CN216900222U - 大流量生物气溶胶本征荧光监测装置 - Google Patents

Abstract

一种大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，包含大流量取样风机、装有液相介质的采样杯、置于进气端的粒子计数器、荧光检测单元、粒子过滤单元、出液蠕动泵、储液单元、进液蠕动泵和中央控制单元；以大流量液相采样技术浓缩生物气溶胶粒子样本，以紫外诱导本征荧光技术监测生物粒子的本征荧光，实现低浓度生物气溶胶粒子的高灵敏快速检测；采用粒子过滤器的闭环液路系统，可使采样液多次重复使用，从而实现本监测装置的长时间自动监测。本实用新型可检测得到富集后生物气溶胶粒子样品的粒子浓度、本征荧光以及漂白后的本征荧光等多项信息，据此可实现检测低误报率和气溶胶粒子的初分类。

Description

大流量生物气溶胶本征荧光监测装置

技术领域

本实用新型涉及生物气溶胶光学实时监测技术，特别是一种大流量生物气溶胶本征荧光监测装置。

背景技术

生物气溶胶普遍存在于空气环境中，且一般情况下浓度较低，空气中细菌等微生物浓度约为每立方米数百个。目前对生物气溶胶的实时监测技术中，紫外激发光诱导本征荧光检测技术因其具有实时性强、自动化程度高、无耗材等诸多优点，在部分场景下获得了较好的应用效果。

但现有本征荧光监测传感器一般取样流量多为1～5L/min范围，对生物恐怖战剂释放后的高浓度生物气溶胶的预警具有良好的实用效果，但对常规情况下的低浓度生物气溶胶响应效果较差。部分监测装置为了适应大流量取样需求，在荧光检测器之前加装了虚拟冲击浓缩器，虚拟冲击浓缩器能将大流量气流中切割粒径以上的气溶胶粒子富集到小流量气流中，但是虚拟冲击浓缩器的切割粒径一般较大，无法覆盖亚微米粒径的气溶胶粒子，因此加装了虚拟冲击器的荧光检测装置只能检测粒径偏大的生物气溶胶粒子。

另一方面，现有生物气溶胶荧光检测装置会受到雾霾、香烟等干扰物的影响，时有误报。

实用新型内容

针对上述现有问题，本实用新型提供一种大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，以大流量液相采样技术浓缩生物气溶胶粒子样本，以紫外诱导本征荧光技术监测生物粒子的本征荧光，实现低浓度生物气溶胶粒子的高灵敏快速检测；采用粒子过滤器的闭环液路系统，可使采样液多次重复使用，从而实现本监测装置的长时间自动监测。本装置可检测得到富集后生物气溶胶粒子样品的粒子浓度、本征荧光以及漂白后的本征荧光等多项信息，据此可实现检测低误报率和气溶胶粒子的初分类。

本实用新型技术解决方案如下：

一种大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，其特点在于包含大流量取样风机、装有液相介质的采样杯、置于进气端的粒子计数器、荧光检测单元、粒子过滤单元、出液蠕动泵、储液单元、进液蠕动泵以及中央控制单元，

所述的采样杯由上段圆筒形与下段锥杯壳形结构一体构成，所述的锥杯壳形结构用于盛装采样液，所述的采样杯的圆筒形上端与所述的大流量取样风机相连通组成气旋采样装置，在所述的采样杯圆筒形上段的一侧面偏低位置是一气流连接管，在该气流连接管的一侧连接所述的粒子计数器，在所述的采样杯圆筒形上段的另一侧面偏高位置是一进液口，在所述的采样杯的锥杯壳的表面镀紫外加可见光增透膜，所述的采样杯的锥杯壳的锥尖端由一管道经所述的粒子过滤单元、出液蠕动泵与所述的储液单元相连通，所述的储液单元出口的另一管道经所述的进液蠕动泵与所述的采样杯的进液口相连；

