CN217212249U - 一种大气细颗粒物氧化潜势的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于大气气溶胶分析技术领域，具体为一种大气细颗粒物氧化潜势的测试装置。本装置包括：激光器、样品室、移动挡板、电磁铁、时间继电器、比色皿、反应液瓶、废液瓶、光谱仪、电脑；其中，激光器由电源适配器提供电源，发出的光射向样品室；时间继电器控制电磁铁周期性的通电和断电；从而控制移动挡板上下移动；反应液瓶中放置有荧光探针DCFH和待测样品，经过间断激光照射，反应后产生荧光，该光信号被输入到光谱仪中，并光输入到电脑中；电脑通过安装有数据处理软件，得到氧化潜势值。

Description

一种大气细颗粒物氧化潜势的测试装置

技术领域

本实用新型属于大气气溶胶分析技术领域，具体涉及一种大气细颗粒物氧化潜势的测试装置。

背景技术

目前《环境空气质量标准》中作为空气质量重要指标之一的细颗粒物质量浓度在探讨颗粒物的毒理学和流行病学时并不理想。流行病学研究表明，细颗粒物对于健康的影响与氧化应激有关，氧化应激通常会在细胞中活性氧或自由基过量的情况下发生。颗粒物的氧化潜势被认定为衡量细颗粒物催化活性氧生成能力的指标。氧化潜势集成了各种细颗粒物特征，包括尺寸、表面和化学成分，这使得它比细颗粒物的质量浓度更能深入表征细颗粒物对人体健康的影响。

目前细颗粒物氧化潜势主要的测量方法有电子自旋共振(EPR)、二氯二氢荧光素法(DCFH)、荧光硝基氧探针法(PFN),对羟基苯乙酸法(POHPAA)、呼吸道粘膜液法(RTLF)、抗坏血酸法(AA)以及二硫苏糖醇法(DTT)等。一般认为DTT法因其操作简便、成本低廉被应用于细颗粒物氧化潜势的测定。但是，大气细颗粒物中的氧化活性物种在常规环境中易于瞬灭变性，且DTT法不能在长时间下的连续自动测定，因此无法满足实时在线监测大气细颗粒物氧化潜势的要求。

为填补上述技术空白，本实用新型所研制的大气细颗粒物氧化潜势测试装置基于2',7'-二氯二氢荧光素探针与细颗粒物中氧化活性物种反应发出荧光且该荧光强度与物质浓度呈线形关系的基本原理，定量检出其氧化潜势的水平。同时，该装置可与自动进样装置、在线细颗粒物采样装置联用，使得日后在线人工智能化大气细颗粒物氧化潜势检测的实现成为可能，并可广泛应用于环境监测及健康风险评估当中。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够快速、定量、实时测量大气细颗粒物氧化潜势的装置。

本实用新型使用2',7'-二氯二氢荧光素作为荧光探针，该荧光探针可与细颗粒物中氧化活性物种反应发出荧光，该荧光探针发射的荧光强度与催化活性物质的浓度关系遵循比尔定律，即在一定条件一定浓度范围内，荧光强度与物质浓度呈线形关系，以此定量检出大气细颗粒物的氧化潜势水平。

本实用新型提供的大气细颗粒物氧化潜势的测试装置，包括：激光器、样品室、移动挡板、电磁铁、时间继电器、比色皿、反应液瓶、废液瓶、光谱仪、电脑；其中：

所述激光器，由激光器电源适配器提供电源，激光器发出的光经激光室射向样品室；

所述激光室与样品室相邻，之间有一道狭缝；

所述移动挡板放置于该狭缝中，电磁铁连接于移动挡板的上方，通电时产生电磁力，拉动移动挡板向上移动，断电后电磁力消失，移动挡板在重力作用下下落；电磁铁连接时间继电器，时间继电器控制电磁铁周期性的通电和断电；

