安装有第三电磁阀(22)；
所述烟雾箱支撑架包括不锈钢弧形板(53)，所述不锈钢弧形板(53)内壁与所述保温棉(8)抵接，所述不锈钢弧形板(53)相对的侧壁上分别固接有扶手(54)，所述不锈钢弧形板(53)底面固接有铝型材(55)，所述铝型材(55)底面固定安装有万向轮(56)；
螺母、螺丝、所述底板(1)、所述立柱(2)和所述堵板(3)均为PTFE材质；
水汽由零气发生器(15)和曝气瓶(19)组成；所述温湿度探头(11)联合控制曝气瓶(19)无菌水水柱高低和所述零气发生器(15)流量大小来提供所需的水汽；
所述注射器(20)的流量由所述注射泵(21)定量控制；
颗粒物粒径谱仪(26)和尾气排放管路上装有颗粒物粒径谱仪过滤器(47)，臭氧在线分析仪(31)与尾气排放管路上装有臭氧在线分析仪过滤器(49)，氮氧化物在线分析仪(33)与尾气排放管路上固定安装有氮氧化物在线分析仪过滤器(50)，二氧化硫在线分析仪(35)与尾气排放管路上固定安装有二氧化硫在线分析仪过滤器(51)，生物气溶胶在线光谱仪(40)与尾气排放管路上固定安装有生物气溶胶在线光谱仪过滤器(52)。
2.根据权利要求1所述的一种大气微生物烟雾箱，其特征在于：所述监测系统包括颗粒物粒径谱仪(26)、扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(28)、臭氧在线分析仪(31)、氮氧化物在线分析仪(33)、二氧化硫在线分析仪(35)、采样泵(38)和生物气溶胶在线光谱仪(40)，所述颗粒物粒径谱仪(26)和所述扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(28)分别通过管路与第一质量流量计(24)连通，所述臭氧在线分析仪(31)、所述氮氧化物在线分析仪(33)和所述二氧化硫在线分析仪(35)分别通过管路与第二质量流量计(29)连通，所述采样泵(38)和所述生物气溶胶在线光谱仪(40)通过管路与第三质量流量计(36)连通，所述第一质量流量计(24)、所述第二质量流量计(29)和所述第三质量流量计(36)分别通过管路与所述通气孔(5)连通。
3.根据权利要求2所述的一种大气微生物烟雾箱，其特征在于：所述颗粒物粒径谱仪(26)与所述第一质量流量计(24)连通的管路上固定安装有第四电磁阀(25)，所述扫描电迁移率颗粒物粒径谱仪(28)与所述第一质量流量计(24)连通的管路上固定安装有第五电磁阀(27)，所述臭氧在线分析仪(31)与所述第二质量流量计(29)连通的管路上固定安装有第六电磁阀(30)，所述氮氧化物在线分析仪(33)与所述第二质量流量计(29)连通的管路上固定安装有第七电磁阀(32)，所述二氧化硫在线分析仪(35)与所述第二质量流量计(29)连通的管路上固定安装有第八电磁阀(34)，所述采样泵(38)与所述第三质量流量计(36)连通的管路上固定安装有第九电磁阀(37)，所述生物气溶胶在线光谱仪(40)与所述第三质量流量计(36)连通的管路上固定安装有第十电磁阀(39)。
4.根据权利要求3所述的一种大气微生物烟雾箱，其特征在于：所述控制系统还包括与所述工控机(44)电性连接的第一电磁阀驱动器(41)、第二电磁阀驱动器(43)、质量流量计控制器(42)，所述第一电磁阀驱动器(41)分别与所述第一电磁阀(17)、所述第二电磁阀(18)和所述第三电磁阀(22)电性连接，所述第二电磁阀驱动器(43)分别与所述第四电磁阀(25)、所述第五电磁阀(27)、所述第六电磁阀(30)、所述第七电磁阀(32)、所述第八电磁阀(34)、所述第九电磁阀(37)和所述第十电磁阀(39)电性连接，所述质量流量计控制器(42)分别与所述第一质量流量计(24)、所述第二质量流量计(29)和所述第三质量流量计(36)电性连接。
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