所述的荧光检测单元包括紫外发光二极管，沿紫外发光二极管的激光输出方向依次是整形光学组件、所述的采样杯锥杯壳的检测区和光陷阱，检测区内的气溶胶粒子在所述的紫外发光二极管的激光的照射下发出本征荧光，该本征荧光被聚焦镜组收集后平行地入射到二向色镜，所述的本征荧光的短波段荧光被所述的二向色镜反射后依次经过短波滤光片、短波聚焦镜和第一光阑之后到达第一荧光探测器，所述的本征荧光的长波段荧光则透过所述的二向色镜后依次经过长波滤光片、长波聚焦镜和第二光阑之后到达第二荧光探测器。

所述的荧光检测单元的检测区(即光敏感区)位于所述采样杯的采样液的下半部分。

所述的中央控制单元，可控制大流量取样风机、粒子计数器、荧光检测单元、出液蠕动泵以及进液蠕动泵的启动和停止，而且也可以接收来自粒子计数器和荧光检测单元的检测结果。

所述的粒子过滤单元为适用于液体的高效过滤器，其过滤粒径不低于0.22μm，可过滤绝大部分微生物粒子，且过滤效率不低于99.9％。

所述的大流量生物气溶胶监测装置的其工作过程如下：

1)所述的进液蠕动泵从所述的储液单元抽取约10mL采样液体介质到进入所述的采样杯中，采样杯内的采样液形成湿壁气旋，进液介质完成后，所述的荧光检测单元开始工作，激发采样液，得到光学本底信号；

2)所述的大流量风机和所述的粒子计数器开始工作，所述的大流量风机工作后，气流经所述的气流连接管从所述的进气口进入所述的采样杯，小部分气流进入所述的粒子计数器内被用于粒子浓度测量，得到粒子浓度值，大部分气流进入所述的采样杯与所述的液体介质混合，气溶胶颗粒被冲击混合到杯壁的采样液中，气溶胶颗粒被收集到液体介质中，从而被采样富集，采样结束后静置10余秒钟，此时包括微生物在内的大部分颗粒沉降到采样液的下部；

3)所述的荧光检测单元的紫外发光二极管开始工作，发出的激光激发采样液中的气溶胶颗粒物，所述的第一荧光探测器和第二荧光探测器分别得到第一通道本征荧光信号和第二通道本征荧光信号，持续照射数秒后，本征荧光强度可能会有衰减即发生漂白现象，不同种类的生物气溶胶粒子衰减速度各不相同，所述的第一荧光探测器和第二荧光探测器分别得到漂白后的第一荧光信号和第二荧光信号；

4)荧光检测结束后，所述的出液蠕动泵开始工作，在所述的出液蠕动泵的驱动下，采样液经过所述的粒子过滤单元，其中的气溶胶粒子会被粒子过滤单元拦截，较纯净的采样液回到所述的储液单元，留待后续周期作为新采样液使用；

5)所述的粒子浓度值和荧光信息送中央控制单元，以便中央控制单元根据收集到的粒子浓度值和荧光信息判断气溶胶粒子的生物属性和类别。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

1.以大流量液相采样技术浓缩生物气溶胶粒子样本，以紫外诱导本征荧光技术监测生物粒子的本征荧光，可实现低浓度生物气溶胶粒子的高灵敏快速检测；

2.包含粒子过滤器的闭环液路系统，可使采样液多次重复使用，从而实现本监测装置的长时间自动监测。

3.本装置可检测得到富集后生物气溶胶粒子样品的粒子浓度、本征荧光以及漂白后的本征荧光等多项信息，据此可实现检测低误报率和气溶胶粒子的初分类。

附图说明

图1为本实用新型生物气溶胶监测装置组成和工作原理示意图。

图2为本实用新型生物气溶胶监测装置的荧光检测单元的组成和原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，包含大流量取样风机1、装有液相介质的采样杯2、置于进气端的粒子计数器3、荧光检测单元4、粒子过滤单元5、出液蠕动泵6、储液单元7、进液蠕动泵8以及中央控制单元9。