所述比色皿放置于所述样品室中，比色皿一端连接反应液瓶，另一端连接废液瓶；

所述反应液瓶中放置有荧光探针DCFH和待测样品，探针DCFH和待测样品反应后形成荧光，产生光信号；该光信号被输入到光谱仪中；

所述光谱仪和样品室之间由一根光纤连接；光谱仪将产生的光信号输入到电脑中；

所示电脑中，安装有光谱仪自带的软件oceanview，可以对产生的荧光强度进行实时记录；电脑（15）还安装有数据处理软件（Oxidation Potential Detection），用于对荧光强度进行处理；在输入已知空气泵流量、蠕动泵流速、标准曲线公式等参数后，将荧光强度转化成氧化潜势；并匹配采样时间后生成txt文件。

本装置中，激光器可以采用激光笔，其功率为4.5mw。

本装置中，比色皿由石英制成；为方形。

本装置中，光纤的两端是sma905接口和sma905接口，分别与光谱仪（14）和样品室接插。

本装置的工作流程为：

激光器电源适配器为激光器提供电源，发出的激光射向样品室；反应液瓶中放置的荧光探针DCFH和待测样品，两者混合反应后输送到比色皿中，比色皿中的溶液在激光照射下释放出荧光，产生的荧光经光纤传输至光谱仪，电脑中安装的oceanview软件对产生的荧光强度实时记录。

在激光器和样品室中间有一块移动挡板，电磁铁连接于移动挡板的上方，时间继电器控制电磁铁周期性的通电和断电；通过时间继电器控制移动挡板每2分钟上移一次，持续时间10秒钟，使得激光器发出的光每隔2分钟进入样品室一次；这种间歇曝光检测，可以消除前后样品之间的影响。

本装置中，设置一移动挡板，并用电磁铁和时间继电器控制移动挡板移动，实现间歇遮挡激光；其原应早于，这里涉及一个化学反应，比色皿中的微量氧气和荧光探针在激光的照射下会产生过氧化氢，比色皿中的液体流速较慢，如果不遮光，产生的过氧化氢就会对结果造成影响；所以需要每隔一定时间（如2分钟），将比色皿中的液体置换，然后短暂曝光；这种间歇运行可以有效消除该化学反应所带来的测量误差。

本装置中，所述数据处理软件（为常规软件）进行数据处理过程如下：

先制作标准曲线。用不同浓度的过氧化氢标准溶液对仪器进行标定，过氧化氢标准溶液浓度为:1×10^-7mol/L、2×10^-7mol/L、3×10^-7mol/L、4×10^-7mol/L、5×10^-7mol/L、6×10^-7mol/L。不同浓度的过氧化氢标准溶液与探针DCFH反应后生成不同强度的荧光，根据过氧化氢标准溶液浓度和荧光强度，绘制标准曲线，如图2所示，该标准曲线为：

y=0.8404x +24.643, （1）

其相关系数：相关系数R² = 0.9937，线性良好。

根据该标准曲线，数据处理软件将荧光强度转化为过氧化氢浓度；输入空气泵流量、蠕动泵流速等参数后，数据处理软件将对应的过氧化氢浓度转化为氧化潜势值，单位为nmol过氧化氢/m³空气。具体计算式为：

检测液的过氧化氢浓度=（荧光强度-24.643）/0.8403 ； （2）

氧化潜势=（检测液的过氧化氢浓度×蠕动泵流速）/空气泵流量。 （3）

本实用新型的有益效果在于：

（1）本装置操作简便，可靠有效；

（2）本装置各部件可以拆卸，易于维护；

（3）传统离线方法检测大气氧化潜势会由于氧化还原反应而导致测量误差大，本装置连接连续采样装置后可以在线连续检测大气氧化潜势；

（4）本装置搭载的oceaninsight光谱仪灵敏度高，同时可以检测吸光度、透射、放射、拉曼、荧光、绝对辐射、相对辐射等光学参数，经过简单拆卸组装可以实现多种光学性质的检测。

附图说明

图1是大气细颗粒物氧化潜势测试装置的结构示意图。

图2是根据过氧化氢标准溶液浓度和荧光强度绘制的标准曲线。

图中标号：1为激光器电源适配器，2为激光器，3为激光室，4为移动挡板，5为电磁铁，6为时间继电器，7为样品室，8为比色皿，9为反应液瓶，10为废液瓶，11为sma905接口，12为光纤，13为sma905接口，14为光谱仪，15为电脑。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：如图1所示，大气细颗粒物氧化潜势测试装置包括：激光器（2）、样品室（7）、移动挡板（4）、电磁铁（5）、时间继电器（6）、比色皿（8）、反应液瓶（9）、废液瓶（10）、光谱仪（14）、电脑（15）；其中：

