CN210808489U - 一种用于使植物仅暴露于pm2.5或pm1的培养装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于使植物仅暴露于大气PM_2.5或PM₁的培养装置。该培养装置由培养室、大气颗粒物分级过滤结构和大气颗粒物采集结构组成；培养室呈长方体状，包括换气窗口、激光PM检测器、大气颗粒物采样口、设置进气口以及浇水口；大气颗粒物分级过滤结构包括PM_2.5/PM₁切割头、抽气装置；大气颗粒物采集结构包括可拆卸的设置于箱体外部的大气颗粒物采样头、真空泵；本实用新型能够有效控制培养装置内大气颗粒物均为PM_2.5或PM₁，而不受粗颗粒物影响，从而进一步研究PM_2.5或PM₁中污染物在植物叶面的吸附、累积及转化规律，同时本实用新型自动化程度高，管理方便，便于长期进行植物培养实验。

Description

一种用于使植物仅暴露于PM2.5或PM1的培养装置

技术领域

本实用新型属于实验设备领域，具体涉及一种用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，该装置可通过水培或土培研究PM_2.5或PM₁在蔬菜、水稻和小麦等农作物叶面的吸附及迁移转化规律。

背景技术

大气颗粒物是气溶胶体系中各种固、液态粒子的总称，也是大气中多种污染物(重金属、多环芳烃以及二噁英等)的富集载体。随着我国工业化、城市化的深入推进，大气环境污染形势严峻，大气细颗粒物已成为各地首要空气污染物，其不仅通过呼吸途径对人体健康造成危害，也可经植物叶面吸附沉积直接影响周边的农业生态。不同粒径范围(TSP、PM_2.5、PM₁)大气颗粒物除在植物叶面的重力沉降差异外，其所富集的污染物特征差异也是影响植物叶面吸收颗粒物中污染物的重要影响因素之一。

目前，市场上虽然已有具备空气净化功能的植物培养箱，但尚不能对箱内空气中颗粒物进行粒径筛选，因此研发一种具备粒径分级功能的植物培养箱，对于研究PM_2.5或PM₁中污染物在植物叶面的迁移转化机制和提高农产品质量水平具有重要意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，以期更加深入的研究大气细颗粒物中污染物在植物叶面的迁移转化机制。

本实用新型具体采用的技术方案如下：

一种用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其包括培养室(17)、大气颗粒物分级过滤结构和大气颗粒物采集结构；

所述的培养室呈长方体状，培养室上部为可开启的箱盖，箱盖与箱体接缝处均有密封条进行密封；培养室的前壁和后壁上分布设置换气窗口，换气窗口上完全覆盖空气过滤网；培养室的前壁上设有用于检测室内颗粒物含量的激光PM检测器，后壁上开设有大气颗粒物采样口；培养室的前壁换气窗口上方设置进气口，下方设置浇水口；浇水口通过输水管连接浇水器；

所述的大气颗粒物分级过滤结构包括大气颗粒物切割头和抽气装置；大气颗粒物切割头用第一进气管与抽气装置的吸气口连接，抽气装置的排气口再经第二进气管连接培养室上的进气口；

所述的大气颗粒物采集结构包括大气颗粒物采样头和真空泵；大气颗粒物采样头一端可拆卸式固定于大气颗粒物采样口上，且两者的接缝处设置密封圈；大气颗粒物采样头的另一端通过抽气管与真空泵连接。

作为优选，所述的抽气装置和真空泵上分别设有一个定时开关。

作为优选，所述的定时开关为机械定时器插座。

作为优选，所述的培养室中还设有温度传感器和湿度传感器，分别用于监测培养箱内环境温度和相对湿度。

作为优选，所述的大气颗粒物切割头为PM_2.5或PM₁切割头。

作为优选，所述的采样头呈圆形漏斗状，采样头内设置一个圆形过滤架；采样滤膜放置在过滤架上，并用密封圈密封固定于大气颗粒物采样头和大气颗粒物采样口之间，用于对进入大气颗粒物采样头的气体进行过滤。

作为优选，所述的大气颗粒物采样头和大气颗粒物采样口通过法兰以及螺栓、螺帽固定。

作为优选，所述的培养室主体由亚克力板制作而成。

作为优选，所述的第一进气管、第二进气管、输水管和抽气管均采用橡胶管。

作为优选，激光PM检测器和大气颗粒物采样口呈对角形式设置于培养室的前壁中部和后壁中部。

相对于现有技术而言，本实用新型具体以下有益效果：

本实用新型通过大气颗粒物分级过滤结构分别有效过滤空气中空气动力学直径>2.5μm和>1μm的颗粒物，从而保障实验需求；培养室前后换气窗口可保持室内空气流通，同时窗口上设置的空气过滤网，可防止室外大气颗粒物的干扰；激光PM检测器的设置可实时监测培养室内PM₁₀、PM_2.5、PM₁浓度，从而更加直观了解植物生长期内培养室中大气颗粒物的变化情况并确保装置的分级过滤效果；大气颗粒物采集结构的设置可以采集培养室内的大气颗粒物，从而获得植物生长期内PM_2.5或PM₁中富集各类污染物的平均水平；浇水器的设置可更加方便管理培养室中的植物生长；整个装置各接缝处均由密封条密封，从而保障植物在生长期内不会受室外大气颗粒物干扰。