所述的采样杯2由上段圆筒形与下段锥杯壳形结构一体构成，所述的锥杯壳形结构用于盛装采样液，所述的采样杯2的圆筒形上端与所述的大流量取样风机1相连通组成气旋采样装置，在所述的采样杯2圆筒形上段的一侧面偏低位置是一气流连接管21，在该气流连接管21的一侧连接所述的粒子计数器3，在所述的采样杯2 圆筒形上段的另一侧面偏高位置是一进液口22，在所述的采样杯2的锥杯壳的表面镀紫外加可见光增透膜，所述的采样杯2的锥杯壳的锥尖端由一管道经所述的粒子过滤单元5、出液蠕动泵6与所述的储液单元7相连通，所述的储液单元7出口的另一管道经所述的进液蠕动泵8与所述的采样杯2的进液口22相连；

如图2所示，所述的荧光检测单元4包括紫外发光二极管401，沿紫外发光二极管401的激光输出方向依次是整形光学组件402、所述的采样杯2锥杯壳的检测区和光陷阱403，检测区内的气溶胶粒子在所述的紫外发光二极管401的激光的照射下发出本征荧光，该本征荧光被聚焦镜组404收集后平行地入射到二向色镜405，所述的本征荧光的短波段荧光被所述的二向色镜405反射后依次经过短波滤光片 410、短波聚焦镜411和第一光阑412之后到达第一荧光探测器413，所述的本征荧光的长波段荧光则透过所述的二向色镜405后依次经过长波滤光片406、长波聚焦镜407和第二光阑408之后到达第二荧光探测器409。

所述的荧光检测单元4的检测区(即光敏感区)位于所述采样杯2的采样液的下半部分。

所述的大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，其特征在于所述的中央控制单元9，可控制大流量取样风机1、粒子计数器3、荧光检测单元4、出液蠕动泵6、进液蠕动泵8的启动和停止，而且也可以接收来自粒子计数器3和荧光检测单元4的检测结果。

所述的粒子过滤单元5为为适用于液体的高效过滤器，其过滤粒径不低于 0.22μm，可过滤绝大部分微生物粒子，且过滤效率不低于99.9％。

所述的大流量生物气溶胶监测装置的其工作过程如下：

1)所述的进液蠕动泵8从所述的储液单元7抽取约10mL采样液体介质到进入所述的采样杯2中，采样杯2内的采样液形成湿壁气旋，进液介质完成后，所述的荧光检测单元4开始工作，激发采样液，得到光学本底信号；

2)所述的大流量风机2和所述的粒子计数器3开始工作，所述的大流量风机2 工作后，气流经所述的气流连接管21从所述的进气口22进入所述的采样杯2，小部分气流进入所述的粒子计数器3内被用于粒子浓度测量，得到粒子浓度值，大部分气流进入所述的采样杯2与所述的液体介质混合，气溶胶颗粒被冲击混合到杯壁的采样液中，气溶胶颗粒被收集到液体介质中，从而被采样富集，采样结束后静置10余秒钟，此时包括微生物在内的大部分颗粒沉降到采样液的下部；

3)所述的荧光检测单元4的紫外发光二极管401开始工作，发出的激光激发采样液中的气溶胶颗粒物，所述的第一荧光探测器413和第二荧光探测器409分别得到第一通道本征荧光信号和第二通道本征荧光信号，持续照射数秒后，本征荧光强度可能会有衰减即发生漂白现象，不同种类的生物气溶胶粒子衰减速度各不相同，所述的第一荧光探测器413和第二荧光探测器409得到漂白后的第一荧光信号和第二荧光信号；