所述激光器（2），由激光器电源适配器（1）提供电源，激光器（2）发出的光经激光室（3）射向样品室（7）；

所述激光室（3）与样品室（7）相邻，之间有一道狭缝；

所述移动挡板（4）放置于该狭缝中，电磁铁（5）连接于移动挡板（4）的上方，通电时产生电磁力，拉动移动挡板（4）向上移动，断电后电磁力消失，移动挡板（4）在重力作用下下落；电磁铁（5）连接时间继电器（6），时间继电器（6）控制电磁铁（5）周期性的通电和断电；

所述比色皿（8）放置于所述样品室（7）中，比色皿（8）一端连接反应液瓶（9），另一端连接废液瓶（10）；

所述反应液瓶（9）中放置有荧光探针DCFH和待测样品，探针DCFH和待测样品反应后形成荧光，产生光信号；该光信号被输入到光谱仪（14）中；

所述光谱仪（14）和样品室（7）之间由一根光纤（12）连接；光谱仪（14）将产生的光信号输入到电脑（15）中；

所述电脑（15）中，安装有光谱仪自带的软件oceanview，用于对产生的荧光强度进行实时记录；电脑（15）还安装有数据处理软件，用于对荧光强度进行处理。

通过大气颗粒物收集装置将大气样品收集在溶液中，比色皿（8）一端连接的是反应液瓶（9），瓶中装的是荧光探针DCFH和待测大气颗粒物水溶液样品，探针DCFH和待测样品反应后形成荧光，产生的光信号被输入到光谱仪（14）中，电脑（15）安装有光谱仪自带的软件oceanview，可以对产生的荧光强度进行实时记录，然后利用实验室开发的一套数据处理软件Oxidation Potential Detection对荧光强度进行处理，输入标准曲线后，数据处理软件Oxidation Potential Detection可以将荧光强度转化为过氧化氢浓度；输入空气泵流量、蠕动泵流速等参数后，数据处理软件Oxidation Potential Detection可以将对应的过氧化氢浓度转化为氧化潜势值，单位为nmol过氧化氢/m³空气。

为反映本装置检测氧化潜势的效果，对上海市杨浦区某采样点进行采样分析，比较传统离线检测方法和本装置测量的氧化潜势的数值，结果如下：

通过对比发现：用本装置检测出的氧化潜势数值均比传统离线方法测出的结果高，这是因为传统离线检测过程耗时长，大气中的活性物质会发生氧化还原反应而被损耗，导致测出的氧化潜势值比实际值低。而本装置检测过程一体化，在反应液进入装置后可以在6-7分钟后被检测，所以可以有效避免由于检测过程损耗而带来的测量误差。

Claims (1)

1.一种大气细颗粒物氧化潜势的测试装置，其特征在于，包括：激光器（2）、样品室（7）、移动挡板（4）、电磁铁（5）、时间继电器（6）、比色皿（8）、反应液瓶（9）、废液瓶（10）、光谱仪（14）、电脑（15）；其中：

所述激光器（2），由激光器电源适配器（1）提供电源，激光器（2）发出的光经激光室（3）射向样品室（7）；

所述激光室（3）与样品室（7）相邻，之间有一道狭缝；

所述移动挡板（4）放置于该狭缝中，电磁铁（5）连接于移动挡板（4）的上方，通电时产生电磁力，拉动移动挡板（4）向上移动，断电后电磁力消失，移动挡板（4）在重力作用下下落；电磁铁（5）连接时间继电器（6），时间继电器（6）控制电磁铁（5）周期性的通电和断电；

所述比色皿（8）放置于所述样品室（7）中，比色皿（8）一端连接反应液瓶（9），另一端连接废液瓶（10）；

所述反应液瓶（9）中放置有荧光探针DCFH和待测样品，探针DCFH和待测样品反应后形成荧光，产生光信号；该光信号被输入到光谱仪（14）中；

所述光谱仪（14）和样品室（7）之间由一根光纤（12）连接；光谱仪（14）将产生的光信号输入到电脑（15）中。

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