附图说明

图1为本实用新型实施例中用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例中大气颗粒物采集结构的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中培养箱的结构示意图。

图中标号含义：1-大气颗粒物切割头；2-第一进气管；3-吸气口；4-抽气装置；5-排气口；6-定时开关；7-第二进气管；8-进气口；9-激光PM检测器；10-空气过滤网；11-前壁换气窗口；12-后壁换气窗口；13-浇水口；14-输水管；15-浇水器；16-箱盖；17-培养室；18-大气颗粒物采样口；19-大气颗粒物采样头；20-真空泵；21-抽气管；22-密封圈；23-过滤架；24-螺栓、螺帽；25-抽气口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述。以下实施例仅用于解释说明本实用新型，但并不是用于限制本实用新型的要求保护的范围。本领域技术人员在本实用新型精神内所做的改进和替换，均属于保护范围内。

如图1至图3所示，本实用新型中用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，由培养室、大气颗粒物分级过滤结构和大气颗粒物采集结构三部分组成。培养室17为由无色透明亚克力板制成的箱体(长、宽、高分别为800、600、1000mm，也可根据种植需求进行调整)，培养室17内部中空，用以种植待培养的植物。培养室17的顶部为可开启的箱盖16，箱盖16上设有把手，可将其上拉打开以便于对内部进行操作，箱盖16与箱体接缝处均有密封条进行密封，当合上后可保证内外气体不交换。培养室17的两个相对的侧壁分别记为前壁和后壁，前壁上设有前壁换气窗口11，后壁上设有后壁换气窗口12两个换气窗口在侧壁上的位置均居中，长、宽分别为600和300mm。每个换气窗口上均完全覆盖用于防止室外大气颗粒物干扰的空气过滤网10，为了保证隔离效果，空气过滤网10对于PM_2.5的过滤效果需达到99％以上。室内的气体可以与室外的气体进行交换，但由于空气过滤网10的存在，空气中的颗粒物是无法进行交换的。

前壁换气窗口11上方和下方分别开设有进气口8和浇水口13，前壁换气窗口11右侧居中位置设置用于检测室内PM₁₀、PM_2.5、PM₁颗粒物含量的激光PM检测器9，后壁换气窗口12右侧距箱体底部高度为350mm处设置大气颗粒物采样口18(采样口直径91mm)。激光PM检测器9和大气颗粒物采样口18呈对角形式设置于培养室17的两个侧壁上。浇水口13通过输水管14连接浇水器15。浇水器15可采用能够自动控制的浇水设备，其从水源处吸水，然后通过输水管14将其输送至培养室17内的培养植物根部。

大气颗粒物分级过滤结构包括大气颗粒物切割头1、第一进气管2、抽气装置3。大气颗粒物切割头1用第一进气管2与抽气装置4的吸气口3连接，抽气装置4的排气口5再经第二进气管7连接培养室17上的进气口8。抽气装置4的作用是将经过大气颗粒物切割头1切割后的气体送入培养室17中，可采用气泵实现，其抽气流量为100L/min。抽气装置4的运行可由一个定时开关6控制，由定时开关6控制与电源的连通和断开。定时开关6可以采用机械定时器插座实现。

大气颗粒物采集结构包括设置于培养室外部的大气颗粒物采样头19、真空泵20抽气流量30L/min和抽气管21。大气颗粒物采样头19呈圆形漏斗状，采样头顶部设置一个圆形过滤架23，采样滤膜放置在过滤架23上，并用密封圈22密封固定。大气颗粒物采样头19与大气颗粒物采样口18通过法兰盘以及螺栓、螺帽24可拆卸式固定，并通过密封圈22保证接缝处的气密性。带有采样滤膜的过滤架23被横向设置于大气颗粒物采样头19的气流通道横断面上，使进入大气颗粒物采样头19的气体完全被采样滤膜过滤后才能进入后方。大气颗粒物采样头19下端设置抽气口25，通过抽气管21与真空泵20连接。真空泵20的运行也由另一个定时开关6控制，由定时开关6控制与电源的连通和断开。定时开关6也可以采用机械定时器插座实现。

上述第一进气管2、第二进气管7、输水管14和抽气管21均采用橡胶管，以便于移动位置。另外，培养室17中还可以设有温度传感器和湿度传感器，分别用于监测培养箱内环境温度和相对湿度。温度传感器和湿度传感器与激光PM检测器9可以采用集成式的一体设备实现。