4)荧光检测结束后，所述的出液蠕动泵6开始工作，在所述的出液蠕动泵6 的驱动下，采样液经过所述的粒子过滤单元5，其中的气溶胶粒子会被粒子过滤单元5拦截，较纯净的采样液回到所述的储液单元7，留待后续周期作为新采样液使用；

5)所述的粒子浓度值和荧光信息送中央控制单元9，以便中央控制单元9根据收集到的粒子浓度值和荧光信息判断气溶胶粒子的生物属性和类别。

本装置可长时间周期性进行采样监测工作，当储液单元7中的采样液不足时，需要补充新鲜采样液。

实验表明，本实用新型装置以大流量液相采样技术浓缩生物气溶胶粒子样本，以紫外诱导本征荧光技术监测生物粒子的本征荧光，可实现低浓度生物气溶胶粒子的高灵敏快速检测；本装置包含粒子过滤器的闭环液路系统，可使采样液多次重复使用，从而实现本监测装置的长时间自动监测。本装置可检测得到富集后生物气溶胶粒子样品的粒子浓度、本征荧光以及漂白后的本征荧光等多项信息，据此可实现检测低误报率和气溶胶粒子的初分类。

Claims (4)

1.一种大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，其特征在于包含大流量取样风机(1)、装有液相介质的采样杯(2)、置于进气端的粒子计数器(3)、荧光检测单元(4)、粒子过滤单元(5)、出液蠕动泵(6)、储液单元(7)、进液蠕动泵(8)以及中央控制单元(9)；

所述的采样杯(2)由上段圆筒形与下段锥杯壳形结构一体构成，所述的锥杯壳形结构用于盛装采样液，所述的采样杯(2)的圆筒形上端与所述的大流量取样风机(1)相连通组成气旋采样装置，在所述的采样杯(2)圆筒形上段的一侧面偏低位置是一气流连接管(21)，在该气流连接管(21)的一侧连接所述的粒子计数器(3)，在所述的采样杯(2)圆筒形上段的另一侧面偏高位置是一进液口(22)，在所述的采样杯(2)的锥杯壳的表面镀紫外加可见光增透膜，所述的采样杯(2)的锥杯壳的锥尖端由一管道经所述的粒子过滤单元(5)、出液蠕动泵(6)与所述的储液单元(7)相连通，所述的储液单元(7)出口的另一管道经所述的进液蠕动泵(8)与所述的采样杯(2)的进液口(22)相连；

所述的荧光检测单元(4)包括紫外发光二极管(401)，沿紫外发光二极管(401)的激光输出方向依次是整形光学组件(402)、所述的采样杯(2)锥杯壳的检测区和光陷阱(403)，检测区内的气溶胶粒子在所述的紫外发光二极管(401)的激光的照射下发出本征荧光，该本征荧光被聚焦镜组(404)收集后平行地入射到二向色镜(405)，所述的本征荧光的短波段荧光被所述的二向色镜(405)反射后依次经过短波滤光片(410)、短波聚焦镜(411)和第一光阑(412)之后到达第一荧光探测器(413)，所述的本征荧光的长波段荧光则透过所述的二向色镜(405)后依次经过长波滤光片(406)、长波聚焦镜(407)和第二光阑(408)之后到达第二荧光探测器(409)。

2.根据权利要求1所述的大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，其特征在于所述的荧光检测单元(4)的检测区即光敏感区位于所述采样杯(2)的采样液的下半部分。

3.根据权利要求1所述的大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，其特征在于所述的中央控制单元(9)用于控制大流量取样风机(1)、粒子计数器(3)、荧光检测单元(4)、出液蠕动泵(6)、进液蠕动泵(8)的启动和停止，并接收来自粒子计数器(3)和荧光检测单元(4)的检测结果。

4.根据权利要求1所述的大流量生物气溶胶本征荧光监测装置，其特征在于所述的粒子过滤单元(5)为适用于液体的高效过滤器，过滤粒径不低于0.22μm，可过滤绝大部分微生物粒子，且过滤效率不低于99.9％。

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