在本实用新型中，大气颗粒物分级过滤结构主要用于控制培养室17内的颗粒物粒径，其中的大气颗粒物切割头1能够有效控制培养装置内大气颗粒物均为PM_2.5或PM₁，使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的大气环境下，而不受粗颗粒物影响，从而进一步研究PM_2.5或PM₁中污染物在植物叶面的吸附、累积及转化规律。因此，大气颗粒物切割头1可以根据需要采用PM_2.5切割头或PM₁切割头，两者可分别采用不同的切割头，也可以采用组装式的多粒径切割头实现，即在PM_2.5切割头的基础上根据需要加装PM₁切割组件。大气颗粒物切割头1的具体型号可根据需要采用现有技术中的颗粒物切割器，只要能够实现其相应功能即可。而大气颗粒物采集结构则主要用于采集培养室内的大气颗粒物，从而获得植物生长期内PM_2.5或PM₁中富集各类污染物的平均水平，同时也可以辅助确认培养室内的大气颗粒物的粒径是否在目标要求范围内，防止大气颗粒物切割头1失效导致研究结果受影响。

本实用新型的运行过程如下：

根据培养需要选择PM_2.5或PM₁切割头作为与抽气装置4相连的大气颗粒物切割头1。打开箱盖16，将待培养的植物(蔬菜、水稻和小麦等)种植置于培养室17中，然后合上箱盖16密封。开启抽气装置4，使室外空气以100L/min的流量进入大气颗粒物切割头1，空气中空气动力学直径>2.5μm或>1μm的颗粒物被切割头截留，<2.5μm或<1μm的颗粒物被输送进入培养室17。培养室17内激光PM检测器9可实时监测室内PM₁₀、PM_2.5、PM₁浓度，空气过滤网10的设置在保障装置内空气流通的同时，也防止室外大气颗粒物的干扰。抽气装置4运行过程中，同时运行大气颗粒物采样装置中的真空泵20，从而获得植物生长期内PM_2.5或PM₁中富集各类污染物的平均水平。生长期内植物所需水源及营养物质均可通过浇水器15提供。

Claims (10)

1.一种用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于：包括培养室（17）、大气颗粒物分级过滤结构和大气颗粒物采集结构；

所述的培养室（17）呈长方体状，培养室（17）上部为可开启的箱盖（16），箱盖（16）与箱体接缝处均有密封条进行密封；培养室（17）的前壁和后壁上分布设置换气窗口，换气窗口上完全覆盖空气过滤网（10）；培养室（17）的前壁上设有用于检测室内颗粒物含量的激光PM检测器（9），后壁上开设有大气颗粒物采样口（18）；培养室（17）的前壁换气窗口上方设置进气口（8），下方设置浇水口（13）；浇水口（13）通过输水管（14）连接浇水器（15）；

所述的大气颗粒物分级过滤结构包括大气颗粒物切割头（1）和抽气装置（4）；大气颗粒物切割头（1）用第一进气管（2）与抽气装置（4）的吸气口（3）连接，抽气装置（4）的排气口（5）再经第二进气管（7）连接培养室（17）上的进气口（8）；

所述的大气颗粒物采集结构包括大气颗粒物采样头（19）和真空泵（20）；大气颗粒物采样头（19）一端可拆卸式固定于大气颗粒物采样口（18）上，且两者的接缝处设置密封圈；大气颗粒物采样头（19）的另一端通过抽气管（21）与真空泵（20）连接。

2.如权利要求1所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，所述的抽气装置（4）和真空泵（20）上分别设有一个定时开关（6）。

3.如权利要求2所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，所述的定时开关（6）为机械定时器插座。

4.如权利要求1所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，所述的培养室（17）中还设有温度传感器和湿度传感器，分别用于监测培养箱内环境温度和相对湿度。

5.如权利要求1所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，所述的大气颗粒物切割头（1）为PM_2.5或PM₁切割头。

6.如权利要求1所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，所述的采样头呈圆形漏斗状，采样头内设置一个圆形过滤架（23）；采样滤膜放置在过滤架（23）上，并用密封圈（22）密封固定于大气颗粒物采样头（19）和大气颗粒物采样口（18）之间，用于对进入大气颗粒物采样头（19）的气体进行过滤。

7.如权利要求1所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，所述的大气颗粒物采样头（19）和大气颗粒物采样口（18）通过法兰以及螺栓、螺帽（24）固定。

8.如权利要求1所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，所述的培养室（17）主体由亚克力板制作而成。

9.如权利要求1所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，所述的第一进气管（2）、第二进气管（7）、输水管（14）和抽气管（21）均采用橡胶管。

10.如权利要求1所述的用于使植物仅暴露于PM_2.5或PM₁的培养装置，其特征在于，激光PM检测器（9）和大气颗粒物采样口（18）呈对角形式设置于培养室（17）的前壁中部和后壁中部。

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